Relação Espaço-Tempo

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Relação Espaço-Tempo

Relação Espaço-TempoO conceito de espaço-tempo, que relaciona duas categorias tratadas de forma independente pela física tradicional, foi postulado por Albert Einstein na teoria especial da relatividade, de 1905, e na teoria geral da relatividade, de 1915. O senso comum nunca admitiu conexão entre espaço e tempo. Até o fim do século XIX, acreditava-se que o espaço físico era um plano contínuo de três dimensões -- isto é, o conjunto de todos os pontos possíveis -- ao qual se aplicavam os postulados da geometria euclidiana. As coordenadas cartesianas pareciam naturalmente adaptadas a esse espaço. O tempo era visto então como independente do espaço, como um contínuo separado, unidimensional, totalmente homogêneo em sua extensão infinita. Qualquer "momento atual" no tempo poderia ser tomado como uma origem: a partir dessa origem, se media o tempo transcorrido ou a transcorrer até qualquer outro momento passado ou futuro. A mecânica clássica, expressa matematicamente com rigor por Isaac Newton, repousa sobre a ideia de espaço e tempo absolutos.

Para localizar especialmente um objeto, são suficientes três medidas: de comprimento, largura e altura. Assim, com um eixo de três coordenadas, se pode descrever a posição de um ponto no espaço. Para localizar um evento, que ocorre durante um intervalo determinado, exige-se a noção adicional de tempo. Assim, combinando o primeiro sistema, tridimensional, com a medida de tempo, chega-se à noção de espaço-tempo, tetradimensional.

As noções tradicionais sobre espaço e tempo absolutos, no entanto, são teóricas e não intuitivas, como frequentemente se acredita. Para o senso comum, elas são as únicas possíveis, pois se é muito simples pensar em comprimento e largura, e relativamente simples pensar em comprimento, largura e altura, imaginar um espaço tetradimensional é impossível. Para localizar um objeto no espaço, sabe-se que é necessário situá-lo em relação a outros objetos, que funcionam como sistema de referência, ou referencial espacial. O referencial ideal é o sistema de três eixos de coordenadas que partem de uma origem. Observe-se que quando alguém se refere a "um ponto fixo no espaço", na verdade está falando de um ponto cujas coordenadas espaciais, em determinado referencial, são constantes, ou seja, o objeto está em repouso em relação ao referencial. Da mesma forma, quando se diz que um corpo se desloca no espaço, trata-se de um corpo cujas coordenadas num referencial dado são variáveis. A noção de espaço, como a de movimento, é sempre relativa a um referencial espacial. Não existe, portanto, um padrão único ou absoluto de inércia.

A inexistência da inércia absoluta significa que não se pode afirmar que dois eventos ocorridos no mesmo lugar, mas em instantes diferentes, ocorreram realmente no mesmo lugar do espaço. Supondo por exemplo que uma bola ao quicar no interior de um trem em movimento toque o assoalho do veículo a cada segundo, ela será vista quicando sempre no mesmo lugar para um observador situado no interior do trem, ou seja, um observador para quem o assoalho do trem esteja em repouso relativo. Para um observador sentado à beira da estrada, no entanto, a bola vai quicar cada vez vários metros adiante da vez precedente, pois o assoalho do trem está em movimento em relação a ele.

O referencial espacial parece satisfatório para situar objetos, ou pontos, mas para situar os acontecimentos, ou os movimentos, é necessário acrescentar uma coordenada de tempo ao sistema de referência. Pode-se definir um referencial de espaço-tempo associando um relógio a cada ponto fixo de um sistema de coordenadas espaciais. Assim, se estabelece uma relação entre dois sistemas em movimento: caracteriza-se um evento ocorrido num sistema de comparação com outro evento, em outro sistema. O universo em que a coordenada de tempo de um sistema depende tanto da coordenada de tempo quando das coordenadas de espaço de um outro sistema em movimento relativo denomina-se universo de Minkowski e constitui a alteração essencial postulada pela teoria especial da relatividade em relação à física tradicional.

As noções de tempo e de repouso ficam também, dessa forma, associadas ao referencial, e se torna impossível afirmar a priori que o intervalo de tempo entre dois acontecimentos seja sempre, em todos os casos, independente do referencial. O que se pode afirmar é que se dois acontecimentos tiveram coordenadas de espaço (x, i e z) e de tempo (t) coincidentes, eles definem o mesmo ponto no espaço-tempo. O espaço-tempo é a única verdadeira ideia absoluta. A separação em duas noções diferentes -- espaço e tempo -- só é possível quando se escolhe um sistema de referência espacial: um acontecimento fica então localizado em relação a esse referencial. Mas, da mesma forma, pode-se escolher um sistema de quatro coordenadas. O acontecimento, assim, se torna em relação ao espaço-tempo, contínuo tetradimensional.

O universo de Minkowski contém uma classe distinta de sistemas de referência e tende a não ser afetado pela presença da matéria (massa) em seu interior. Em tal universo, todo conjunto de coordenadas, ou de eventos específicos de espaço-tempo, é descrito como um "aqui-agora", ou um ponto universal. Os intervalos aparentes de espaço e tempo entre eventos dependem da velocidade do observador, que não pode, em nenhum caso, exceder a velocidade da luz. Em qualquer sistema de referência inercial, todas as leis físicas permanecem inalteradas.

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