Quebrando a velocidade da luz e contemplando o fim da relatividade

Quebrando a velocidade da luz e contemplando o fim da relatividade

Einstein lançou muitas teorias durante sua carreira científica, mas foi a publicação de suas duas teorias da relatividade que literalmente abalou os fundamentos da física. As teorias propostas por Einstein ainda existem hoje, embora muitos indivíduos tenham tentado contestá-las. Em 1905, Einstein publicou sua teoria da relatividade especial e mais tarde a seguiu com a teoria da relatividade geral em 1915. Cada uma dessas teorias é composta de seus próprios conjuntos de equações, leis e princípios que explicam por que as coisas agem da maneira que agem, da maior das galáxias à menor das partículas.


Einstein tinha cerca de 20 anos quando publicou sua teoria da relatividade especial, que se tornou uma ferramenta absolutamente essencial para cientistas, físicos, teóricos e experimentalistas em todo o mundo hoje. Alguns dos conceitos que foram introduzidos foram dilatação do tempo, contração do comprimento e sua famosa teoria da equivalência massa-energia com a introdução de É = mc dois. Um dos outros conceitos de Einstein, e o assunto desta entrada do blog, foi a introdução de Einstein do limite de velocidade cósmica, que afirma que nenhum objeto físico ou informação pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz no vácuo.



Logo após a publicação de sua teoria da relatividade especial, Einstein imediatamente começou a trabalhar em equações que abrangiam visões geométricas da gravitação e introduziu conceitos novos e emocionantes que substituíram a mecânica newtoniana, que durou 250 anos. Os cientistas foram capazes de calcular os efeitos da gravidade de baixa energia por séculos com a teoria de Newton, mas até Einstein, o que realmente causava a gravidade permanecia um mistério. A teoria geral de Einstein mostrou ao mundo que a gravidade era causada pela curvatura do espaço e do tempo. Resumindo, não é uma força gravitacional que está nos segurando firmemente no chão, mas é o espaço que está realmente nos empurrando para baixo. A teoria explicou fenômenos como a curvatura da luz pela gravidade e abriu um campo inteiramente novo da cosmologia. A teoria também fez previsões inteiramente novas, como a teoria do Big Bang e também os buracos negros, que continuam a ser uma rica área de pesquisa para os cientistas.



Desnecessário dizer que a teoria de Einstein resistiu ao teste do tempo por quase um século e, se houvesse um dado fora do lugar, teríamos de jogar fora toda a teoria. Portanto, em todos os lugares que olhamos para o céu, a teoria da relatividade geral de Einstein vem na hora.

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Na semana passada, uma equipe internacional de pesquisadores e cientistas relatou ter registrado partículas subatômicas que parecem viajar mais rápido do que a velocidade da luz. Durante um período de três anos, os neutrinos foram disparados do acelerador de partículas do CERN na Suíça para um detector na Itália (o OPERA - Projeto de Oscilação com Aparelho de Rastreamento de Emulsão) a cerca de 500 milhas de distância. O que a equipe achou interessante foi que os neutrinos chegaram cerca de 60 nanossegundos mais rápido do que a luz teria viajado. Esse resultado recente do acelerador do CERN, que parece contradizer a teoria da relatividade de Einstein, tem gerado enorme interesse, tanto entre os cientistas quanto entre o público. No entanto, não se escreveu muito sobre exatamente o que isso significa para a própria relatividade.



A Relatividade Especial de 1905, como discutido acima, é baseada na ideia de que a velocidade da luz é a mesma, não importa quem a mede, contanto que você se mova suavemente e não acelere. Isso viola a noção de bom senso de Newton de que não há nada de especial na velocidade da luz. Portanto, algo tem que acontecer. Portanto, nossa noção de senso comum do universo deve mudar se a velocidade da luz for a mesma, não importa como a medimos, se ela está vindo em nossa direção, se afastando de nós ou lateralmente. O que dá é o espaço-tempo. Por isso:

  • O tempo fica mais lento em um foguete à medida que avança mais rápido.
  • Você fica mais pesado à medida que se aproxima da velocidade da luz.
  • Você é espremido quanto mais rápido se move.
  • Todos os efeitos acima foram observados. Por exemplo, nossos satélites GPS diminuem um pouco a velocidade à medida que passam zunindo por cima, exatamente como Einstein previu. Existem também ondas cósmicas e aceleradores de partículas que também são usados ​​para verificar esse fato.

    Se você ficar mais pesado quanto mais rápido se move, a energia do movimento se transformou em massa. A quantidade precisa de energia cinética que se transforma em massa é facilmente calculada usando a relatividade (a derivação tem 1 linha de comprimento) e esse resultado é a equação mais famosa da ciência, É = mc dois.



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    Então, por que a velocidade da luz é a velocidade máxima do universo? Conforme você se aproxima da velocidade da luz, coisas bizarras começam a acontecer, como:

  • Time Stops
  • Você é infinitamente pesado
  • Você é infinitamente magro
  • Se você exceder a velocidade da luz, obterá um disparate como:

  • O tempo pode retroceder
  • Você é mais pesado que o Universo
  • Você tem largura negativa
  • Por essas razões, Einstein afirmou que você não pode ir mais rápido do que a velocidade da luz. Isso também afeta a relatividade geral, que é a base da cosmologia, uma vez que (para pequenas distâncias) a relatividade geral se reduz à relatividade especial. Portanto, ambos estão errados se os experimentos recentes do CERN estiverem corretos. Não apenas a cosmologia, a física nuclear, a física atômica, a física do laser, etc. estão em dúvida, mas também as teorias fundamentais da física das partículas. O modelo padrão da física de partículas (contendo quarks, elétrons, neutrinos, etc). também se baseia na relatividade e também significaria que a teoria das cordas, minha área, também pode estar errada. A teoria das cordas tem a relatividade incorporada desde o início e a oitava mais baixa da corda contém toda a teoria geral da relatividade.

    Então você pode ver por que os físicos estão suando frio pensando no fim da relatividade. Não apenas todos os livros didáticos terão que ser reescritos, mas também teremos que recalibrar todos os nossos cálculos de física, para não mencionar todas as nossas teorias de física nuclear, atômica e cosmologia. Que dor de cabeça! Então, eu acho que a maioria dos físicos está prendendo a respiração, desejando que o experimento recente do CERN se mostre defeituoso e algo como um alarme falso. No entanto, há uma pequena chance de que o resultado se mantenha. Então a relatividade pode cair e teremos que esperar a vinda do próximo Einstein, que pode dar sentido a tudo isso - em retrospecto, no entanto, É assim que a ciência é feitaé.

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