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A teoria proposta por Einstein no início do século XX gerou uma grande mudança de paradigma entre os cientistas (figura 01).
Figura 01: Mudança de paradigma - Clássico X Relativístico
Suponha que determinado fenômeno mecânico tenha sido observado em um sistema de referência S. Se este mesmo fenômeno for observado de outro sistema de referência S’, se movendo com velocidade v (na direção x), em relação ao sistema S (figura 02), como seriam descritas a posição e o instante deste fenômeno no sistema S’, comparando-se com a posição e o instante do fenômeno no sistema S?
Figura 02: Referencial S’ se movendo com velocidade v em relação ao referencial S.
Esta pergunta pode ser respondida a partir das transformações de sistemas de referência. As transformações de Galileu (figura 03) indicam que o tempo flui de maneira constante para qualquer observador no Universo.
Figura 03: Transformações de Galileu.
As transformações de Lorentz (figura 04) indicam que a velocidade da luz é constante para qualquer observador no Universo. Esta afirmação é uma das bases da teoria da relatividade especial e tem como consequência o fato de que, se a velocidade da luz é constante, então as noções de tempo e espaço clássicas não são mais válidas. Ou seja, para a velocidade da luz ser constante em qualquer referencial o conjunto espaço-tempo não deve ser constante, de forma a acomodar as variações necessárias para manter a velocidade da luz constante.
Figura 04: Transformações de Lorentz.
Algumas consequências das transformações de Lorentz são a contração do espaço, fato de um objeto parecer menor quando observado por um observador em movimento relativo e a dilatação do tempo, fato de o tempo parecer fluir mais lentamente para um observador em movimento em relação ao fenômeno físico observado.
A simulação a seguir mostra, por meio de uma situação hipotética, uma explicação para a teoria de Einstein a respeito da dilatação do tempo. A cena se passa em um trem viajando na velocidade da luz, dentro do qual um viajante aponta uma lanterna para um espelho no teto do vagão. Para diferentes observadores, um o próprio viajante e outro parado fora do trem, o tempo entre a emissão, a reflexão no esepelho e o retorno da luz ao viajante é necessariamente diferente. Indicando que a medida do intervalo de tempo entre dois fenômenos varia conforme o referencial adotado[2].
Nos fenômenos relativísticos alguns conceitos como energia e momento também sofrem algumas consequências e podem ser definidas da forma a seguir, que serão muito úteis na análise de colisões entre partículas elementares:
