As Limitações Da Mecânica Newtoniana E A Teoria Da Relatividade Restrita

As limitações da Mecânica Newtoniana e a teoria da Relatividade Restrita

INTRODUÇÃO

A mecânica que se desenvolveu desde Newton até a segunda metade do século XIX teve grande sucesso em resolver um grande número dos problemas que os físicos e os engenheiros vinham encontrando.

Entre esses problemas podemos citar:

a) O movimento dos planetas

b) O movimento dos projéteis

c) O cálculo de estruturas

d) Certos aspectos da termodinâmica (teoria cinética dos gases)

e) Algumas aplicações ao movimento dos fluídos

f) Estudos de oscilações e propagação de ondas em meios elásticos.

Sob certo ponto de vista, a aplicação de métodos matemáticos à física obtivera tanto sucesso que havia uma certa euforia de que todos os problemas apresentados pela natureza acabariam sendo resolvidos, sem a necessidade de novos princípios ou leis.

O desenvolvimento do eletromagnetismo (com Ampère, Faraday e Maxwell), da óptica e da termodinâmica, parecia completar um programa básico almejado por Newton e parecia que era só questão de completar os pormenores, sem necessidade de rever (muito menos reformular) os fundamentos básicos das teorias.

Nos fins do século XIX, o interesse dos físicos se voltava para o eletromagnetismo e para os estudos da estrutura da matéria, com os primeiros modelos atômicos. Os problemas encontrados foram de tal ordem que foi necessário reformular uma série de conceitos básicos da física.

Maxwell conseguira unificar todos os fenômenos eletromagnéticos fundamentais em uma teoria que, como conseqüência, previa a existência de um novo tipo de ondas, as ondas eletromagnéticas, que deveriam se propagar com a velocidade de 3 x 108m/s. Esta era, a já conhecida, velocidade da propagação da luz. A sugestão era extremamente forte no sentido de que a luz nada mais fosse do que uma onda eletromagnética. As propriedades da luz logo se mostraram de acordo com a teoria.

Surgia uma questão, a velocidade da luz aparecia como uma constante e não era claro em relação a que sistema de referência devia ser tomada. Havia, aí, uma incompatibilidade com o princípio da relatividade de Galileu que não prevê, entre os infinitos referenciais inerciais, qualquer deles como privilegiado.

A teoria de Maxwell pode ser condensada num pequeno número de relações entre grandezas eletromagnéticas, conhecidas por equações de Maxwell. Entretanto, logo se descobriu que essas equações não eram invariantes por uma transformação de Galileu, entre dois sistemas de referencia.

Nota: Transformação de Galileu é do tipo x’ = x - vt. Ela deixa invariante as leis de Newton e, todos os teoremas deduzidos a partir destas leis, continuam válidos no novo referencial. Essa transformação será discutida com mais pormenores na Parte II dessas leituras.

Era sabido que as leis da mecânica eram invariantes em relação a una transformação deste tipo.

Parecia, pois, que se dois observadores realizassem experiências em dois laboratórios inerciais (no sentido newtoniano) ambos deveriam encontrar os mesmos resultados caso se restringissem a experiências no campo da mecânica, mas encontrariam resultados diferentes se efetuassem medidas envolvendo grandezas elétricas. Em outras palavras, parecia que para os fenômenos eletromagnéticos existia um referencial privilegiado, talvez o referencial absoluto que Newton associava ás estrelas fixas, se faria sentir num laboratório fechado!

Maxwell sugeriu que deveriam ser comparadas