Relatividade da Simultaneidade Versus Outros Efeitos Relativísticos

(Um escândalo na família "relativista")

Ravil Kalmykov

A exigência do segundo postulado de Einstein sobre a constância da velocidade da luz em todos os referenciais inerciais é um desvio singular dos cânones da mecânica clássica. Cria uma distorção básica na representação usual de espaço e tempo. As pessoas que iniciam seus estudos de relatividade especial devem estar prontas para experimentar uma metamorfose surpreendente.

Contudo um de problemas da ciência compõe-se no número excepcional destas novas representações teóricas. Não é segredo que os físicos-teóricos às vezes estão prontos para derrubar uma enorme nuvem de hipóteses novas e absolutamente loucas na cabeça de pessoas inocentes. O problema da comunidade científica em geral em manter uma visão de mundo saudável consiste, sempre que possível, em limitar ao mínimo necessário e pragmático as aspirações revolucionárias de alguns dos autores excessivamente zelosos com seus conceitos novos e singulares.

Na opinião do autor deste artigo, nem tudo está certo com a relatividade especial. Eles obviamente exageraram na escala da novidade e contrariaram os requisitos do princípio da necessidade. Deve-se tentar encontrar uma explicação teórica mais simples, menos volumosa e menos onerosa para a mente humana.

Historicamente, a primeira ideia que veio à mente dos físicos foi que em uma condição de movimento relativo de sistemas inerciais com velocidades próximas à da luz, uma transformação do espaço é inevitável. Assim nasceram as fórmulas das transformações de Lorentz. No entanto, as pessoas têm o direito de questionar por que foi decidido começar com distorções espaciais e não com o tempo? Aparentemente, a mente humana está organizada para começar com algo pequeno, próximo e claro. Provavelmente, as mudanças no espaço são percebidas como mais fáceis do que as mudanças no tempo.

No entanto, verificou-se que as transformações no espaço não eram suficientes, e era necessário sujeitar o tempo também a distorções. Mas o que mais distorce? De acordo com as transformações de Lorentz, ocorre uma dupla mudança no tempo: os intervalos de tempo são reduzidos e há o fenômeno da “relatividade da simultaneidade”. Assim, a ideia inicial "cautelosa" de transformação do espaço à qual os físicos se apegaram tão amigavelmente gerou todo um buquê de efeitos chocantes. Temos o direito de perguntar: qual seria o resultado se começássemos pelo outro lado? O autor tenta provar a seguir, que outra teoria leva a um resultado que é simples, tem um mínimo de novidade e é mais poupador da credulidade humana.

Ao enunciar o conteúdo da relatividade especial, geralmente encontramos a relatividade da simultaneidade logo no início. Mas tem, por alguma razão desconhecida, apenas um caráter qualitativo. A existência deste estranho efeito é apenas mencionada. A fórmula quantitativa é deduzida muito mais tarde, após cálculos das reduções de comprimentos de espaço e relógios de acordo com as transformações de Lorentz. Como resultado, ele recebe uma dependência de "terceira categoria". Depois de tudo isso, é esquecido.

O autor vê um erro básico neste fato. Ele considera que o valor desse fenômeno é erroneamente subestimado. Na verdade, é a coisa principal (e como será mostrado abaixo – a única coisa). Portanto, deve ser investigado primeiro e profundamente. Quanto à fórmula concreta que descreve o fenômeno, ela será encontrada no experimento mental do trem de Einstein.

Derivação direta da escala de violação de simultaneidade

Este experimento bem conhecido tem um trem, que consideraremos como tendo uma velocidade relativística. Há dois observadores. Um está no meio do trem, o outro – na estação. Tudo está organizado de tal forma que, naquele momento em que os observadores estão em frente um do outro, eles recebem simultaneamente dois sinais luminosos, emitidos mais cedo pelas duas extremidades do trem. Cada um tira uma conclusão sobre a razão dos momentos de emissão desses sinais.

Com o observador que está no meio de um trem, tudo é simples: ambos os sinais, em sua opinião, percorreram distâncias idênticas (metade do comprimento do trem), e foram recebidos simultaneamente. Isso significa que ele considera que eles também foram emitidos simultaneamente.

Uma situação mais difícil existe com o observador na estação. Primeiro, ele entende que nos momentos de liberação dos sinais, o meio de um trem estava a alguma distância dele. Assim, a cabeça do trem estava mais perto dele do que a cauda. Como resultado, o sinal de luz da cauda cobriu uma distância maior e exigiu um intervalo de tempo maior. Portanto, deveria ter sido emitido mais cedo do que de uma cabeça.

