Apresentando a Buracos Negros #1 - Relatividade Especial

[Aron Wall me deu permissão para traduzir todo e qualquer texto dele, e dividir em quantas partes eu quiser. Então, hoje começará uma nova serie onde vou traduzir este texto em partes. Se algo não fizer sentido agora, continue acompanhando a serie para saber a relação de tudo.]

Eu penso sobre a termodinâmica de buracos negros para viver. Você provavelmente já sabe que buracos negros são demais, mas você provavelmente não sabe por que eles vão mudar a maneira como nós pensamos sobre o resto do universo. Assim que nós descobrirmos como interpretar o que eles estão dizendo, haverá provavelmente uma revolução na física tão profunda quanto a teoria atômica. Continue lendo e eu vou explicar o por que. Apesar de não haver equações, eu vou tentar o meu melhor para explicar de uma maneira que comunique precisamente as idéias, sem recorrer a metáforas ou simplificações banais.

Relatividade Especial

Em 1905, Einstein veio com uma nova teoria de espaço-tempo incrível, chamada Relatividade Especial. Nessa teoria, as três dimensões de espaço e a única dimensão de tempo são tratadas como sendo parte de uma única entidade geométrica quadridimensional, afetuosamente referida como “espaço-tempo”. Essa teoria contem um numero de características contra intuitivas. De certa maneira, a velocidade da luz sempre parece ser a mesma quando medida por todos os observadores, mesmo se esses observadores estiverem se movendo em uma velocidade relativa de um para outro. De fato, todos os aspectos das leis da física são os mesmos quando medidos a qualquer velocidade (contanto que a velocidade seja menor que a velocidade da luz). Esse “Principio da Relatividade” é uma simetria das leis da natureza: estar em movimento é o mesmo que estar em repouso. Quer dizer, você pode pegar qualquer objeto viajando a qualquer velocidade constante (sua velocidade e direção não mudam), pretender que este objeto esta em repouso, e todo o resto esta se movendo relativo a isso, e isso é tão bom quando a velha idéia de “manter-se em repouso”.

Na verdade, foi Galileu o primeiro a descobrir o Principio da Relatividade (apesar de ele não o chamar dessa forma). O que Einstein fez foi mostrar como o Principio da Relatividade poderia ser constante com um mundo em que a luz sempre viaja na mesma velocidade (em um vácuo) não importando o que. Para se reconciliar essas duas idéias, tem que haver todos os tipos de efeitos contra intuitivos em que objetos se movendo experimentem dilatação do tempo e contração do comprimento. Em poucas palavras, medições do espaço e tempo dependem do dispositivo de medição da velocidade.

Na Relatividade especial, espaço-tempo também vem com a noção de “causalidade” (regras de causa e efeito): há restrições quanto a que coisas podem afetar outras coisas. Em particular, nenhuma informação pode viajar mais rápido que a velocidade da luz em um vácuo ‘c’ (aproximadamente 3 x 10^8 metros por segundo). (talvez essa velocidade especial c realmente devesse ser chamada de velocidade máxima da informação. Afinal de contas, a luz desacelera quando ela viaja por um meio físico, como a água, mas na Relatividade Especial isso não afeta c que se mantêm 3 x 10^8 m/s)

Outra implicação bem conhecida da Relatividade Especial é a equivalente da massa m e energia E. É expressa com a equação mais famosa de todos os tempos, mas já que você já conhece essa equação, e eu prometi não incluir nenhuma equação, eu não vou escrevê-la aqui.

Eu poderia colocar mais detalhes, mas tem muitas descrições populares boas sobre a Relatividade Especial na web; o motivo principal de eu estar mencionando a Relatividade Especial é para você não confundir ela com uma teoria ainda maior e melhor de Einstein sobre o espaço-tempo: Relatividade Geral. As implicações filosóficas da Relatividade Especial são pequenas comparadas com as da Relatividade Geral. Na Relatividade Especial, espaço e tempo se comportam de uma maneira estranha, mas essa maneira é fixada de vez. Espaço-tempo ainda é chamado de “estrutura de fundo”, significando que ele afeta o resto do mundo, mas não é afetado por isso. É apenas o palco no qual a performance acontece, mas o ator não esta atuando. (Okay, essa foi uma metáfora banal. Eu vou tentar evitar fazer isso de novo.)

Traduzido de: Aron Wall, "An Introduction to Horizon Thermodynamics for Non-Physicists", em "Part 1: Introducing Black Holes - Special Relativity" - http://www.wall.org/~aron/horizon.htm