Os paradoxos da Teoria da Relatividade, quem se habilita?
Considere um trem e um túnel muito extensos e que tem o mesmo comprimento quando em repouso relativo, ou seja, conforme a Teoria da Relatividade Restrita (TRR) ambos tem o mesmo comprimento próprio. Considere agora que o trem se movimenta relativamente ao túnel com velocidade de 0,8c. Este esquema é conhecido na TRR como o paradoxo "pole and barn".
Segundo a TRR, do ponto de vista dos passageiros do trem, a frente do mesmo sai do túnel ANTES que a traseira entre, ou seja o trem não cabe inteiro no túnel. Mas para o observador fixo no túnel, A MESMA FRENTE SAI DEPOIS da traseira entrar, ou seja o trem cabe inteiro dentro do túnel.
ILUSÃO DE ÓTICA? NÃO! É que pela TRR o que e simultâneo para um observador pode ser sucessão para outro! Quem concorda? Todos os físicos "especialistas" na TRR. Quem discorda? Algumas criaturas curiosas e que estão SEMPRE fazendo perguntas INDISCRETAS, ainda que sabendo que possam estar erradas, ao menos contribuem para melhorar o entendimento geral...
Agora vamos considerar qual seria o ponto de vista de um "ET" que pudesse ver a cena de um ponto que NÃO estivesse em órbita da Terra, ou seja que este pudesse ver o movimento de translação da Terra. Neste caso ele poderia "avaliar" que é o trem que esta se deslocando "REALMENTE" mais rápido que o túnel. Note que mesmo não sabendo a "velocidade absoluta" do trem, sua "perspectiva externa" permite uma comparação mais "REAL". Se fosse possível repetir este procedimento, colocando observadores ("ET´s") cada vez mais "externamente" aos anteriormente considerados poderíamos chegar muito próximo das velocidades absolutas reais de todo o conjunto observado, mas para que eu quero saber estas velocidades? PARA NADA!
O que importa é que tenhamos uma IDEIA de quem "REALMENTE" esta se movimentando mais rápido, mesmo que isso só possa ser avaliado através de velocidades relativas, e com isso eliminar a CONFUSÃO muito comum da "troca" indiscriminada de referenciais na TRR.
O "ET" concordaria com o observador fixo no túnel. Isso porque da sua posição ele tem uma perspectiva mais "ampla". Pode ver "COM MAIS PRECISÃO" que é o trem que se desloca com mais "rapidez" e por isso está mais contraído (sofre um efeito maior da contração de LORENTZ) que o túnel. NESTE CASO NÃO HÁ QUEBRA DE SIMULTANEIDADE. Isso porque o "ET" e o observador fixo no túnel estão mais "próximos" do "REPOUSO ABSOLUTO" (se é que isso existe na prática, mas pelo menos como CONCEITO FÍSICO é válido!) do que os passageiros do trem.
Resta uma última questão. Porque os passageiros do trem teriam sido "ILUDIDOS" então?
Uma resposta possível seria porque a TRR estabelece alguns critérios que AINDA NÃO FORAM COMPLETAMENTE CONFIRMADOS pelas experiências físicas como a invariância da velocidade RELATIVA da luz, pois a experiência de Michelson-Morley só permite confirmar esta invariância nos percursos de ida e volta da luz nos braços do interferômetro. Mais NADA GARANTE AINDA que nos trajetos de ida e volta a sua velocidade RELATIVA (aos espelhos do interferômetro) possa variar!
Update:continuando...
Não estou dizendo para usar as transformações de Galileu (validas para baixas velocidades), mas sim uma composição que leve em conta as transformações de LORENTZ.
Para saber como isto é possível procure o trabalho do Dr. Rodrigo de Abreu (Departamento de Física do IST) "As velocidades da luz nas Teorias de Lorentz e de Einstein" disponível na INTERNET.
Para que a velocidade relativa da luz seja sempre constante em todos os sentidos, SUPOSIÇÃO AD HOC, feita por Einstein, o tempo tem de estar "dessincronizado" em função da posição no referencial em movimento. Veja que não estamos falando de "ritmos" diferentes de tempo que ocorrem nas duas concepções, mas da transformação de uma variável considerada independente (tempo) em um dos referenciais em dependente (da posição) em outros referenciais.
