Experimento do relógio no trem de Einstein

Aquele famoso experimento mental de Einstein, talvez o mais conhecido, onde temos um relógio de luz dentro de um trem, parece um pouco paradoxal para mim. O experimento prevê um emissor de luz, no chão do trem e um espelho no teto. O emissor emite um pulso que vai até o teto e este é refletido até o chão, sobre um receptor. Cada vez que o feixe de luz acerta o receptor, temos uma unidade de tempo. Einstein ainda coloca dois observadores, um dentro do trem e outro na estação.

Com o trem parado, tanto o observador dentro do trem, como o na estação, enxergam o relógio da mesma maneira, realizando a mesma rota de subida e descida. Com o trem em movimento, o observador dentro do trem continua enxergando a mesma coisa, já o observador na estação, não. O observador na estação enxerga a luz percorrendo um trajeto maior, já que enquanto ela sobe, o trem se desloca. Mas, segundo o postulado principal da relatividade de Einstein, a luz tem a mesma velocidade, independente do referencial. Então, se o observador de fora, enxergou a luz percorrer um trajeto maior com a mesma velocidade, podemos supor que o tempo para o observador dentro do trem passou mais lentamente.

Passou mais lentamente para permitir que a luz, para o observador externo, pudesse percorrer um trajeto maior, com a mesma velocidade e chegar ao ponto de partida sincronizado com o observador interno. Com isso, podemos supor que todo corpo que move-se mais rápido que outro, tem seu tempo mais lento que outro e isso sabemos até mesmo por causa dos atrasos calculados em satélites.

Agora, vamos imaginar um experimento um pouquinho diferente. Imagine uma linha de trem, onde o sentido aponta exatamente para o eixo do equador, mesmo sentido de rotação da Terra. Imagine que as rodas do trem possuem uma tecnologia tal que impeça qualquer tipo de atrito com o eixo do trem, permitindo um deslise perfeito, mas com atrito de 100% com os trilhos, fazendo com que o trem ande apenas quando estiver com o motor funcionando. Se seu motor estiver desligado, mas encontrar-se em uma ladeira, o trem deslisará livremente. Com esses trilhos e trem, podemos realizar o experimento de Einstein e continuaríamos obtendo o mesmo resultado.

Agora, imaginem que paramos o trem em relação a rotação da terra. Se largarmos o trem nos trilhos, ele parecerá mover-se como no experimento anterior, só que agora, sabemos que o trem está parado e a terra é quem se mexe. No entanto, tanto o observador na estação, quanto o observador no trem, não teriam a mínima chance de distinguir se é o trem que se move, ou a terra.

Quando eles tentam medir os tempos, qual é o resultado obtido? Se obtemos que o observador na estação é quem possui um tempo menor, nós encontramos uma maneira de encontrar referenciais privilegiados, o que é considerado como impossível pela física atual. Se nesse segundo experimento, o observador na estação mede um tempo mais lento, somos capazes de saber quanto mais parado está um referencial em relação ao absoluto e isso é impossível, segundo o postulado.

Se o tempo menor continua sendo medido dentro do trem, então como somos capazes de identificar movimento? Como sabemos quem terá o tempo dilatado? Se o tempo menor for medido dentro do trem, descobrir quem terá seu tempo dilatado passa a ser questão de tentativa e erro, algo inconcebível porque o próprio Einstein disse: "Deus não joga com os dados".

Se os tempos medidos dentro de fora do trem forem iguais, então temos que a relação de dilatação temporal ocorre unicamente em relação a Terra. A Terra é a única a conceber dilatação do tempo. Será que somos especiais?

Como podem ver, absolutamente NENHUM resultado obtido com esse segundo experimento, corrobora com a teoria da relatividade. Todos colocam esta teoria em cheque. Se nenhum resultado é válido para a teoria, porque ela ainda está correta?

Estas são minhas ponderações. Alguém encontrou algum erro nas hipóteses que supus para o segundo experimento?
Qual a opinião de vocês a esse respeito?

