TEORIA DA RELATIVIDADE E MECÂNICA QUÂNTICA Centro Educacional Barreiros Barreiros - São José Física Moderna TEORIA DA RELATIVIDADE E MECÂNICA QUÂNTICA Prof.: Agnaldo Alexandre Disciplina: Física Turma: 3º Ano EM SÃO JOSÉ, OUTUBRO DE 2012

Relatividade Antecedentes Históricos A persistência da memoria, de Salvador Dali

Relatividade Antecedentes Históricos Historicamente, a relatividade não se inicia com os trabalhos de Albert Einstein; No final do século, suspeitava-se que a velocidade da luz no vácuo, (c = 3,0·108 m/s) era a mesma para qualquer referencial; Da mecânica clássica sabemos que a velocidade depende do referencial, como dois carro que se encontram em sentidos contrários em uma estrada. Para ambos, a velocidade de cada observador se soma ao passarem um pelo outro;

Relatividade Antecedentes Históricos Os trabalhos do físico polonês A. A. Michelson, e do químico norte-americano E. W. Morley, 1881 e 1887 deram inicio as ideias de que a velocidade da luz não era constante; A dupla trabalhava com o interferômetro de Michelson, tentando provar a existência do éter, meio elástico, extremamente ténue que permeava o espaço; Porém, não obtiveram sucesso em medir qualquer indicação da existência do tal éter; Isso não contrariava de todo a teoria do eletromagnetismo de Maxwell;

Relatividade Antecedentes Históricos Interferômetro de Michelson Resultado do interferômetro Movimento relativo no éter

Experiência de Michelson e Morley

Relatividade O físico alemão A. Einstein procurava modificar e adaptar a teoria da mecânica de Newton para adequá-la a velocidade da luz com observador inercial; Em 1905 publicou a Relatividade Especial ou Relatividade Restrita, restrita pois só valia para referenciais inerciais; Em 1915 publicou a teoria da Relatividade Geral, onde empregava o uso de referenciais não inerciais, com acelerações causadas pela força da gravidade; Isso permitiu um melhor entendimento da teoria da gravitação universal de Newton; Referencial inercial: referencial que não esteja sujeita a acelerações.

Albert Einstein Einstein jovem Einstein idoso Percebemos em Einstein na idade avançada, um olhar triste, devido ao fato de sua teoria ter sido usada para construir a bomba atômica, que matou milhares de pessoas; Oppenheimer convenceu-o a escrever uma carta para o então presidente Roosevelt, convencendo-o a liberar a verba para a famosa bomba atômica;

Relatividade Postulados A relatividade especial de Einstein se fundamenta em dois postulados básicos, o que causou espantosa mudança na forma de pensamento da física da época: As leis da física são as mesmas para quaisquer observadores em movimento uniforme. Não há na natureza um referencial privilegiado, e não há sentido em repouso absoluto. A velocidade da luz no vácuo possui sempre o mesmo valor para qualquer observador. O valor de c é independente do movimento da fonte emissora, sendo a velocidade limite para qualquer partícula material.

Cinemática Relativística Contração Espacial Duas consequências importantes advindas da relatividade de Einstein, é a contração do espaço e a dilatação do tempo, o espaço-tempo; Contração do Espaço Uma barra de metal, em repouso, e encontre o resultado de 1,0 m. Em seguida, a barra é medida dentro do foguete de Einstein que se movimenta a 240000km/s. O valor obtido será de 0,60 m (60 cm), ou seja, uma redução de 40% no comprimento da barra.

Cinemática Relativística Dilatação Temporal A descoberta do caráter absoluto da velocidade da luz trouxe como consequência um nova maneira de conceber o tempo na física relativística; Estamos acostumados à ideia de que o tempo passa da mesma maneira para corpos parados ou em movimento; para nós, o tempo é absoluto. Essa é a concepção de tempo na Física de Newton; Para Einstein isso não acontece: o tempo é relativo. A Teoria da Relatividade Demonstra que o tempo passa mais devagar para uma pessoa que se movimenta com velocidade comparável à da luz do que para outra, parada ou em movimento de baixa velocidade; Esse efeito é conhecido como dilatação do tempo. Devido a ele, a noções de simultaneidade também desaparece na Física relativística;

Cinemática Relativística Paradoxo dos Gêmeos

Relatividade Teoria Comprovada Em 1919, equipes de cientistas observaram o eclipse total do Sol, na Praça da Igreja de Nossa Senhora do Patrocínio, no município de Sobral no Ceará e na Ilha do Príncipe, na África; As medidas de Sobral foram bem mais precisas e Com base nas fotos e medidas, foi comprovada a Teoria da Relatividade, fato que transformou Sobral em patrimônio histórico e científico mundial; Em 1964, foi realizada uma experiência do CERN (Centre Européan de Recherches Nucléaires - Genebra), comprovando a teoria da relatividade;

Relatividade Geral Em sua teoria da Relatividade Geral, Einstein procura avaliar o que acontece em referenciais não inerciais (que possuem aceleração). Ele chega a algumas importantes conclusões: Um referencial que sofre aceleração é equivalente a um referencial submetido a uma força atuando à distância. Por exemplo, quando um elevador sobe, o passageiro não tem como distinguir se o elevador realmente iniciou o movimento ou se alguma força começa a empurrá-lo para baixo (exceto pelo indicador dos andares). A Força Gravitacional é provocada por uma distorção na relação entre espaço e tempo. Isso pode ser observado por um corpo em queda que percorre espaços maiores em tempos cada vez menores. Toda massa provoca essa distorção e quanto maior a massa maior a distorção.

ilustração mostrando a deformação no espaço-tempo Relatividade Geral ilustração mostrando a deformação no espaço-tempo causada pelo Sol, por uma anã branca, estrela de nêutrons e por um buraco negro

Ilustração de um buraco negro devorando uma estrela Relatividade Geral Ilustração de um buraco negro devorando uma estrela Cygnus X1 - buraco negro

Relatividade Geral Teoria do Big Bang

Relatividade Geral Einstein revisando a dinâmica para relatividade, chegou a equação mais conhecida de todos os tempos; A equação demostra que é impossível acelerar um corpo material até a velocidade da luz; Ela mostra ainda que pode-se converter massa em energia e vice-versa, fato utilizado para produção de energia elétrica em reatores nucleares;

Relatividade Geral Viagem no Tempo Com isso, as viagens no tempo, tão sonhadas pelo homem não são possíveis, pois o tempo é linear, e não é possível voltar para trás; A 2ª lei da termodinâmica proíbe a volta no tempo, pois trata-se de um fenômeno irreversível, segundo a flecha do tempo; A falta de compreensão criou a falsa impressão de que é possível viajar no tempo, mas isso não passa de um sonho do homem; Em algumas experiências modernas, foi possível mandar elétrons para o futuro (bilionésimos de segundos), mas nunca para o passado;

Relatividade Geral Viagem no Tempo Buraco de minhoca (worm hole)

Relatividade Geral Viagem no Tempo

Relatividade Geral Viagem no Tempo A máquina do tempo de H.G. Wells O exterminador do futuro