Update 3:Grande Kal! Gostei muito da sua resposta.
Gostaria de comentá-la.
Já existe uma base matemática sólida para esta alternativa, veja o artigo “As velocidades da luz nas Teorias de Lorentz e de Einstein” (é só buscar na INTERNET) de um doutor em Física chamado Rodrigo de Abreu (Departamento de Física do IST) que obviamente está encontrando muita dificuldade por questionar Einstein e fazer uma abordagem mais “absoluta”.
Veja que eu não afirmo que exista ou não o movimento absoluto e na prática detectá-lo não serviria para NADA. Estou considerando os seus FUNDAMENTOS FÍSICOS. Eliminá-lo seria negar a existência de um referencial onde a velocidade da luz fosse c em todas as direções e sentidos. Ao “espalharmos” uma onda de luz (flash) sabemos que o centro da frente de onda tem que estar parado, pois não é arrastado pela fonte que a produziu.
Update 5:O maior paradoxo da TRR é a própria “quebra da simultaneidade”. O TEMPO ainda não foi completamente entendido pelos Físicos. Os Filósofos estão mais “perto” de entende-lo. Convido você a ler as minhas respostas para as perguntas aqui no Yahoo.
O tempo existe?
Para os fisicos: O que é o "instante" ?
Update 7:Kal,
Só mais um comentário.
Se o teste de isotropia “one-way” da luz apontasse uma diferença significativa para as velocidades relativas da luz nos dois sentidos que fosse amplamente aceita pelos Físicos, quanto a TRR, não seria necessário abandoná-la. Ajustes teriam de ser feitos, e ela ficaria mais com a cara de Lorentz do que de Einstein.
Quanto ao impacto na TRG não sei avaliar, mas como o Dr. Rodrigo me falou elas estão “umbilicalmente” unidas.
Mas é o real entendimento do Tempo na Física é que vai promover uma mudança mais radical.
Eu acredito nisso!
Um abraço.
Update 9:Estupendas respostas as de KÉFREN e ketinunkantim. Estou em apuros para "escolher" a melhor !
Para mim a simultaneidade não pode ser quebrada porque o Tempo real não existe.
O grande filósofo Norbert Elias que tem um ótimo trabalho “Sobre o Tempo” onde afirma categoricamente que “o Tempo não existe em si, sendo antes de tudo um símbolo social, resultado de um longo processo de aprendizagem. Ele diz que qualquer reflexão sobre este tema é entravada pela forma substantiva de que se reveste este conceito. Esta convenção lingüística faz lembrar a tendência dos antigos de personificar abstrações, como a ação justa que se transformava na deusa da Justiça. Pensemos em frases como “o vento sopra” e o “rio corre”, afinal seria o vento outra coisa que a ação de soprar, ou o rio outra coisa que a água correndo?”
Update 11:Imagine um “ET” super desenvolvido que viesse a Terra, mas que na sua civilização nunca houvesse sido falado em Tempo. Se nós perguntássemos para ele como “tudo começou”, ele diria: “como assim “começar”, tudo sempre é, nada começa realmente nem termina, tudo está sempre sendo. Ele diria:
O TODO É O UM E O UM É O TODO, NÃO EXISTE SEPARAÇÃO REAL.
NÃO COMEÇOU NEM TERMINA.
NUNCA FOI NASCIDO E NEM MORRERÁ.
A ESSENCIA DE TUDO É O VAZIO.
Esqueçam o Tempo e pensem só na CONTINUIDADE DOS MOVIMENTOS NO ESPAÇO.
Tente imaginar o mundo “esquecendo” completamente o Tempo e veja como as coisas funcionam...
Comments
Yen...
A um observador distante... ao ser o trem do tamanho do túnel, assim que ele acaba de entrar a traseira o parte dianteira começará a surgir do lado oposto. Se você considerar o momento exato em que o trem está centrado e congelá-lo... verá que o trem termina de entrar antes de começar a sair...