Estive a ver um site que explica o Tic Tac do Einstein e vi isto:

"O observador A sabe que os relâmpagos atingiram o trem ao mesmo tempo porque sua luz demora exatamente o mesmo tempo para viajar até seus olhos. Portanto, os dois eventos serão simultâneos para o observador A, mas será que são simultâneos para o observador B? Bem, B está se movendo na direção leste com velocidade V. Ele está se dirigindo em direção ao relâmpago que atingiu a frente e se distanciando daquele que atingiu a traseira do trem. Ele verá a luz do relâmpago que atingiu a frente ANTES de ver a luz do relâmpago que atingiu a traseira. Portanto, para o observador B, os eventos não são simultâneos. O que é simultâneo para um, não é simultâneo para outro. Cada observador tem seu tempo particular; dois observadores podem calcular suas medidas se eles conhecerem sua velocidade relativa. Tempo absoluto simplesmente não existe."


Agora reparem eles quando dizem que é igual para o observador A que está parado estão a levar em consideração que o comboio está parado, quando consideram para o observador B já consideram que está a andar. Isso não faz sentido nenhum. Ou seja, se o comboio estiver mesmo a mover-se tanto o observador A como B vêem primeiro o trovão que está mais perto deles. Nenhum deles vê eles chegarem ao mesmo tempo. A não ser que estejam exatamente à mesma distância de ambos os trovões.


E quanto à parte da luz nos dois espelhos acho também o teste um bocado mal feito ora reparem. Em vez de termos a luz teriamos uma bola saltitona que nunca perderia a força. Imaginemos isso. Ao fazermos a bola saltar em algo parado ela nunca sairia do sitio e ficaria a bater infinitivamente nos mesmos dois pontos.

Agora se a fizessemos saltar em algo em movimento ela nunca bateria exatamente nos dois pontos. Ela iria sempre afastar-se do ponto de impato inicial, devido ao tempo que está sem estar em contato com o que se encotnra em movimento.

Ou seja enquanto o comboio se desloca para leste e a bola está no ar a bola está em repouso em relação ao comboio logo o comboio nesse momento avança e a bola fica parada porque não está em contato com o mesmo. O mesmo se sucede com a luz. Aposto que se deixassem o exemplo dos espelhos e do feixe de luz a testar durante anos iria haver uma altura em que deixavam de ouvir tic tac pois a luz já não estaria a fazer ricochete nos espelhos!!


http://www.oocities.org/g10ap/einstein/o_tic_tac.htm

Tig, comentaste algo interessante, mas motivo de confusão para a maioria dos físicos: evento e simultaneidade. De fato, um evento pode ocorrer no mesmo instante que outro, mas ser percebido em instantes diferentes.

Se estiveres perto de um trilho de trem e um trabalhador muito longe marretar este trilho, você ouvirá o som da marreta duas vezes. A primeira, será transmitida pelo trilho, que transporta as ondas muito mais rápido que o ar. A segunda, virá pelo ar. O mesmo evento, sendo percebido em instantes diferentes.

Este exemplo do trem, possui duas versões diferentes que causam confusão: onde a luz foi emitida em um ponto inercial em relação a Terra e outra onde foi emitida em um ponto inercial em relação ao trem. Em relação a Terra, de fato o trem se aproximará mais da luz a leste do que a oeste e o passageiro perceberá primeiro a luz vindo da frente. Mas em um ponto inercial para o trem, a luz chegará ao mesmo instante para o passageiro dentro do trem, mas em instantes diferentes para o passageiro na estação. Tudo se trata de: a origem do evento relâmpago ocorreu parado em relação a Terra ou parado em relação ao trem? Para estes dois casos, resultados diferentes são necessários.

A maioria dos físicos utiliza estes dois exemplos, dizendo terem o mesmo resultado. Esta é a prova máxima de que não entendem nem mesmo o relativismo galileano. Então sim, quando se trata de simultaneidade, existe a relatividade. Não porque o tempo dilata ou o espaço contrai, mas porque as informações que nos permitem interpretar o ambiente, viajam a uma velocidade v que não é instantânea.

Este experimento das luzes, não corrobora em nada com a ideia de dilatação do tempo ou contração do espaço. Trata unicamente da percepção, um delay muito conhecido em jogos multiplayer.

Tempo absoluto não existe? Então posso entender com isso que nunca poderemos calcular a simultaneidade de um evento. Se isso for verdade, então o sincronismo utilizado em satélites está errado, porque eles utilizam a ideia de simultaneidade para calcular o tempo exato do evento sincronismo.

