Distorções no espaço e no tempo

Mais de 200 anos depois que o Principia foi publicado, o mundo ainda estava sem uma compreensão da gravidade do mecanismo. Entra Albert Einstein – um homem que ia mudar o mundo de tantas formas. Mas antes de chegarmos ao trabalho dele, teremos de fazer mais um desvio.,

You can’t tell if you’re moving (at a constant rate)

em 1632, even before Newton published his now-famous work, Galileo Galilei wrote about the relative motion of objects familiar in his time: ships. se você está em uma sala fechada em um navio navegando a uma velocidade constante e o passeio é perfeitamente suave, os objetos se comportam como se comportariam em terra. Não há nenhuma experiência física que você poderia realizar para dizer se você está se movendo ou parado (assumindo que você não está olhando para fora de uma vigia)., Esta é a ideia central por trás da relatividade, e é a mesma razão pela qual não sentimos o movimento do nosso planeta em torno do sol, ou o movimento do nosso sistema solar através da galáxia.

o Espaço e o tempo estão ligados

Quase 300 anos depois de Galileu, Einstein ponderou as consequências da relatividade no contexto de um fator importante: a velocidade da luz., Ele não era a única pessoa que estava ponderando esses tópicos—outros físicos na época estavam cientes de que havia perguntas sem resposta nesta frente. Mas foi Einstein que formulou uma teoria—a teoria do especial relativityGLOSSARYspecial relativityEinstein da teoria sobre a relação entre o espaço e o tempo, a constância da velocidade da luz, e o fato de que a física deve ser o mesmo em todos os uniformes estados de movimento—para explicar fenômenos existentes e criar novas previsões., No início, a relatividade especial pode não parecer ter muito a ver com a gravidade, mas foi um trampolim essencial para Einstein para compreender a gravidade.

relógios em movimento reagem mais lentamente

experiências durante o tempo de Einstein tinham mostrado que a velocidade da luz parecia ser constante. Não importa o quão rápido você tenta alcançar, a luz sempre parece afastar-se de você em quase 300 milhões de metros por segundo.porque é que isto é importante? Bem, vamos imaginar construir um relógio a partir da própria luz., Dois espelhos são colocados em frente um ao outro, e um “carrapato” do relógio é o tempo que leva para uma partícula de luz para viajar de um lado para o outro e para trás.

Agora, vamos imaginar que o seu amigo, que está em uma nave espacial balançando Terra, tem um destes relógios., Para o seu amigo, o relógio parece estar a funcionar normalmente – as partículas da luz viajam para cima e para baixo, como esperado, e o tempo prossegue da forma habitual. Mas do seu ponto de vista, vendo a nave passar, a luz está se movendo para cima e para baixo e para o lado, com a nave. A luz viaja uma distância mais longa com cada carrapato.,

Então, se, para o espaço do easytobook.com, a luz viaja a 300,000,000 m/s, mas só tem para viajar para cima e para baixo; e para o Terrestre, observador, a luz viaja a 300,000,000 m/s, mas deve viajar um longo, distância diagonal; em seguida, para o observador Terrestre, o relógio leva mais tempo para “carrapato”.,

Este efeito é chamado de dilataçãodo tempo dilatador do tempo a desaceleração do tempo para um observador em relação a outro. Quanto mais rápido você viaja pelo espaço, mais lento você viaja pelo tempo.

a perspectiva importa

mas cujo tempo é realmente retardado? É a pessoa na terra, a ver o seu amigo passar pela nave espacial dela? Ou a astronauta, que argumenta que está quieta enquanto a Terra voa?

estranhamente, ambos os pontos de vista são válidos—mas apenas enquanto ambos estão em movimento constante.para ilustrar, vamos supor que quando o astronauta deixou a terra, ela e a amiga tinham a mesma idade. Quando ela sai, a nave acelera para longe da Terra. Quando ela retorna,a nave desacelera para evitar uma queda. Ao sair e retornar, a nave muda seu quadro de referenceglossarframe de referênciao ambiente físico de um observador que envolve o seu estado de movimento., Uma pessoa que viaja num automóvel encontra-se num quadro de referência diferente do que uma pessoa que viaja num automóvel com uma velocidade ou direcção diferentes, ou um pedestre na berma da estrada, ou alguém que viaja por cima num avião, etc. e o nosso astronauta pode sentir a mudança de movimento. Experiências conduzidas dentro da nave espacial durante a aceleração e desaceleração mostrariam que algo está a mudar. Isso quebra a simetria da situação, e quando a nave espacial pousar de volta na Terra, nosso astronauta será realmente mais jovem do que seu homólogo terrestre., os efeitos só são perceptíveis se viajassem muito, muito rápido—mas ainda é verdade dizer que quando os astronautas e pilotos de caça de hoje regressarem de uma missão de alta velocidade, terão envelhecido um pouco menos do que o resto de nós durante essa missão.

as quatro dimensões do espaço-tempo

a seguir a isto, ao invés de pensar em três dimensões do espaço e uma dimensão separada do tempo, podemos considerá-las como quatro dimensões do “espaço-tempo”. Quanto mais rápido você viaja pelo espaço, mais lento você viaja pelo tempo, e vice-versa.,outra consequência da relatividade especial é que objetos em movimento rápido parecem contrair-se em tamanho, na direção de seu movimento. (E mais uma vez, isto muda dependendo da perspectiva de quem estás a olhar.)