Ao passageiro dentro do trem, a sensação será apenas porque ele tem noção de velocidade através do que vê e o passar do túnel é menor, à mente, que o trem todo, porque o trem está em movimento.
A ilusão é mental e somente a quem dentro do trem está.
Um alguém, dentro do túnel, que o sinta passar tenderá a pensar que o trem não acaba mais, de tão grande....
Ilusões são enormes a quem está perto demais.
No pé de um prédio horizontal você tem a ilusão que ele é alto, mas não saberá dizer se é tão alto quanto 20 andares ou 100.
De longe, você nota já logo o expoente... de perto não, se concentra no detalhe.
O real é o que se sabe. O trem é do mesmo tamanho do túnel e ao nivelar num instante pequeno frente e traseira, desaparece instantaneamente e isso nos causa a sensação de que primeiro entrou para depois sair, o que é verdade, e real.
O Trem Jocaxiano
Por Jocax Novembro/2016
===========================
Resumo: Este artigo mostra duas situações bastante simples e análogas em relação ao experimento mental clássico
(conhecido como o 'Trem de Einstein') que explica a dilatação temporal e depois aponta uma contradição entre elas.
O Trem de Einstein
É familiar a todo estudante de teoria da relatividade restrita a experiência mental que mostra
a dilatação temporal ocorrendo quando se postula a invariancia da medida da velocidade da luz.
Podemos ver, a seguir, alguns links de sites com exemplos:
O trem de Einstein e a dilatação do tempo:
1- http://acervo.novaescola.org.br/ciencias/fundament...
2- http://www.infoescola.com/fisica/dilatacao-do-temp...
3-http://alunosonline.uol.com.br/fisica/dilatacao-do...
Podemos ver, nestes exemplos clássicos, que o observador que vê o feixe de luz ir e voltar pelo mesmo caminho em seu referencial,
(nestes exemplos o observador que se encontra dentro do vagão onde também se encontra a fonte de luz)
calcula um tempo menor para o percurso da luz do que o observador que observa a luz fazendo um caminho mais longo,
como parte de um "triângulo" (neste caso, o observador na estação).
Por isso, o relógio do observador que está no vagão anda mais devagar em relação ao observador que o que está parado na estação
(que mede um tempo maior para o percurso da luz), de modo que, para ambos, a velocidade da luz seja a mesma (=c).
Este Fenômeno este é conhecido como "dilatação temporal".
( Resumindo sofre dilatação temporal quem observa a luz fazer o menor caminho, neste caso, quem está dentro do trem em movimento ).
Tudo muito didático e simples. Eis que então surge o Trem Jocaxiano .
O Trem Jocaxiano
O trem jocaxiano nada mais eh que o velho trem de Einstein com um belo furo no chão ! :-)
Quando o trem passa , uma lanterna, parada no solo da estacao, emite um feixe de luz através do furo e entra no trem em movimento bate no teto espelhado do trem
e volta para a mesma lanterna que emitiu o feixe(se o furo for suficientemente grande).
Ou seja, quando o trem jocaxiano passa, a luz entra pelo furo bate no teto e volta pra lanterna fazendo um vai e volta semelhante
ao Trem de Einstein mas, quem está na estação agora é que observa a luz ir e voltar pelo mesmo caminho (o caminho mais curto!).
Já para o observador que está no vagão em movimento a luz faz um percurso mais longo, como uma parte de "triângulo".
Ou seja, quem está no vagão em movimento observa um caminho *maior* do feixe de luz do que o observador parado na estação.
Portanto , como os dois observadores devem medir a mesma velocidade para a luz, o tempo, dentro deste Trem jocaxiano,
passa mais rápido do que para o observador que está parado na estação e vê a luz fazer o menor caminho.
Assim, neste caso, sofre dilatação temporal quem está fora do trem, em repouso. Isto é o tempo passa mais rápido para o observador
no trem em movimento: aquele que observa a luz fazer um caminho mais longo.
Paradoxo
Portanto este experimento mental mostra que temos um paradoxo na relatividade restrita, o mesmo trem físico,
os mesmos observadores, sofrem uma dilatação temporal que depende de onde parte a luz , se de dentro do trem ou fora dele !!
