Assim como outras teorias científicas, tais como a Teoria da Evolução ou a Teoria do Big Bang, o nome “Teoria da Relatividade” tem levado a muitas compreensões errôneas acerca do real significado da teoria einsteiniana no imaginário popular.
É comum ver em conversas cotidianas as pessoas falarem que “tudo é relativo” e citarem Einstein. Mas o pior é ver em publicações acadêmicas e livros textos, principalmente das áreas de filosofia e ciências humanas referências à teoria de Einstein como dando suporte ao relativismo moral, cultural e epistemológico; ou a ideia de que não existe realidade objetiva. Onde eu pude ler coisas assim foi na 12ª edição do livro “Convite à Filosofia” da professora Marilena Chauí (não sei se nas edições seguintes esse erro foi corrigido) em que se diziam coisas do tipo “com a teoria da relatividade de Einstein ficou mostrado que as leis da física não são objetivas e dependem de observador” (infelizmente não estou com o livro em mãos para dar a citação exata).
Nada mais errôneo. Einstein em seu artigo original intitulado “Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento” nunca utilizou a expressão “Teoria da Relatividade”. Quem utilizou esse nome pela primeira vez foi Max Planck e a partir daí o nome se popularizou. Na verdade, Einstein preferia o nome “Teoria da Invariância”.
Longe de afirmar que as leis da física não têm existência objetiva e que dependem de observador, a teoria de Einstein é por excelência uma teoria realista. Tanto que os dois postulados da teoria deixam claro o caráter realista:
- Princípio da Relatividade: As leis da física são as mesmas para todos os referenciais inerciais. Não há observadores privilegiados.
- Princípio da Constância da Velocidade da Luz: A velocidade da luz no vácuo é a mesma para todos os referenciais inerciais.
É importante destacar que o primeiro postulado já existe na relatividade de Galileu. O que muda é o segundo. Para Galileu, a velocidade é uma grandeza relativa: Se você se move a uma velocidade v em relação a um objeto com uma velocidade v’, a velocidade relativa é a soma das duas velocidades caso vocês estejam se encontrando, e a é a diferença entre as velocidades caso estejam se afastando. Para Einstein, a velocidade da luz c é a mesma independente do observador estar viajando de encontro ou se afastando em relação ao feixe de luz, o que é demonstrado experimentalmente pelo experimento realizado em 1887 por Michelson e Morley¹.
Como consequência dos postulados, medidas como a simultaneidade de eventos, o intervalo de tempo medido por relógios e o comprimento medido por réguas, acabam dependendo do estado de movimento do observador. É importante salientar que intervalos de tempo e comprimento são medidas e não leis da física! Por serem medidas, elas dependem do sistema de coordenadas adotado. Por outro lado, a conservação da Energia, dos momentos linear e angular e da carga elétrica, são leis físicas fundamentais e continuam valendo independente do estado de movimento do observador.
Um exemplo do caráter realista da teoria é o eletromagnetismo. Cargas elétricas em repouso geram campos elétricos descritos pela Lei da Coulomb/Lei de Gauss. Já cargas elétricas em movimento (corrente elétrica) geram campos magnéticos descritos pela Lei de Biot-Savat/Lei de Ampère. Fica a questão: um observador em movimento em relação às cargas elétricas mede um campo magnético, enquanto um observador em repouso não mede nenhum campo magnético. Então, o como pode o campo magnético ser real para um observador e não para outro? A resposta é dada pela teoria da Relatividade: os campos elétrico e magnético são apenas componentes de um único campo, o campo eletromagnético!
Uma boa analogia está na imagem abaixo. O Vetor no sistema de coordenadas (x,y) possui componentes V_x e V_y. Já no sistema rotacionado (x’, y’), o vetor V só possui componente V_y’, já que o eixo x’ está colocado sobre o vetor V. A representação do vetor em componentes depende do sistema de coordenadas, mas o módulo (comprimento) que é uma propriedade intrínseca do vetor é o mesmo, independente de sistema de coordenadas.
No caso do eletromagnetismo, o campo elétrico e o campo magnético (que são campos vetoriais) são apenas componentes de um ente físico mais fundamental que é o campo eletromagnético (representado pelo tensor eletromagnético).
A analogia com o módulo do vetor pode ajudar a entender a formulação de quadrivetores da relatividade feita por Hermann Minkowski. Nessa formulação, os dois postulados podem ser reunidos em um único: o comprimento infinitesimal no espaço tempo de Minkowski, dado por ds²=c²dt²-dx²-dy²-dz² é invariante por transformações de coordenadas (transformações de Lorentz). Assim, tempo e espaço passam a ser componentes de uma única entidade mais fundamental, que é o espaço-tempo. E a assinatura desse espaço-tempo, dado pelo elemento de linha de Minkowski (que pode ser entendido como o comprimento infinitesimal, análogo ao módulo de um vetor) é o mesmo para qualquer sistema de referência.
O realismo é à base da Teoria da Relatividade Especial e de sua expansão, a Teoria da Relatividade Geral (que busca estender o princípio da relatividade para referenciais não inerciais). Nas teorias da relatividade, a representação de muitas grandezas físicas depende do sistema de referência adotado, mas essas representações podem ser relacionadas pelas chamadas transformações covariantes. Essas transformações garantem o caráter realista da teoria: se uma grandeza física (que pode ser escalar, vetorial ou tensorial) existe em um sistema de referência ela existe em todos os sistemas de referência, já se ela não existe (seu valor é nulo), ela não existe em nenhum sistema de referência.
Como vimos, Einstein acreditava fortemente na natureza objetiva da realidade e estruturou suas teorias da relatividade especial e geral para respeitarem este princípio. A crença na natureza objetiva da realidade estava por trás da forte oposição de Einstein a Mecânica Quântica que ele exerceu posteriormente. Algumas coisas são relativas, justamente por que outras coisas mais fundamentais são absolutas! Então, nada de citar Einstein para defender relativismo ou subjetivismo, por favor.
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¹Muito se debate se Einstein tinha ou não conhecimento do experimento de Michelson-Morley. O que é mais aceito entre os historiadores da ciência é que Einstein não tinha conhecimento do experimento e postulou a constância da velocidade da luz como uma saída elegante para conciliar a mecânica de Newton com a eletrodinâmica de Maxwell.