Isto decorre da distorção do tempo—depois de tudo, você pode medir o comprimento de algo pela quantidade de espaço que algo viaja através do tempo (por exemplo, anos-luz, luz-segundos). E embora seja difícil imaginar medir o comprimento de um objeto em movimento a partir da perspectiva de outra pessoa, a contração do comprimento é um efeito real, físico, e não apenas um resultado de medições imprecisas.,

Ao contrário das diferenças de idade que podem surgir da dilatação do tempo, não há efeitos residuais devido à contração do comprimento uma vez que o objeto em movimento e o observador são reunidos.

compreender a gravidade

a descrição de Einstein da gravidade leva a situações tão bizarras como a relatividade especial—viagens no tempo incluídas!a aceleração e a gravidade podem ser indistinguíveis. Imagine acordar numa nave espacial, acelerando através do espaço., Assim como você é empurrado para trás no assento de um carro em aceleração, a nave em aceleração empurra você para o lado oposto ao que está acelerando em direção. A uma certa velocidade de Aceleração, um conjunto de escalas pode dizer-te que pesas exactamente o mesmo que pesas quando estás em casa na Terra.

existe alguma experiência física que você poderia fazer dentro dos limites de sua nave espacial para dizer se você realmente estivesse acelerando através do espaço (supondo que não havia janelas para olhar para fora de), ou se, em vez disso, se você estivesse dentro de uma nave espacial parado sobre a superfície da Terra? Einstein disse não – assim como Galileu imaginou a indistinguibilidade entre uma pessoa dentro de um navio de vela suave (confinado sem janelas) e uma pessoa em terra, Einstein percebeu que os efeitos da aceleração e gravidade também eram indistinguíveis., Isto é chamado de princípio de equivalência equivalente-equivalente. os efeitos de estar em um campo gravitacional são indistinguíveis dos efeitos de estar em um quadro acelerado de referência.

Space warps under accelerated motion

Once Einstein had formulated the equivalence principle, gravity became less mysterious., Ele podia aplicar o seu conhecimento de Aceleração para compreender melhor a gravidade.

Você pode saber que a aceleração nem sempre significa uma mudança na velocidade, como quando você acelera em um carro, empurrando você para a parte de trás de seu assento. Também pode significar uma mudança de direção, como quando você vai em volta de uma rotunda, fazendo com que você se incline para o lado do carro. para prolongar isto, vamos imaginar um passeio de carnaval cilíndrico onde você e os seus companheiros passageiros estão presos à superfície exterior. O cilindro é girado cada vez mais rápido até que a aceleração se alivie e o movimento permaneça constante., Mas mesmo uma vez que a velocidade é constante, você ainda sente o movimento acelerado-você se sente preso à borda externa do passeio.

Se esta girando passeio era grande o suficiente e movendo-se a uma taxa rápido o suficiente, você poderia começar a notar algumas bizarras efeitos dentro do passeio em si, não apenas do ponto de vista de alguém de pé no lado de fora.,

com cada rotação, os que estão na borda do passeio percorrem toda a circunferência do cilindro—enquanto no centro, quase não há movimento algum. Então, se alguém se situa no centro do passeio (e, talvez, realizada por uma cinta, impedindo-os de cair para a borda), eles seriam aviso a todos aqueles estranhos efeitos vimos em especial da relatividade—que aqueles na extremidade de contrato de comprimento, e de seus relógios vai marcar em uma taxa mais lenta.,

gravidade é a curvatura do espaço-tempo

o princípio da equivalência nos diz que os efeitos da gravidade e aceleração são indistinguíveis. Ao pensar no exemplo do passeio cilíndrico, vemos que o movimento acelerado pode distorcer o espaço e o tempo. É aqui que Einstein conectou os pontos para sugerir que a gravidade é a deformação do espaço e do tempo. A gravidade é a curvatura do universo, causada por corpos massivos, que determina o caminho que os objetos percorrem. Essa curvatura é dinâmica, movendo-se à medida que esses objetos se movem.,

this theory, general relativityglossary general relativityeinstein’s theory of gravity, predicts everything from the orbits of stars to the collision of asteroids to apples falling from a branch to the earth—everything we have come to expect from a theory of gravity.,

espaço-tempo agarra a massa, dizendo-lhe como se mover… Massa apertos de espaço-tempo, informando a ele como curva Físico John Wheeler