Referencias:
O Paradoxo das Gemeas:
https://social.stoa.usp.br/paradoxosrelat/blog/par...
O Paradoxo dos gêmeos jocaxianos
https://social.stoa.usp.br/paradoxosrelat/blog/o-p...
vendo sua pergunta só agora...
Sobre o túnel e o trem
Os eventos não são síncronos.
Paradoxo resolvido. Um "ex-paradoxo" ;o)
Na Relatividade de Einstein se 2 eventos são síncronos para um observador A parado em relação a eles, então os 2 eventos, obrigatoriamente, não serão síncronos para um observador B que se mova em relação aos 2 eventos. Só serão síncronos se e somente se o movimento de B for perpendicular à linha que une os 2 eventos.
Por exemplo, suponha que quando a frente do trem acaba de sair do túnel, para um observador "A" que esteja parado em relação ao túnel. Suponha que o observador aciona um dispositivo que bate duas fotos ao mesmo tempo da entrada e saída do trem.
A foto mostrará a frente do trem começando a sair e a traseira já dentro (porque para este observador o trem contraiu - contração de Lorentz).
Para o observador dentro do trem, as fotos não são síncronas: para ele a foto que tirou da frente do túnel foi tirada antes por isto que a traseira já havia entrado na segunda foto.
Simples não?
Para ficar mais fácil de visualizar, imagine um observador A bem no meio do trem, que é transparente (para facilitar, o que não altera o problema). Suponha que o túnel seja transparente também. O que não altera o problema.
Para facilitar a compreensão, suponha que um observador B situado na posição que esteja a mesma distância da entrada e saída do túnel, esteja usando uma máquina (apenas uma) mas com flash (para facilitar o entendimento).
Quando B vir a frente do trem saindo ele aciona a máquina fotográfica com flash cuja luz, para B, atinge frente e traseira do trem ao mesmo tempo. Na foto o trem aparece com a traseira dentro do túnel.
Para o observador A, o dentro do trem e que está bem no ponto médio do trem, a luz do flash bate primeiro na frente do trem e SÓ DEPOIS DE ALGUM TEMPO, a luz atinge a traseira. Ele realmente, vê, mede, a parte dianteira ser iluminada primeiro. E este tempo que leva é o mesmo para que a traseira chegue no mesmo ponto que a fotografia mostra!!!
Até
Salve meu grande PhD predileto!
Calma, aí, vou processar..... Já respondo!
Ai caramba, pensei ser o New Ask, mas, a pergunta é boa da mesma forma!
Tais colocações que soam quase como postulado de um casuísmo metafísico (uso o termo "Meta" pelo fato de não poderem ser comprovados na conformidade da descrição) são exercícios de inteligência e percepção para que por meio da analogia possamos deduzir eventos que se reverberam no Microcosmo matafísico.
Da mesma forma que o conceito de Rutheford-Bohr é uma expressão adaptada da realidade factual, é no entanto um modelo virtual, pois escapa a nossa esfera de percepção já que nunca poderíamos nos tornar tão ínfimos para entrar dentro de um átomo e vermos com os nossos sentidos o que é e não é o "quê" por uma via sensorial legítima. Essa idéia real criada pelos sentidos é ausente em muitos problemas da metafísica, porém não é tão real como supomos, a partir do momento que jamais conseguimos visualizar um quadrado ou outra figura geométrica como de fato o é em função da nossa limitação de visão causada pela proximidade dos olhos que nos cria uma paralaxe relativa que adultera as proporções reais criando uma perspectiva que difere ligeiramente do que seria o modelo geométrico. A perspectiva surge como uma grandeza real em contrapartida à teoria numérica de se expressar um quadrado com seus 4 lados iguais e paralelos. O efeito tridimensional adultera a teoria prática mais simples pela condição implícita dos nossos sentidos (olhar) que sempre sob ele jazem. No Parthenon em Atenas ao olhar para as colunas inclinadas, o observador tem a impressão de que estão exatamente em pé, em função da sua limitação realtiva pelo olhar.
