Os Primórdios da Relatividade: As Transformações de Lorentz
Toda onda necessita de um meio material para se propagar. O som que ouvimos normalmente nada mais é do que variações de pressão em pequenas faixas de ar. Como se costuma dizer na literatura de ficção científica, “no vácuo, ninguém pode ouvir você gritar”; não há um meio para as ondas sonoras viajarem. A onda de luz, e posteriormente a onda eletromagnética, utilizava-se do éter luminífero (aether luminipherus = “ar portador de luz”) para viajar pelo espaço. Este era uma substância estranha e misteriosa que preenchia o espaço vazio, remetendo às idéias clássicas da “quinta essência” de Aristóteles e dos neoplatônicos.
Uma vez que se sabia bem o que era luz, pensou-se em usá-la para estudar o éter. Mais precisamente o movimento da Terra através dele. Em 1881, o físico americano Albert Michelson concebeu um instrumento por ele batizado de interferômetro. Esse aparelho servia para dividir um raio de luz em dois feixes distintos, remetendo cada um deles em uma direção e reunindo-os novamente a seguir. Se os dois feixes percorressem precisamente a mesma distância, com a mesma velocidade, eles se juntariam depois ainda na mesma fase (a luz permanecendo inalterada). Mas se a distância percorrida ou a velocidade mudassem, mesmo que ligeiramente, os feixes reunidos estariam fora de fase e o aparelho registraria uma interferência semelhante à obtida por Young oitenta anos antes.
Michelson projetou os dois feixes de luz em percursos perpendiculares – um dos quais seguia na direção do movimento da Terra através do éter. Como a composição das velocidades (da luz em relação à Terra e da Terra em relação ao éter) seria diferente para os diferentes feixes, o aparelho deveria acusar uma interferência na chegada das ondas. Isso não foi encontrado.
Michelson atribuiu o fracasso de seu experimento ao método utilizado para as medições. Por vários anos ele refinou sua aparelhagem tentando medir as franjas de interferência, por menor que fossem. Já em 1887, auxiliado pelo químico americano Edward Morley (1838-1923), ele executou sua derradeira experiência e mais uma vez não obteve os resultados esperados. Várias explicações pouco prováveis (entre elas a de que a Terra “arrastava” uma porção do éter em seu movimento e por isso a velocidade relativa entre ambos era zero) foram sugeridas, mas nenhuma foi de fato levada a sério. Talvez a experiência de Michelson e Morley tenha sido o fracasso mais importante da história da ciência moderna.
Em 1892, o físico irlandês George Fitzgerald (1851-1901) propôs uma solução para o problema que rompia as barreiras do bom senso. Disse ele que o espaço (i.e., a distância percorrida) se contraía na direção do movimento. Essa mudança na distância seria tal que manteria em fase os feixes de luz viajando em direções distintas. A contração de Fitzgerald, como é conhecida, lembrava o ideal platônico de “salvar os fenômenos”, visto que era uma hipótese complicadora proposta ad hoc.
Seguindo os passos de Fitzgerald, o físico holandês Hendrik Lorentz (1853-1928), em 1895, corroborou a contração de Fitzgerald, incorporando-a às suas idéias sobre sistemas em movimento, e foi mais além. Lorentz postulou que a massa de uma partícula qualquer aumentava à medida que esta atingia velocidades cada vez maiores. Começava aqui a surgir a noção da velocidade da luz como limite máximo no Universo. Este aumento de massa foi medido em laboratório cinco anos depois. Lorentz também ressaltou o fato de que uma contração na distância acarretaria uma dilatação do tempo (o tempo passa mais devagar para quem está se movendo).
Lorentz propôs um conjunto de equações que descreviam estes “fenômenos”. Por deformarem espaço e tempo, estas equações mantinham constante a velocidade da luz, pois velocidade é espaço percorrido dividido pelo tempo. A figura de interferência era impossível, pois a luz sempre viaja com a mesma velocidade, independente da velocidade com que esteja viajando sua fonte!
Um certo físico alemão chegou a estas mesmas conclusões, apesar de ter trilhado um caminho diferente.