Teoria da Relatividade - Albert Einstein promoveu uma revolução na física

• E=mc² - Einstein e a equivalência entre matéria e energia

Em 1905, um jovem funcionário do escritório de patentes de Berna, na Suíça, publicou um artigo que revolucionou a física e a ciência de um modo geral. Suas descobertas mudaram o modo de se ver o mundo e introduziram fatores que alteraram o curso da história.

Esse jovem chamava-se Albert Einstein e o seu artigo, que tratava da eletrodinâmica dos corpos em movimento, ficou conhecido como a Teoria da Relatividade Restrita. Nesse texto, Einstein introduziu conceitos que vão de encontro ao que chamamos de senso comum.

Alguns desses conceitos serão apresentados brevemente aqui, de forma introdutória e com um mínimo de matemática.

Velocidade da luz

Einstein lançou dois postulados. Num deles, afirma que a velocidade da luz é a mesma para qualquer observador. Uma análise mais profunda desse postulado nos levará a conclusões que vão de frente ao que chamamos de senso comum.

Para entender do que se trata, vamos pensar um pouco na mecânica clássica, ou newtoniana, com o seguinte exemplo:

Um viajante está em uma estrada a 100km/h e vai ultrapassar outro veículo que está a 60km/h, com ambas velocidades medidas em relação à Terra. O viajante irá observar o outro veículo a 40km/h, ou seja, a sua velocidade menos a velocidade do outro veículo.

Continuando a seguir nosso viajante, imagine que anoiteceu e ele, logicamente, acendeu os faróis que, por sua vez, emitiram um feixe de luz. É a partir desse ponto que podemos começar a discutir uma das consequências do estudo de Einstein.

Considere que - além do viajante - exista um outro observador na estrada, em repouso em relação à Terra. Quando os faróis são acesos, o observador na estrada irá observar a luz viajando a uma velocidade extremamente alta que aqui chamaremos de c e o carro do viajante a uma velocidade v. Até aqui não há nenhuma surpresa, porém quando estudamos os resultados das observações do viajante...

Inexistência de um tempo absoluto

O senso comum e a mecânica clássica nos ensinam que o viajante irá medir para a luz uma velocidade que será a própria velocidade da luz (c) menos a velocidade do seu carro (v).

Agora lembre do postulado de Einstein que diz que a velocidade da luz é a mesma para qualquer observador. Ele mostra que o viajante, mesmo em movimento, irá medir a mesma velocidade da luz que o observador em repouso.

A explicação de Einstein para esse fenômeno surpreendente vem da inexistência de um tempo absoluto. Até então, acreditava se nesse tempo absoluto, em que todos os relógios poderiam ser sincronizados. Contudo, Einstein nos mostrou que cada observador tem o seu tempo próprio e que para os observadores em movimento o tempo passa mais lentamente.

Então, por que - quando estamos em movimento - os nossos relógios não "andam" mais lentamente? A resposta é que os fenômenos chamados de relativísticos são observáveis com maior evidência quando estamos lidando com velocidades comparáveis à velocidade da luz, o que não ocorre no nosso dia a dia. Por isso, as diferenças entre os tempos dos observadores em repouso e em movimento são desprezíveis.

Paradoxo dos gêmeos

Considere dois gêmeos idênticos. Um deles irá para uma viagem espacial a uma estrela e a sua nave navegará a uma velocidade próxima à da luz. Já sabemos que para os observadores em movimento o tempo passa mais lentamente e, por isso, o gêmeo que partiu em viagem quando retornar a Terra irá encontrar o seu irmão mais velho.

É provável que algum dia o seu professor de física tenha lhe ensinado que se um corpo está em movimento em relação a um observador, esse mesmo corpo pode estar em repouso em relação a outro. Pois bem, é aí que entra o paradoxo.

O gêmeo que está em viagem pode se considerar em repouso e a Terra em movimento. Desse modo, quem deveria envelhecer menos é o seu irmão que está na Terra, o que realmente não acontece.

A explicação do paradoxo vem do fato que o gêmeo que partiu em viagem sofreu algumas acelerações e desacelerações, enquanto que o seu irmão na Terra não. Tais acelerações serão o motivo de os gêmeos terem idades diferentes ao final da viagem. As predições referentes ao paradoxo dos gêmeos já foram testadas diversas vezes. Em laboratórios, partículas instáveis são aceleradas a velocidades próximas a da luz e elas vivem mais do que quando estão em repouso.

Relação massa e energia

Uma das consequências mais famosas da teoria da relatividade é a relação entre massa e energia. Essa relação é conhecida como equivalência massa-energia e diz que massa pode ser convertida em energia, e vice-versa.

Matematicamente, a equivalência massa-energia pode ser resumida pela mais famosa fórmula de Einstein:

Onde c é a velocidade da luz.

Uma das consequências mais interessantes dessa relação vem do fato que - se estiver parado e não submetido a nenhuma força - um corpo possui uma energia intrínseca pelo simples fato de possuir massa. Essa energia é chamada de energia de repouso.

Para se ter uma ideia em números da quantidade de energia que pode ser liberada por certa quantidade de massa, primeiro precisamos saber quanto vale a velocidade da luz ao quadrado.

Se multiplicarmos o valor encontrado acima pela massa, mesmo que esta seja pequena, o resultado final para energia será um valor extremante alto para os nossos padrões cotidianos. Basta você tentar colocar no papel a quantidade total de zeros que está contida no valor 10¹⁶...