relatividade
relatividade , teorias físicas abrangentes formadas pelo físico nascido na Alemanha Albert Einstein . Com suas teorias da relatividade especial (1905) erelatividade geral(1915), Einstein derrubou muitos pressupostos subjacentes às teorias físicas anteriores, redefinindo no processo os conceitos fundamentais de espaço, Tempo , matéria , energia , e gravidade . Junto commecânica quântica, a relatividade é central para a física moderna. Em particular, a relatividade fornece a base para a compreensão dos processos cósmicos e da geometria do próprio universo.
É = mc doisBrian Greene dá o pontapé inicial no seu Equação Diária série de vídeos com a famosa equação de Albert Einstein É = mc dois. World Science Festival (um parceiro editorial da Britannica) Veja todos os vídeos para este artigo
A relatividade especial é limitada a objetos que se movem em relação a quadros de referência inerciais - ou seja, em um estado de movimento uniforme em relação um ao outro, de modo que um observador não pode, por experimentos puramente mecânicos, distinguir um do outro. Começando com o comportamento da luz (e todas as outras radiação eletromagnética ), a teoria da relatividade especial tira conclusões que são contrárias à experiência cotidiana, mas totalmente confirmadas por experimentos. A relatividade especial revelou que a velocidade da luz é um limite que pode ser abordado, mas não alcançado por qualquer objeto material; é a origem da equação mais famosa em Ciência , É = m c dois; e isso levou a outros resultados tentadores, como o paradoxo dos gêmeos .
A relatividade geral se preocupa com a gravidade, uma das forças fundamentais do universo. (Os outros são eletromagnetismo , a força forte, e o força fraca .) A gravidade define o comportamento macroscópico e, portanto, a relatividade geral descreve fenômenos físicos em grande escala, como a dinâmica planetária, a nascimento e morte de estrelas , buracos negros e a evolução do universo.
A relatividade especial e geral afetou profundamente a ciência física e a existência humana, de forma mais dramática nas aplicações de energia nuclear e armas nucleares. Além disso, a relatividade e seu repensar das categorias fundamentais de espaço e tempo forneceram uma base para certas interpretações filosóficas, sociais e artísticas que influenciaram os humanos. cultura De maneiras diferentes.
Cosmologia antes da relatividade
O universo mecânico
A relatividade mudou o científico Projeto do universo, que começou nos esforços para compreender o dinâmico comportamento da matéria. Na época da Renascença, o grande físico italiano Galileu Galiléia foi além Aristóteles Filosofia de introduzir o estudo moderno de mecânica , que requer medições quantitativas de corpos que se movem no espaço e no tempo. Seu trabalhos e a de outras levou a conceitos básicos, como velocidade, que é a distância que um corpo percorre em uma determinada direção por unidade de tempo; aceleração, a taxa de variação da velocidade; massa, a quantidade de material em um corpo; e força, um empurrão ou puxão em um corpo.
O próximo grande passo ocorreu no final do século 17, quando o gênio científico britânico Isaac Newton formulou suas três famosas leis do movimento, a primeira e a segunda das quais são de interesse especial na relatividade. A primeira lei de Newton, conhecida como lei da inércia, afirma que um corpo que não sofre a ação de forças externas não sofre aceleração - permanecendo em repouso ou continuando a se mover em linha reta em velocidade constante. A segunda lei de Newton afirma que uma força aplicada a um corpo muda sua velocidade, produzindo uma aceleração que é proporcional à força e inversamente proporcional à massa do corpo. Ao construir seu sistema, Newton também definiu espaço e tempo, considerando ambos absolutos que não são afetados por nada externo. O tempo, escreveu ele, flui uniformemente, enquanto o espaço permanece sempre semelhante e imóvel.
As leis de Newton provaram ser válidas em todas as aplicações, como no cálculo do comportamento de corpos em queda, mas também forneceram a estrutura para seu marco lei da gravidade (o termo, derivado do latim Gravis , ou pesado, estava em uso pelo menos desde o século 16). Começando com a observação (talvez mítica) de uma maçã caindo e, em seguida, considerando a Lua enquanto orbita terra , Newton concluiu que uma força invisível atua entre os sol e seus planetas. Ele formulou uma expressão matemática comparativamente simples para a força gravitacional; afirma que cada objeto no universo atrai todos os outros objetos com uma força que opera através do espaço vazio e que varia com a massa dos objetos e a distância entre eles.
A lei da gravidade foi brilhantemente bem-sucedida em explicar o mecanismo por trás das leis de movimento planetário de Kepler, que o astrônomo alemão Johannes Kepler tinha formulado no início do século XVII. A mecânica de Newton e a lei da gravidade, juntamente com suas suposições sobre a natureza do espaço e do tempo, pareciam totalmente bem-sucedidos em explicar o dinâmica do universo, do movimento na Terra aos eventos cósmicos.
Luz e o éter
No entanto, este sucesso em explicar fenômenos naturais veio a ser testado de uma direção inesperada - o comportamento de luz , cuja natureza intangível havia intrigado filósofos e cientistas por séculos. Em 1865, o físico escocês James Clerk Maxwell mostraram que a luz é uma onda eletromagnética com componentes elétricos e magnéticos oscilantes. As equações de Maxwell previram que as ondas eletromagnéticas viajariam através do espaço vazio a uma velocidade de quase exatamente 3 × 108metros por segundo (186.000 milhas por segundo), ou seja, de acordo com a medição velocidade da luz . Os experimentos logo confirmaram a natureza eletromagnética da luz e estabeleceram sua velocidade como um fator fundamental parâmetro Do universo.
O resultado notável de Maxwell respondeu a perguntas de longa data sobre a luz, mas levantou outra questão fundamental: se a luz é um movimento aceno , que meio o suporta? As ondas oceânicas e as ondas sonoras consistem no movimento oscilatório progressivo das moléculas de água e dos gases atmosféricos, respectivamente. Mas o que é que vibra para formar uma onda de luz em movimento? Ou, dito de outra forma, como a energia incorporada na luz viaja de um ponto a outro?
Para Maxwell e outros cientistas da época, a resposta era que a luz viajava em um hipotético meio chamado éter (éter). Supostamente, esse meio permeava todo o espaço sem impedir o movimento dos planetas e estrelas; ainda assim, tinha que ser mais rígido do que o aço para que as ondas de luz pudessem se mover através dele em alta velocidade, da mesma forma que uma corda de violão esticada suporta vibrações mecânicas rápidas. Apesar dessa contradição, a ideia do éter parecia essencial - até que um experimento definitivo o refutasse.
Em 1887, o físico americano nascido na Alemanha A.A. Michelson e o químico americano Edward Morley fizeram medições extremamente precisas para determinar como o movimento da Terra através do éter afetava a velocidade medida da luz. Na mecânica clássica, o movimento da Terra seria adicionado ou subtraído da velocidade medida das ondas de luz, assim como a velocidade de um navio seria adicionada ou subtraída da velocidade das ondas do oceano medida a partir do navio. Mas o experimento de Michelson-Morley teve um resultado inesperado, pois a velocidade da luz medida permaneceu a mesma, independentemente do movimento da Terra. Isso só poderia significar que o éter não tinha significado e que o comportamento da luz não poderia ser explicado pela física clássica. A explicação emergiu, em vez disso, da teoria da relatividade especial de Einstein.
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