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No início do estudo da mecânica nós aprendemos que a presença de um referencial é essencial para se medir uma velocidade e assim descrever o movimento dessa partícula.

O físico escocês James Clerk Maxwell determinou a velocidade das ondas eletromagnéticas sem o uso de um referencial e mostrou que possuem o mesmo valor que a velocidade da luz. De acordo com o trabalho de Maxwell essa velocidade seria uma constante universal e não dependeria da velocidade de quem estivesse medindo. Por exemplo:

Não importa se há duas espaçonaves, uma se movendo em direção ao Sol com metade da velocidade da luz e outra se afastando do Sol com a mesma velocidade. Ambas deveriam medir a mesma velocidade para a luz que parte do Sol. Isso contraria a mecânica de Newton pra qual a luz deveria aceitar a composição de velocidades e os observadores das duas espaçonaves deveriam medir velocidades diferentes para a luz. O que se aproxima do Sol deveria medir pra luz a velocidade de 1,5 c enquanto aquele que se afasta do Sol deveria medir velocidade 0,5 c.

Em 1887, Albert Michelson e Edward Morley com o experimento conhecido como o interferômetro mostrou que não havia nenhum tipo de arrasto entre a rotação da Terra e o suposto meio no qual a luz se propagaria: o éter, ou, com outras palavras, um raio de laser coerente foi dividido por um espelho semitransparente e uma das partes percorreu uma certa distância a favor da rotação da Terra e a outra parte do feixe dividido percorreu uma mesma distância em uma direção perpendicular à rotação da Terra e depois se encontraram sem nenhuma defasagem. Mostrando assim que a velocidade de rotação da Terra não interfere na velocidade da luz. Observe um esquema do experimento:

Pensando o impensável

A dilatação do tempo

Esse efeito certamente é a grande estrela dessa teoria pois atiça o imaginário das pessoas. Para entendermos um pouco melhor o que isso significa, vejamos o esquema abaixo:
Imagine um vagão de trem que se move em alta velocidade e dois observadores distintos, um dentro do vagão e um fora dele. No chão do vagão há uma fonte que emite flashs de luz e no teto há um espelho capaz de refletir esse flash.

Para a observadora dentro do vagão o flash percorre uma trajetória vertical cujo comprimento vale 2d, onde d é a altura do vagão e ela mede um tempo Δt₁. Para medir a velocidade da luz basta que ela divida a distância 2d pelo tempo Δt₁ que ela mediu.

Já o observador fora do vagão, por não compartilhar do movimento do vagão vê o flash sair do chão, atingir o espelho no teto do vagão e retornar ao chão enquanto o vagão se moveu de uma distância horizontal Δ_x em um intervalo de tempo Δt₂.

Se o observador externo quiser medir a velocidade da luz deverá dividir a distância percorrida pela luz em relação a ele e dividir pelo tempo Δt₂ que ele mediu.

Como para o observador externo a luz percorreu uma distância maior que para a observadora interna, para que a velocidade da luz permaneça independente do referencial, devemos ter Δt₂ > Δt₁. Quem mediu o maior deslocamento para a luz teve que medir também o maior tempo. O tempo passou mais devagar (tempo dilatado) para quem estava dentro do vagão e mediu a menor distância. Ela mediu um tempo menor que o observador externo para um mesmo evento.

O tempo é relativo!

Teremos que Δt₂ = Δt₁. γ, onde o fator γ é o fator de Lorentz e vale:

Análise do fator de Lorentz

O fator γ pode assumir valores desde 1 até ∞ (infinito) dependendo da velocidade v. Quando a velocidade v é desprezível em relação à velocidade da luz, o fator γ tende a 1, portanto Δt₂ = Δt₁. 1, assim os tempos medidos são praticamente iguais.

Quando a velocidade v passa a assumir velocidades não desprezíveis em relação à velocidade c da luz, observe como o fator γ se comporta:

A 99% da velocidade da luz, a relação entre os tempos medidos pelos observadores é Δt₂ = Δt₁. 7,092.

A contração do coprimento

Outro efeito interessante da relatividade restrita consiste no fato de os observadores medirem comprimentos diferentes se estiverem em velocidades diferentes. O observador mede um comprimento menor para um determinado objeto mas a contração se dá apenas na direção do movimento.

A contração do comprimento também pode ser determinada pelo fator de Lorentz.

O espaço é relativo!

Dilatação da massa

Outra consequencia da relatividade restrita é a dilatação da massa. A massa de um corpo também não é absoluta e aumenta com sua velocidade segundo o fator γ. Como já vimos o fator de Lorentz tende a 1 para pequenas velocidades mas aumenta muito rápido a medida que se aproxima da velocidade da luz. Esse é o comportamento da massa de um corpo.

Portanto, a medida em que a velocidade de um corpo se aproxima de c, a sua massa se aproxima do infinito. Sendo assim cada vez mais difícil acelerá-la. O que nos leva a crer que a velocidade da luz no vácuo c é uma velocidade limite no universo.

A massa de um corpo é relativa!

Somente a velocidade da luz é absoluta!