Breve história da Teoria da Relatividade Especial (ou Restrita)

A Física é uma ciência de observação. E observar é literalmente olhar para um sistema, um conjunto de partes, tentar descobrir alguma regularidade, estados, de uma ou mais partes (ou do sistema inteiro) e colocar em uma linguagem matemática a fim de poder prever qual será o comportamento do sistema, de suas partes, em qualquer instante de tempo futuro. Também no presente imediato ou tirar conclusões sobre o passado. Você descobre então uma ou mais leis colocando-as na linguagem da matemática.

Filósofos e cientistas do passado, não possuindo ferramentas matemáticas, analisavam fenômenos e davam suas opiniões sobre o que ocorria com eles. A partir de Galileu Galilei (1564-1642) a matemática começou a fazer parte da análise de movimentos e a Física se tornou mais completa, mais concreta para as suas análises. Inclusive as leis da física também serão válidas para locais, ditos referenciais, que estão em movimento retilíneo e uniforme em relação a outros. Você  calcula alguns valores de um fenômeno qualquer em algum lugar e pode prever quanto serão os valores no outro referencial sabendo-se a velocidade entre ambos. Isto também se deve a Galileu e são chamadas Transformadas de Galileu. Cito aqui pois é um dos dois postulados da Teoria da Relatividade Especial.

Estamos acostumados com as palavras “observação” e “olhar”. Tão acostumados que não nos damos conta de algo tão trivial envolvido com elas: para enxergarmos um objeto ou um fenômeno dependemos da luz refletida por eles a impressionarem nossos olhos e cérebros pois senão “veríamos” um mundo todo escuro. Mas ninguém sabia até o final do século XIX, e nem poderia imaginar, era que a velocidade da luz não pode ser acelerada ou desacelerada dentro de um mesmo meio. Este é o outro postulado da relatividade e o principal que mudou para sempre as nossas noções do que são o espaço, tempo, matéria e energia...  

A história é a seguinte: o físico escocês James Clerk Maxwell (1831 - 1879) havia estabelecido as leis do eletromagnetismo nas famosas "equações de Maxwell", criando o eletromagnetismo moderno.

Acontece que as suas equações apresentavam problemas quando da mudança de referencial, de um para outro com velocidade constante e retilínea, também denominado de referencial inercial, em cálculos utilizando-se as Transformadas de Galileu.

Necessitava-se de transformadas englobando as físicas de Galileu (e também de  Newton) junto às leis de Maxwell. E foi o físico neerlandês Hendrik Anntoon Lorentz (1853 - 1928) quem chegou a essas Transformações (...de Lorentz). Estavam corretas para cálculos com mudanças de referenciais mas admiti-las seria admitir fatos absurdos para o senso comum das pessoas: dilatação temporal, contração de comprimento e aumento de massa com a velocidade entre os referenciais inerciais. (1)

Ainda assim os cientistas da época consideraram hipoteticamente um meio pelo qual as ondas eletromagnéticas deveriam se deslocar e o chamaram de éter. Muito pouco denso a não dificultar o movimento de corpos celestes como a Terra, ele seria análogo a matéria para o movimento das ondas sonoras. Seria um modo de explicar a ineficácia das Transformações de Galileu para o eletromagnetismo. Acontece que a famosa experiência de Michelson e Morley garantiu, pela constância da velocidade da luz descoberta por eles, que, se ele existisse, obviamente não interferiria em nada no deslocamento das ondas de Maxwell. Optaram por descartar a existência do éter!

Albert Einstein (1879 - 1955) considerou os referenciais inerciais, que a velocidade da luz é constante em um mesmo meio e disse que o Universo se comporta sim como as três transformadas de Lorentz, e ainda chegou na equação mais famosa da física: E = m.c².

Fez-se silêncio não só na Física mas na ciência do Século XX durante muito tempo. Aos poucos a tecnologia cada vez mais avançada começou a provar a Teoria da Relatividade, de 1905, e hoje é ensinada já no ensino médio.

Notas:

1 - Veja o "Apêndice A" em meu blog "A Teoria da Relatividade não é difícil de entender < http://teoriadarelatividadefacil.blogspot.com.br/2017/06/apendice-a.html >