Este é obviamente o lugar para deduzir uma proporção quantitativa concreta da escala de violação da simultaneidade ou a mudança no tempo e não mais tarde, nas transformações de Lorentz. Aqui, em nossa opinião, há um desvio óbvio, do experimento adequado. Para um observador meticuloso na estação, seria natural "pegar o touro pelos chifres" imediatamente e tentar deduzir a proporção quantitativa necessária.

Um pouco sobre a natureza da relatividade da simultaneidade. Na verdade, trata-se de deslocamento relativo (deslocamento) de eventos de algum intervalo de uma escala de tempo na transição de um sistema para outro. O tamanho desse deslocamento depende da posição no espaço (ao longo de um eixo de movimento mútuo dos sistemas). Esse deslocamento (chamaremos de discrepância de eventos no tempo) leva a um fenômeno quantitativo interessante.

O observador na estação deseja calcular o tamanho da discrepância usando meios elementares improvisados, sem o uso das fórmulas de transformação de Lorentz, mas guiando-se pelos postulados de Einstein. Ao mesmo tempo, nosso observador está tão apaixonado pelo espaço que não deseja transformar suas características sem o devido motivo. Os inspetores da estação, como regra, têm bastante tempo, então o tempo não é problema para eles.

Trem de Einstein

Aqui O - posição do meio de um trem; O?- posição do observador na estação;

A - posição da cabeceira do trem; B – posição da cauda;

AB = l – comprimento do trem; BO = OA = ; V – velocidade do trem.

O sinal da cauda deve chegar ao observador na estação no seguinte intervalo de tempo

= = = Daqui =

O tempo necessário para a chegada do sinal da cabeceira do trem é calculado de forma semelhante.

= = = É recebido =

A diferença entre os dois intervalos é calculada facilmente

?t = – = - = (1)

Assim, para o observador na estação que recebeu a chegada simultânea dos sinais, o sinal da cabeça deveria ter sido emitido antes do sinal da cauda do tamanho, ?t(1). A partir daqui, sem recorrer a uma transformação do espaço, ele chega a uma conclusão elementar sobre a falta de tempo dos relógios (discrepância de eventos) em dois sistemas em dois pontos quaisquer, A e B no eixo de seu movimento mútuo. Da fórmula (1) é óbvio que o tamanho é proporcional à velocidade do movimento relativo dos sistemas e à distância entre os pontos investigados no eixo do movimento, l.

Onde está o erro?

Como vemos, o resultado do observador não coincide com o que decorre das transformações de Lorentz. É mais fácil e não se preocupa com a deformação das escalas de espaço e tempo. Quem está certo?

Lembremo-nos de que as fórmulas de transformação foram derivadas de uma interpretação do experimento de Michelson, que mostrou que raios se movendo em direções diferentes em um referencial eram recebidos simultaneamente, independentemente do movimento da fonte.

Vamos recapitular esta situação, lembrando a relatividade da simultaneidade. No sistema conectado ao interferômetro, o raio de luz, tendo percorrido o curso do interferômetro e refletido de volta em um espelho, volta ao ponto inicial, o ponto de partida.

No sistema estacionário em que o interferômetro é deslocado, o evento – o feixe de luz não retorna ao ponto de partida, mas a outro, pois durante o tempo de deslocamento ?t desse feixe, o próprio interferômetro foi deslocado no espaço por l = Vt. Um resultado importante é encontrado aqui. De acordo com a relatividade da simultaneidade, nesse outro ponto ocorre o deslocamento (deslocamento) dos eventos na escala de tempo. Ou seja, o evento neste ponto ocorre mais cedo nos relógios de um sistema do que nos relógios de outro. Em particular, quando o processo de movimento em um sistema já está concluído, ele ainda continua no outro!

Há um problema metodológico muito intrigante: dadas essas condições, transmitir eventos de um sistema para outro. Como podemos realizar comparações diretas de espaço e tempo? Há uma suspeita de que os físicos deram atenção insuficiente a esta questão. Realmente: exceto por um momento inicial, todos os eventos em dois sistemas em movimento não sincronizam, e o tamanho da discrepância não é constante, progredindo continuamente com o aumento do deslocamento relativo dos sistemas no espaço.

A análise séria desse problema leva a um fato triste: é impossível chegar a uma situação em que o início e o fim de qualquer processo físico estejam sincronizados.