Relatividade restrita

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A Teoria da Relatividade Restrita ou Teoria Especial da Relatividade (abreviadamente, TRR), publicada pela primeira vez por Albert Einstein em 1905, descreve a física do movimento na ausência de campos gravitacionais.[1]

Antes, a maior parte dos físicos pensava que a mecânica clássica de Isaac Newton, baseada na chamada relatividade de Galileu (origem das equações matemáticas conhecidas como transformações de Galileu) descrevia os conceitos de velocidade e força para todos os observadores (ou sistemas de referência). No entanto, Hendrik Lorentz e outros, comprovaram que as equações de Maxwell, que governam o electromagnetismo, não se comportam de acordo com a transformação de Galileu quando o sistema de referência muda (por exemplo, quando se considera o mesmo problema físico a partir do ponto de vista de dois observadores com movimento uniforme um em relação ao outro).

A noção de variação das leis da física no que diz respeito aos observadores é a que dá nome à teoria, à qual se apõe o qualificativo de especial ou restrita por cingir-se apenas aos sistemas em que não se têm em conta os campos gravitacionais. Uma generalização desta teoria é a Teoria Geral da Relatividade, publicada igualmente por Einstein em 1915, incluindo os ditos campos.[1]

A relatividade restrita também teve um impacto na filosofia, eliminando toda possibilidade de existência de um tempo e de durações absolutas no conjunto do universo (Newton) ou como dados a priori da nossa experiência (Kant). Depois de Henri Poincaré, a relatividade restrita obrigou os filósofos a reformular a questão do tempo.

Motivação da teoria

As leis de Newton consideram que tempo e espaço são os mesmos para os diferentes observadores de um mesmo fenômeno físico. Antes da formulação da TRR, Hendrik Lorentz e outros tinham descoberto que o electromagnetismo não respeitava a física newtoniana já que as observações do fenômeno podiam diferir para duas pessoas que estivessem se movendo uma em relação à outra a uma velocidade próxima da luz. Assim, enquanto uma observa um campo magnético, uma outra interpreta aquele como um campo elétrico.

Lorentz sugeriu a teoria do éter, pela qual objetos e observadores estariam imersos em um fluido imaginário, o chamado éter, sofrendo um encurtamento físico (hipótese da contracção de Lorentz) e uma mudança na duração do tempo (dilatação do tempo). Isto implicava uma reconciliação parcial entre a física newtoniana e o electromagnetismo, que se conjugavam, aplicando a transformação de Lorentz, que viria a substituir a transformação de Galileu vigente no sistema newtoniano. Quando as velocidades envolvidas são muito menores que c (velocidade da luz), as leis resultantes são, na prática, as mesmas que na teoria de Newton, reduzindo-se as transformações às de Galileu. De qualquer forma, a teoria do éter foi criticada ainda pelo mesmo Lorentz devido à sua natureza específica.

Quando Lorentz sugeriu a sua transformação como uma descrição matemática precisa dos resultados experimentais, Einstein derivou as mesmas equações de duas hipóteses fundamentais: a invariância da velocidade da luz, c, e a necessidade de que as leis da física sejam iguais (ou seja, invariantes) em diferentes sistemas inerciais para diferentes observadores. Desta ideia surgiu o título original da teoria: “Teoria dos invariantes“. Foi Max Planck quem sugeriu depois o termo "relatividade" para ressaltar a noção de transformação das leis da física entre observadores movendo-se relativamente entre si.

Na Relatividade Especial, a comparação de espaços e tempos conforme medidos por diferentes observadores inerciais pode ser realizada usando as transformações de Lorentz. A teoria especial da relatividade pode também prever o comportamento de corpos acelerados, desde que a dita aceleração não implique forças gravitacionais, caso em que é necessário socorrermo-nos da relatividade geral.