Tópicos da teoria da relatividade

Master thesis Portuguese OPEN
Fragata, Paulo Renato Ferreira (2013)
  • Subject: Relatividade | Mecânica | Electrodinâmica | Teoria da Relatividade Restrita

Dissertação de Mestrado, Matemática para Professores, 25 de Outubro 2013, Universidade dos Açores. Qualquer descrição física da natureza tem por base a especificação da posição e do instante em que decorre determinado acontecimento. Para tal, é necessário recorrer a um sistema de coordenadas, escolhido por cada observador, do modo que ele achar mais pertinente. Dada a generalidade na escolha do sistema de coordenadas, é útil conhecer as regras que nos permitem comparar cálculos feitos em diferentes sistemas. No desenvolvimento da presente dissertação, apresentaremos os conceitos fundamentais da Teoria da Relatividade Restrita e algumas das suas aplicações. Apresentaremos, também, uma teoria alternativa, “relatividade fraca”, aparentemente credível, à relatividade restrita, baseada nas chamadas transformações inerciais e defendida pelo físico italiano Franco Selleri. Começaremos por fazer uma breve abordagem histórica ao desenvolvimento da Teoria da Relatividade Restrita, focando o conflito existente entre os pressupostos da Mecânica Clássica de Newton e os do Eletromagnetismo. Focaremos o grupo de transformações de Galileu, que se acreditava ser válido em Mecânica e o grupo de transformações de Lorentz, que se revelou o necessário para a coerência do princípio da relatividade de Galileu, devidamente generalizado, com a teoria eletromagnética. Verificaremos como Albert Einstein resolveu a contradição existente entre aquelas diferentes transformações, em 1905, com a publicação do artigo histórico Zur Elektrodynamik bewegter Korper, estabelecendo, com ele, as bases da Teoria da Relatividade. Indicaremos algumas das consequências mais importantes da adoção dos princípios relativistas em Mecânica e em Eletrodinâmica. Partindo do princípio que qualquer teoria científica é, em certa medida, fruto da compreensão que o Homem tem da natureza, em cada época histórica, e sendo, portanto, uma construção humana padecerá, naturalmente, de defeitos. Assim, dado que a Teoria da Relatividade Restrita foi desenvolvida no início do século XX não é de estranhar, passado todo este tempo, e tendo havido um desenvolvimento subsequente do conhecimento, que a mesma não encerre em si toda a verdade. Assim, com base nos trabalhos de diversos investigadores, tencionamos, também, apresentar explicações alternativas, aparentemente, consistentes com resultados experimentais conhecidos, mas de grandes consequências interpretativas, nomeadamente, na questão da simultaneidade entre acontecimentos. Mencionaremos, ainda, alguns resultados experimentais que põem em causa os ditames da relatividade, tal qual a entendemos. ABSTRACT: Any physical description of Nature will be based on the specification of the spatial and temporal positions of events. As such, one has to resort to coordinate systems, chosen by each observer in the way he finds more suitable. Given the generality in the choice of coordinate systems, it is useful to, and indeed necessary, to know the rules allowing for the comparison between calculations performed in different systems. In developing the present dissertation we will expose the fundamental concepts underlying the Special Theory of Relativity as well as some of its applications. We will also present an alternative theory, “weak relativity”, apparently credible, based on the so-called "inertial transformations" as defended by the Italian physicist Franco Selleri. We will begin with brief historical approach to the development of the Theory of Special Relativity, emphasizing the conflict between the presuppositions of Newtonian mechanics versus Electromagnetism as embodied in Maxwel’s equations. We will refer to the group of Galilean transformations, previously believed to be valid for mechanical phenomena, as well as to the group of the Lorentz transformations, which became necessary for the coherence between Maxwellian electromagnetism and the generalized Galilean relativity principle. We will see how Einstein resolved the contradiction between those different transformations in 1905, with the publication of the historical paper Zur Elektrodynamik bewegter Korper, which established the basis of the Theory of Relativity. We will also indicate some of the more important consequences that result from the adoption of relativistic principles both in Mechanics and in Electrodynamics. Given the belief that any scientific theory is, in a way, the result of human understanding of nature in each historical epoch and being, consequently, a human construction, it results that it will suffer, naturally, of defects. Hence, since the Theory of Special Relativity was developed in the beginning of the 20th Century, is is no surprise that, after all this time and the corresponding development in knowledge, we can now say that this theory no longer contains all the possible truth. So, and based in the work of several researchers, we also pretend to expose alternative explanations, apparently consistent with known experimental results but with big interpretational consequences, namely in what concerns the question of simultaneity between different events. We will also mention some experimental results that seem to put in question the relativistic rulings as we know them.
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