Então, o que consideramos como realidade não passa de uma versão sensorial da "Realidade Factual" que é muito mais matemática e conceitual do que real. Se deitarmos sentido, peceberemos que a realidade virtual sem instrumentos que a detectem pode ser muito mais real do que a realidade sensorial, mas inintelelegível ao nosso cérebro pelo hábito de ver o Universo limitadamente, sob a luz da nossa limitação sensorial.
As considerações à cerca desse problema nos conduzem a certas coisas intangíveis como por exemplo:
Corpos físicos extensos viajando à velocidade da Luz; trens à velocidade da Luz, quando há a contração de Lorentz e uma miríade de suposições teóricas que nos contrariam o senso comum nos evidenciam alterações fora da esfera real de relação ordinária com a matéria.
Se pensarmos dentro do modelo Cartesiano virtual que explica de forma Euclidiana a geometria, poderíamos fazer conjecturas e ensaios como calcular o ponto que o observador dista das extremidades e o tempo que a luz leva para viajar, mas que nesse caso estaria vinculado à equação da Adição da Velocidade de Einstein com a dilatação do tempo o que criaria um resultado anômalo para o nosso sentido expresso de percepção.
Nesse ponto, saio do ponto de vista induzido pela fenomênica das micropartículas ou semi matéria a partir do princípio da dualidade o qual jamais poderia realmente ser obtido como experiência real, já que no Universo não ocorre com corpos materiais com extensão considerável.
Pois assim, vemos que as conjecturas a partir de uma realidade virtual são tão reais ou mais reais que a própria realidade, porém seus extremos não podem ser tidos como "realizáveis" experimentalmente, pois contrariam as própria limitações da natureza.
Demonstrativamente é válido e por hábito educativo, porém jamais como possibilidade viável.
A nossa Mente em uma carreira dessas ficaria como?
Poderíamos manter coesos todos os processos cerebrais e corpóreos à velocidade da Luz?
Poderíamos construir um trem e um túnel sob essas condições?
De certa forma sabemos jamais poder vislumbrar a eletrosfera de um átomo, porém podemos imaginá-la a partir do modelo de Bohr; da mesma forma a regra do octeto existe por qual motivo?
Assim, creio que no campo mental a colocação da nossa mente dentro do Universo calculado deve ser hipotética, o que teria uma relação com o Gato de Schrödinger, mas nunca efetiva, o que distorceria o resultado final que jamais seria viável pela nossa condição de corpo com massa e não apenas um observador mental intingível pelo evento.
Eu conheço esse paradoxo mas em outra versão, como da escada e o celeiro. A questão é que dentro da relatividade isso não é um paradoxo, pois como o LB falou, o que é instantâneo para um observador pode não ser para outro. Isso está no cerne da TRR. Questionar isso é questionar a própria teoria. Não estou dizendo que vc não deva, muito pelo contrário, sempre temos que questionar as teorias existentes, senão a ciência não avança. Entretanto, o que vc falou de colocar um ET distante e ele veria que é o trem que se move, na verdade e visão do ET é a mesma que a de alguém fixo no túnel. Não há porque ter esses dois.
A simultaneidade (ou falta dela...) é uma consequência da velocidade da luz ser a mesma em todo referencial. Como vc disse, essa é a base que Einstein tomou para construir sua teoria. Vários experimentos confirmaram essa hipótese, como vc pode ver aqui:
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/S...
Claro que isso não quer dizer que realmente seja assim. Pode muito bem ocorrer um experimento em que a velocidade da luz seja diferente. Mas nesse caso, não adianta querer consertar a relatividade, pois esse é o seu presuposto fundamental. Teríamos que construir uma nova teoria. A sua ideia de se admitir um referencial que esteja em repouso absoluto pode ser boa (mas falta uma base matemática mais sólida), entretanto, a física é uma ciência experimental. Não adianta construir uma teoria que funcione apenas no papel e que não possa prever nada. E por enquanto a TRR está se saindo muito bem em todos os testes, inclusive na física de partículas.
. Esta generalização tem implicações profundas no nosso conhecimento do espaço-tempo, levando, entre outras conclusões, à de que a matéria (energia) curva o espaço e o tempo à sua volta. Isto é, a gravitação é um efeito da geometria do espaço-tempo.
nOSSA!!!