A Teoria da Relatividade Restrita de Einstein

Einstein (em 1905) compreendeu que a constância da velocidade da luz é necessária para garantir que as equações das ondas electromagnéticas de Maxwell fossem as mesmas para qualquer observador no universo, tornando a teoria electromagnética compatível com o princípio da relatividade. Desistir do postulado da constância da velocidade da luz implicaria desistir das equações das ondas electromagnéticas de Maxwell ou do postulado do movimento uniforme. E, por isso, deu um salto intuitivo brilhante e sugeriu que as transformações de Lorentz não deviam ser entendidas como transformações de objectos físicos mas sim como transformações do espaço e do tempo em si. E que o carácter absoluto do espaço e do tempo introduzido por Newton devia ser abandonado.

Desde Galileu e Newton, que se sabia que medidas laboratoriais de processos mecânicos nunca podiam mostrar diferenças entre um equipamento em repouso e um outro que estivesse em movimento com velocidade constante em linha recta: o princípio da relatividade. De acordo com a teoria electromagnética de Maxwell (refinada por Lorentz) a luz não devia obedecer a este princípio e devia mostrar o efeito do movimento. No entanto, isso não se verificava. Einstein, na sua Teoria da Relatividade Restrita, estendeu o princípio da relatividade à teoria electromagnética, propondo que a velocidade da luz é constante; a sua velocidade é sempre a mesma para qualquer observador em movimento ou não! A Teoria da Relatividade Restrita é baseada em dois postulados:

1. Todas as leis da mecânica e electrodinâmica são as mesmas em qualquer referencial inercial. Num quarto sem janelas não podemos saber se nos estamos a mover com velocidade constante sem olhar lá para fora. Todas as experiências que possamos fazer darão o mesmo resultado nos dois casos, mesmo que envolvam a luz.

2. A velocidade da luz é independente da velocidade da fonte. A velocidade de uma fonte de luz não se adiciona à da luz. Einstein foi capaz de mostrar que esta assumpção é perfeitamente consistente desde que estejamos preparados para desistir da natureza absoluta do espaço e do tempo. Antes de Einstein assumia-se que dois relógios idênticos de dois observadores quaisquer podiam ser sincronizados de modo a estarem sempre de acordo. Mas, de facto, segundo a teoria da relatividade, o tempo é relativo.

Quando um observador a mover-se a 50 km/h faz medições para estimar a velocidade de um corpo que se move a 100 km/h na mesma direcção e sentido, chega à conclusão que o corpo se move em relação a si a uma velocidade de 50 km/h (100-50). Mas, se o corpo se mover à velocidade da luz, as suas medições, segundo a teoria da relatividade, levá-lo-ão sempre à conclusão de que o corpo se move em relação a si sempre à mesma velocidade - a velocidade da luz, qualquer que seja a velocidade do observador.

Para que isso faça sentido, é necessário que as distâncias medidas por um observador móvel sejam mais pequenas do que as medidas por um observador em repouso - um efeito que aumenta com a velocidade e só é aparente para velocidades perto da velocidade da luz. É a chamada contracção das distâncias. E, para um observador em movimento, o tempo será dilatado. (De facto, nos aceleradores de partículas, onde se atingem velocidades até 99.999 % da da luz, observa-se que para algumas destas partículas, que têm normalmente uma vida muito breve - de menos de 1 segundo, se observa uma vida que pode ser de muitas horas!)