Historia_da_relatividade_especial_-_Wikipedia_a_enciclopedia_livre.pdf

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Histria da relatividade especialOrigem: Wikipdia, a enciclopdia livre.

A histria da relatividade especialtrata dos diversos resultados tericos e achados empricosobtidos por Albert Michelson, Hendrik Lorentz, Henri Poincar e outros. Estes resultados eachados culminaram na teoria da relatividade especial proposta por Albert Einstein, e no trabalhosubsequente de Max Planck, Hermann Minkowski e outros.

ndice

1 Introduo

2 O ter e a Eletrodinmica do Movimento dos Corpos2.1 Modelos do ter e as Equaes de Maxwell2.2 A busca pelo ter2.3 Teoria do Eltron de Lorentz

3 Referncias

Introduo

Embora Isaac Newton tenha baseado sua teoria nos conceitos de espao e tempo absolutos, eletambm aderiu ao princpio da relatividade de Galileu Galilei. Este afirmou que todos osobservadores que se movem uniformemente um em relao ao outro devem formular as leis danatureza da mesma forma, e que nenhum estado de movimento absoluto pode ser atribudo anenhum dos observadores. Durante o sculo XIX a teoria do ter foi amplamente aceita, na maiorparte das vezes, da forma como foi proposta por James Clerk Maxwell. De acordo com Maxwell"todos" os fenmenos pticos e eltricos propagavam-se em um meio. Assim, parecia ser possveldeterminar o movimento "absoluto" em relao ao ter e, portanto, refutar o princpio de Galileu.

O fracasso de todos os experimentos para detectar o movimento atravs do ter levou Lorentz, em1892, a desenvolver uma teoria, conhecida como Teoria do ter de Lorentz, baseada em um terimvel e nas transformaces de Lorentz. Com base no ter de Lorentz, Henry Poincar props,em 1905, o Princpio de Relatividade como uma lei geral da natureza, que inclua aeletrodinmica e a gravitao. No mesmo ano, Albert Einstein publicou o artigo que agora chamado de Teoria da relatividade especial - ele reinterpretou radicalmente a eletrodinmica deLorentz , mudando os conceitos de espao e tempo e abolindo o ter. Isso abriu caminho para aRelatividade Geral. O trabalho subsequente de Hermann Minkowski estabeleceu os fundamentospara as Teorias relativsticas de campo

O ter e a Eletrodinmica do Movimento dos Corpos

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Modelos do ter e as Equaes de Maxwell

De acordo com os trabalhos de Thomas Young (1804) e Augustin-Jean Fresnel (1818),acreditava-se que a luz propagava-se como uma onda transversal em um meio elstico chamadode ter luminfero. Entretanto, foi feita uma distino entre fenmenos pticos e eletrodinmicos,ento era necessrio criar modelos especficos de ter para cada um dos fenmenos. Tentativas de

unificar esses modelos ou de criar uma descrio mecnica completa deles no tiveram sucesso,mas depois do considervel trabalho de diversos cientistas, entre eles, Michael Faraday e WilliamThomson, James Clerk Maxwell(1864) desenvolveu uma teoria precisa do eletromagnetismoatravs da derivao de um conjunto de equaes para eletricidade, magnetismo e indutncia,chamadas de equaes de Maxwell. Primeiramente ele props que de fato a luz consistia emondulaes (radiao eletromagntica) no "mesmo" meio etreo que a causa dos fenmenoseltricos e magnticos. Entretanto, a teoria de Maxwell era insatisfatria no que diz respeito ptica e ao movimento dos corpos, e enquanto ele foi capaz de apresentar um modelo matemticocompleto, ele no pode prover uma descrio mecnica coerente do ter.

Depois que Heinrich Hertz demonstrou a existncia das ondas eletromagnticas, em 1887, ateoria de Maxwell foi amplamente aceita. Alm disso, Oliver Heaviside e Hertz tambmdesenvolveram uma teoria e introduziram verses modernas das equaes de Maxwell. AsEquaes de "Maxwell-Hertz" ou "Heaviside-Hertz" posteriormente formaram uma baseimportante para o desenvolvimento da eletrodinmica. A notao utilizada por Heaviside utilizada ainda hoje. Outra importante contribuio para a teoria de Maxwell foi feita por GeorgeFitzGerald, Joseph John Thomson, John Henry Poynting, Hendrik Lorentz e Joseph Larmor.

A busca pelo ter

Em relao ao movimento relativo e a influncia mtua da matria e do ter, duas teorias eramconsideradas? A teoria de Fresnel (e posteriormente Lorentz), que desenvolveu uma Teoria doter Estacionrio, na qual a luz propagava-se como uma onda transversal e o ter eraparcialmente arrastado, com um coeficiente de gerado pela matria. Baseado nessa teoria, Fresnelestava apto a explicar a Aberrao da luz e outros fenmenos pticos. Por outro lado, GeorgeGabriel Stokes afirmou em 1845 que o ter era "totalmente" arrastado pela matria(posteriormente esse ponto de vista foi compartilhado por Hertz). Nesse modelo, o ter pode serrgido para objetos rpidos e fluido para objetos lentos. Assim, a Terra poderia se mover

livremente atravs dele, mas ele seria rgido o suficiente para transportar a luz. A teoria deFresnel ganhou destaque porque seu coeficiente de arrasto foi confirmado pela experimento deFizeau, realizado por Hippolyte Fizeau em 1851, que mediu a velocidade da luz em lquidos emmovimento.