E com relação a sua ideia de a bolinha "sair" da rota, isso nunca aconteceria. A bolinha move-se na mesma velocidade do trem. Então quando ela sai do emissor em direção ao espelho, ela está andando tão rápida quanto o trem. Isso só aconteceria se quando a bolinha estivesse no trajeto entre o emissor e o espelho, dessemos uma acelerada no trem. Isso faria com que a bolinha ficasse parada no ar enquanto o trem movesse. Mas se não houver aceleração, ou seja, se a velocidade for constante, a bolinha ficará eternamente na mesma trajetória.

Então estás a dizer que dentro de um trem por exemplo se eu deixar cair uma pena ao pé de mim ela cai ao pé de mim caso o trem estiver a andar?

Ou se eu estiver parado no trem mas a levitar eu ando junto com o trem mesmo sem me mexer???

tig escreveu:Então estás a dizer que dentro de um trem por exemplo se eu deixar cair uma pena ao pé de mim ela cai ao pé de mim caso o trem estiver a andar?

Ou se eu estiver parado no trem mas a levitar eu ando junto com o trem mesmo sem me mexer???

Isso é física galileana básica:

Se, dentro de um trem em repouso, estou a levitar e ele começa a locomover-se, vou ficar no mesmo lugar em relação a Terra, portanto, baterei no fundo do trem quando este chegar até mim. Agora, se dentro do trem em repouso, eu estiver com o pé no chão, quando o trem começar a andar, vai me arrastar junto, logo estarei desenvolvendo a mesma velocidade que ele em relação a Terra.

Digamos então que o trem esteja me levando a 50Km/h. Se eu pular, cairei no mesmo lugar, porque eu e o trem estamos andando a mesma velocidade. Agora, se eu estiver em pé no trem, sendo levado a 50Km/h e então começar a levitar, continuarei no mesmo lugar, porque estarei junto com o trem, a 50Km/h. Mas se, enquanto levito, o trem passar de 50Km/h para 60Km/h, em algum momento baterei no fundo deste, porque eu estou desenvolvendo uma velocidade de apenas 50Km/h.

Se eu soltar uma pena no ar, dentro de um trem parado e antes que a pena toque o chão, este trem começar a locomover-se, a pena cairá em outro lugar. Mas se eu soltar uma pena dentro do trem, com esse já em movimento, ela vai cair no mesmo lugar, se enquanto ela cair, o trem não mudar sua velocidade.

A questão aqui gira em torno da aceleração. Se temos velocidades uniformes, ou seja, se temos referenciais inerciais, tudo permanecerá como está. Agora se entra na jogada a aceleração, ou seja, a mudança de velocidade em função do tempo, a coisa muda de figura, porque não temos mais referenciais inerciais.

Se algum ponto não ficou claro, avisa que tento explicar de outra forma.

Só não entendo como é que se eu estiver a levitar dentro de um trem a 50km/h não vou bater contra o fundo, visto que não estou em contato com nada do trem. MEsmo que tenha começado a levitar depois do trem já estar a 50km/h.

É o mesmo que eu ir no telhado do trem a 50km/h e exatamente ao meu lado e do trem ir um carro também a 50 km/h. Se eu saltar do trem para o carro não vou cair em cima do carro mas sim no chão. Como é que numa coisa sem estar em contato com o trem eu continuo a viajar à msm velocidade do trem e na outra não?

No vácuo, se você pular do trem para o carro, você cairá encima do carro. O problema aqui na Terra, é a resistência do ar. Como você acha que os satélites consegue viajar por anos a mais de 20.000km/h? Eles não ficam "acelerando" todo o tempo. Não existiria combustível suficiente para manter esse velocidade.

O que acontece, é o que Newton descobriu: inércia. Se você alcançou 50Km/h no vácuo, você ficará com essa velocidade para o resto da vida. Nós aqui na Terra, só temos que manter o pé no acelerador, por causa da resistência do ar, resistência dos rolamentos e algumas outras imperfeições, relacionadas a atrito.

Em um trem conversível, provavelmente quando tu pular, o ar vai te empurrar para trás, mas se o trem estiver fechado, quando tu pular, vai cair no mesmo lugar. Se assim não fosse, quando tu pulasse em um avião em movimento, você iria bater contra a parede de fundo do avião a aproximadamente 1000km/h. Isso não acontece porque você também está a 1000Km/h, então permanece no mesmo lugar.

Sim realmente ai faz todo o sentido. É algo meio estranho eu estar parado em pleno ar (sem ser no vacuo) e manter a minha velocidade igual à do trem ou avião