Espaço, Tempo e Relatividade

Apresentação em tema: "Espaço, Tempo e Relatividade"— Transcrição da apresentação:

1 Espaço, Tempo e Relatividade
Carlos Eduardo Aguiar Instituto de Física-UFRJ

2 Relatividade

3 O Espaço Absoluto

4 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 tempo e o espaço. Principia Isaac Newton ( )

5 Como identificar o repouso absoluto?
V V = ?

6 A Relatividade de Galileu
Nenhum experimento realizado na cabine fechada de um navio pode determinar a velocidade com que este se move. Diálogo sobre os Dois Sistemas de Mundo Galileo Galilei ( )

7 Campos eletromagnéticos podem propagar-se como
As Ondas de Maxwell Campos eletromagnéticos podem propagar-se como ondas, com velocidade c  km/s.  A luz é uma onda eletromagnética. James C. Maxwell ( )

8 c - para que observador? c

9 c - para que observador? c V

10 Do ponto de vista do motorista…
C - V o carro está “parado” V

11 A Velocidade Relativa V U U

12 Para o “observador” no carro vermelho...
repouso U - V U + V

13 A “adição” de velocidades
(U - V)  T V  T U  T

14 Ondas Mecânicas

15 Há um “meio” para a propagação das ondas eletromagnéticas? Século XIX: o “éter luminífero”

16 Movimento no “éter” C1 = C-V C2 = C+V V c1 c2

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

18 A Experiência de Michelson e Morley
Albert A. Michelson ( ) Interferômetro de Michelson (1887)

19 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

20 V c V = ??

21 A Relatividade de Einstein
… não apenas na mecânica, mas também na eletrodinâmica, os fenômenos não têm nenhuma propriedade associada ao conceito de repouso absoluto… Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento (1905) Albert Einstein ( )

22 c A luz se propaga no vácuo com uma velocidade definida c que
é independente do movimento do corpo que a emitiu. V c

23 Observadores diferentes encontram sempre a mesma velocidade de
propagação da luz. c V

24 O Tempo Relativo c

25 c V

26 Passado, presente e futuro são conceitos relativos!!
Simultaneidade é um conceito relativo! Passado, presente e futuro são conceitos relativos!!

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

28 Eu vejo Passado, Presente, e Futuro existindo todos de uma vez…
William Blake W. Blake ( )

29 Sincronizados

30 Desincronizados V

31 Mais Relatividade do Tempo
espelho c

32 Para outro observador... c V

33 A Dilatação do Tempo c c tempo menor tempo maior

34 Relógios em movimento batem mais devagar!

35 Relógios em movimento batem mais devagar!

36 Vida = 2,2 milionésimos de segundo Vida = 64 milionésimos de segundo
A vida dos múons em repouso Vida = 2,2 milionésimos de segundo V = 0,9994 C Vida = 64 milionésimos de segundo Bailey et al., Nature (1977) pg. 301

37 O paradoxo dos gêmeos Tempo (Terra) = 7 anos Tempo (viajante) = 1 ano
7 anos-luz Terra estrela V = 0,99 C Tempo (Terra) = 7 anos Tempo (viajante) = 1 ano

38 Relatividade do Comprimento
V = 0,99 C V = 0,99 C 1 ano-luz

39 Contração do Comprimento
V

40 Réguas em movimento ficam mais curtas!

41 Contração do Comprimento (de novo)
1 ano-luz

42 se a velocidade da luz fosse 30 km/h ... George Gamow
Mr. Tompkins in Wonderland

43

44 As Transformações de Lorentz
tempo t distância x V

45 tempo t* distância x* x* =  (x - vt) t* =  (t - vx/c2)  =

46 O Espaço - Tempo Espaço e tempo, enquanto entidades separadas, são
meras sombras, e apenas uma espécie de união entre eles tem existência independente. Hermann Minkowski (1908)

47 Energia Relativística
Conservação da energia

48 velocidade da luz  energia infinita
m velocidade da luz  energia infinita

49 Energia Cinética e de Repouso
energia em repouso: E0 = m c2 energia cinética: EC = E - m c2 E = E0 + EC

50 conservação da energia:
EC m M 2 (mc2 + EC) = M c2 conservação da energia: energia cinética tornou-se massa!

51 E = m c2 A massa de um corpo depende da energia que ele contem.
Lavoisier estava errado! Massa pode ser criada e destruída.

52 Criação de um par elétron-pósitron

53

54 As Visões da Eternidade, por limitada percepção,
Tornaram-se fracas Visões do Espaço e do Tempo ... William Blake

55 Para pensar em casa:

56 O Circo Relativista 4 metros 6 metros

57 O Circo Relativista 4 metros 3 metros

58 O Circo Relativista

59 Desastre no Circo Relativista?
2 metros 6 metros

60 Desastre no Circo Relativista?