Espaço, Tempo e Relatividade

Carlos Eduardo AguiarInstituto de Física-UFRJ

Relatividade

O Espaço Absoluto

Newton e o Espaço Absoluto

O Deus Supremo é um Ser eterno, infinito…; e por existir sempre e estar em todo lugar, ele constitui o tempoe o espaço. Principia

Isaac Newton(1642-1727)

Como identificar o repouso absoluto?

V

V = ?

A Relatividade de Galileu

Galileo Galilei(1564-1642)

Nenhum experimento realizadona cabine fechada de um naviopode determinar a velocidadecom que este se move. Diálogo sobre os Dois Sistemas de Mundo

As Ondas de Maxwell

James C. Maxwell(1831-1879)

Campos eletromagnéticospodem propagar-se como

ondas, com velocidadec 300.000 km/s.

A luz é uma ondaeletromagnética.

c - para que observador?

c

c - para que observador?

c

V

Do ponto de vista do motorista…

V

C - V

o carro está “parado”

Ondas Mecânicas

Há um “meio” para a propagação das ondas

eletromagnéticas?

Século XIX:o “éter luminífero”

Movimento no “éter”

C1 = C-VC2 = C+V

Vc1c2

2

CCV 12

V

Qual é a velocidade da Terra em relação ao “éter”?

A Experiência de Michelson e Morley

Albert A. Michelson(1852-1931) Interferômetro de

Michelson (1887)

O que Michelson e Morley encontraram em 1887:

V (Terra - éter) = 0 (< 5 km/s)

V (Terra - Sol) 30 km/s

Brillet e Hall (1979):

V (Terra - éter) < 0,03 km/s

Vcc

V = ??

A Relatividade de Einstein

… não apenas na mecânica, mas também na eletrodinâmica, osfenômenos não têm nenhuma

propriedade associada ao conceito de repouso absoluto…

Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento (1905)

Albert Einstein(1879-1955)

A luz se propaga no vácuo comuma velocidade definida c que é independente do movimento

do corpo que a emitiu.

c

V

Observadores diferentes encontramsempre a mesma velocidade de

propagação da luz.

cV

O Tempo Relativo

cc

cc V

V

c V

Simultaneidade é umconceito relativo!

Passado, presente e futuro são conceitos relativos!!

A distinção entre passado, presente e futuro é apenas uma ilusão, ainda que persistente. A. Einstein

Eu vejo Passado, Presente, e Futuro existindo todos de uma vez… William Blake

W. Blake (1757-1827)

Mais Relatividade do Tempo

espelho

c c

Para outro observador...

c c V

A Dilatação do Tempo

c ccc

tempomenor

tempo maior

22 /cv1

(repouso) T)(movimento T

Relógios em movimento batem mais devagar!

Vida = 2,2 milionésimos de segundo

Vida = 64 milionésimos de segundo

Bailey et al., Nature (1977) pg. 301

A vida dos múons

V = 0,9994 C

em repouso

O paradoxo dos gêmeos

7 anos-luzTerra estrela

V = 0,99 C

Tempo (Terra) = 7 anos

Tempo (viajante) = 1 ano7/cv1

122

Relatividade do Comprimento

1 ano-luz

V = 0,99 C V = 0,99 C

Contração do Comprimento

V

22 /cv1 (repouso) D)(movimento D

Réguas em movimento ficam mais curtas!

Contração do Comprimento(de novo)

1 ano-luz

se a velocidadeda luz fosse30 km/h ...

George GamowMr. Tompkins in Wonderland

As Transformações de Lorentz

V

tempo t

distância x

tempo t*

distância x*

22 /cv1

1

=

x* = (x - vt)

t* = (t - vx/c2)

Espaço e tempo, enquanto entidades separadas, são meras sombras, e apenas umaespécie de união entre eles tem existência independente.

Hermann Minkowski (1908)

O Espaço - Tempo

Energia Relativística

Conservação da energia

A massa de um corpo dependeda energia que ele contem.

E = m c2

Lavoisier estava errado!Massa pode ser criada e destruída.

Criação de um parelétron-pósitron

As Visões da Eternidade,

por limitada percepção,

Tornaram-se fracas Visões

do Espaço e do Tempo ...

William Blake

Para pensar em casa:

O Circo Relativista

4 metros 6 metros

4 metros 3 metros

O Circo Relativista

O Circo Relativista

2 metros 6 metros

Desastre no Circo Relativista?

Desastre no Circo Relativista?