Albert Abraham Michelson (1881) tentou medir o movimento da Terra em relao ao ter (Ventoetreo), conforme esperado pela teoria de Fresnel, utilizando um interfermetro. Ele no podedeterminar nenhum movimento relativo, ento interpretou o resultado como uma confirmao datese de Stokes. Entretanto, Lorentz (1886) mostrou que os clculos de Michelson estavamerrados e que a preciso das medidas estava superestimada. Isso, somado larga margem de erro,

tornou os resultados do experimento de Michelson inconclusivos. Alm disso, Lorentz mostrouque o a teoria de Stokes, a respeito do arrasto completo do ter, levava a consequnciascontraditrias, por isso, deu seu apoio a uma teoria do ter similar de Fresnel. Para checar ateoria de Fresnel novamente, Michelson e Edward Morley (1886) repetiram o experimento de

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Albert Abraham Michelson

Fizeau. O coeficiente de arrasto de Fresnel foi confirmadocom exatido pelo experimento. Michelson tinha agora aopinio de que a teoria do ter estacionrio de Fresnel eracorreta. Para esclarecer a situao, Michelson e Morley(1887) repetiram o experimento de Michelson de 1881, eaumentaram substancialmente a preciso da medio.Contudo, a agora famosa Experincia de Michelson-Morley resultou em mais um resultado negativo, i.e.,nenhum movimento do aparato atravs do ter foidetectado (embora a velocidade da terra tenha umadiferena de 60 km/s do inverno para o vero). Os fsicosestavam ento confrontados com dois experimentosaparentemente contraditrios: O experimento de 1886como uma aparente confirmao do ter estacionrio deFresnel, e o experimento de 1887 como uma aparenteconfirmao do ter completamente arrastado de Stokes.

Uma possvel soluo para o problema foi mostrada por Woldemar Voigt (1887), que investigou oEfeito Doppler para ondas propagando-se em um meio elstico incompressvel e deduziu asrelaes de transformao que mantiveram a equao de onda no espao vazio imutvel, eexplicou o resultado negativo do Experimento Michelson-Morley. AsTransformaes de Voigtincluram o fator de Lorentz para as coordenadas y e z, e uma nova varivel detempo que posteriormente foi chamada de "tempo local". Entretanto, o trabalho deVoight foi completamente ignorado por seus contemporneos.

FitzGerald (1889) ofereceu outra explicao para o resultado negativo do experimentoMichelson-Morley. Ao contrrio de Voight, FitzGerald especulou que as foras intermoleculareseram possivelmente de origem eltrica, ento os corpos materiais utilizados no experimentosofreriam uma contrao no sentido do movimento. Essa explicao ia de encontro ao trabalho deHeaviside (1887), que determinou que os campos eletrostticos em movimento sofriamdeformao (elipside de Heaviside). Entretanto, a idia de Fitzgerald permaneceudesconhecida e no foi discutida at que Oliver Lodge publicou um resumo da idia em 1982.Lorentz (1892b) tambm props a contrao do comprimento independentemente de Fitzgerald,como forma de explicar a experincia de Michelson-Morley. Por uma questo de plausibilidade,Lorentz referiu-se analogia da contrao dos campos eletrostticos. Todavia, mesmo Lorentzadmitiu que esta no era uma razo necessria e a contrao do comprimento, consequentemente,permaneceu como uma hiptese ad hoc.

Teoria do Eltron de Lorentz

Lorentz (1892a) estabeleceu fundaes de sua teoria do ter, assumindo a existncia do eltron, oqual ele separou do ter, e substituindo as equaes de "Maxwell-Hertz" pelas equaes de"Maxwell-Lorentz". No modelo de Lorentz, o ter imvel e, ao contrrio da teoria de Fresnel,

no sofre arrasto parcial pela matria. Uma importante consequncia dessa noo era que avelocidade da luz totalmente independente da velocidade da fonte. Lorentz no fez nenhumaafirmao sobre a natureza mecnica do ter e dos processos eletromagnticos, porm, tentouexplicar os processos mecnicos por meio dos eletromagnticos, criando assim um ter

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Hendrik Antoon Lorentz

eletromagntico abstrato. No mbito de sua teoria, Lorentzcalculou, assim como Heaviside, a contrao dos camposeletrostticos. Lorentz (1985) tambm introduziu o queele chamou de "Teorema dos Estados Correspondentes"para termos de primeira ordem em . Esse teoremaestabelece que um observador em movimento (em relaoao ter) em seu campo "imaginrio" faz as mesmasobservaes que o restante dos observadores e, seu campo"real". Uma parte importante disso foi o tempo local

, que fora introduzido independentemente dateoria de Voigt e que abriu o caminho para asTransformaes de Lorentz. Com a ajuda desse conceito,Lorentz pde explicar a aberrao da luz, o Efeito Dopplere a experincia de Fizeau. Entretanto, o tempo local deLorentz era apenas um auxlio matemtico parasimplificar a transformao de um sistema para o outro -

foi Poincar, em 1900, quem reconheceu que o tempolocal era, na verdade, indicado por relgios emmovimento. Lorentz tambm reconheceu que suateoria violava o princpio de ao e reao, uma vez que oter agia na matria, mas a matria no podia agir sobre o ter imvel.

Referncias

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Categoria: Histria da fsica

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