No exame de admissão para a Politécnica Federal da Suíça , foi reprovado . Passado um ano, voltou a candidatar-se, e foi aceito. Em Zurique, aos dezesseis anos, Einstein decidiu abandonar o estudo da matemática pura - a que se vinha entregando por iniciativa própria - e dedicar-se a Física.
Foi a essa altura , que ele começou a dar-se conta de que os fundamentos que procurava dominar eram fundamentos defeituosos. Einstein começou a indagar de si mesmo quais seriam as conseqüências de ele ver-se capacitado a deslocar-se a velocidade da luz .
De acordo com as leis de Newton , se uma pessoa sofre aceleração por longo tempo , em razão de estar exposta à ação de uma força , essa pessoa chegará afinal , a atingir a velocidade da luz e , pois , qualquer velocidade.
Imaginemos , porém , uma onda .Suponhamos encontrar-nos em repouso e a onda a mover-se . Observaremos um padrão de cristas e cavados que se repetem regularmente .
Suponha-se , porém , que podemos deslocar-nos com a velocidade de propagação da onda . Poderíamos , em tal caso , acompanhar uma crista ou uma depressão e as oscilações simplesmente desapareceriam a nossos olhos de observadores em movimento . De acordo com essa maneira de ver , se um observador pudesse deslocar-se à velocidade da luz , a luz deixaria de ter constituição ondulatória , a seus olhos . As equações de Maxwell não permitem essa eventualidade e , assim , ou estão erradas ou não será possível viajar a velocidade da luz .
Einstein deu-se conta de que um observador que se movesse à velocidade da luz violaria o princípio da "relatividade" . Para compreender essa asserção , importa reexaminar um aspecto das leis de Newton . No que se concerne a mecânica newtoniana , não há diferença entre um estado de "repouso" e um movimento retilíneo uniforme . Imaginemos , porém , a situação de nos encontrar-nos em um veículo fechado que se desloca em movimento uniforme ; como não há aceleração , não há nada que nos perturbe , não teríamos como dar-nos conta do movimento. A revolução da Terra em torno do Sol fornece exemplo aproximado do que queremos dizer . Não temos consciência de que esse movimento exista .
A razão de a esse fato atribuir-se o nome de princípio da relatividade , deve-se a circunstância de que ele significa que não há estado de repouso absoluto ou movimento uniforme absoluto . Tem perfeito sentido dizer que um observador se está deslocando , em relação a outro , com movimento uniforme , poderíamos a princípio , olhar pela janela do carro e medir a velocidade em relação ao solo , mas não tem sentido dizer que o solo se encontra em repouso absoluto . Em repouso em relação a quê ? -- essa é a questão .
Desde o início , disse Einstein , pareceu-me intuitivamente claro que , apreciado do ponto de vista desse observador ( que se desloca à velocidade da luz , em movimento uniforme ) tudo teria de ocorrer de conformidade com as mesmas leis que se aplicam ao observador que , relativamente à Terra , se encontra em repouso .
O verdadeiro problema é o de saber como conciliar a mecânica newtoniana , que permite ao observador sofrer aceleração que o leve a atingir à velocidade da luz , com o princípio da relatividade da teoria eletromagnética , o qual não permite ao observador se deslocar com a velocidade da luz . O gênio de Einstein consistiu em reconhecer que essas duas teorias não podem ser conciliadas e que está em erro a mecânica newtoniana . A mecânica newtoniana foi concebida para explicar os movimentos de objetos que se deslocam a velocidade muito inferior a da luz . Aplicadas a esses objetos , a mecânica newtoniana e a teoria especial da relatividade conduzem a resultados quase idênticos.
O primeiro trabalho de Einstein a propósito de relatividade , principia com uma análise da relatividade do tempo .
De modo geral , contemplamos os acontecimentos e nossos relógios e comparamos as observações . Na prática , agimos dessa maneira , sem enfrentar dificuldades especiais . No que se refere a física , importa sermos cautelosos , distinguindo entre a sensação subjetiva do tempo e o tempo objetivo que os relógios medem . Se refletirmos, damo-nos conta de que , não sendo infinita a velocidade da luz , algum tempo decorre para que ela , que está iluminando o evento , atinja nossos olhos e , assim , estamos colocando em correlação com nossos relógios , um evento que já ocorreu . Todas as asserções feitas são elementares e o mais conservador dos físicos newtonianos nada veria ai o que o perturbasse. É no passo seguinte que a revolução se inicia .
O problema é este : Pode este ser aplicado a relógios em movimento ?
A essa altura , Einstein formulava uma hipótese à primeira vista surpreendente , mas confirmada por todos os testes experimentais já realizados : Medida por um observador, a medida da luz é sempre a mesma , independente da velocidade que tenha o objeto que a emite em relação àquela do observador . ( É bem sabido que a luz emitida por uma fonte em movimento , sofre alteração de cor , isto é , sua freqüência cresce e seu comprimento de onda decresce , de modo que ambas se compensam e a velocidade permanece constante ).
Para formular este princípio ( da constância ) , Einstein foi mais uma vez guiado por sua intuição quanto ao que era simples e correto . As equações de Maxwell incluem o princípio da constância , mas como conflitavam com a mecânica newtoniana , era preciso adivinhar quais as equações corretas .
Dispondo do princípio da constancia , podemos voltar a questão dos relógios . Imaginemos estar dois relógios sincronizados separados por uma distância , com dois observadores localizados no ponto médio da distância entre eles .Um dos observadores inicia movimento na direção de um deles . Ambos os relógios que se acham em repouso indicam 7 hs , e conforme combinado , um sinal luminoso é emitido do ponto em que se acha cada um dos relógios . Ao observador que está em repouso a meia distância , os dois sinais chegam simultaneamente . Entretanto do ponto de vista do observador que se encontra em movimento em relação a eles , o mesmo não acontecerá .
O "tempo" em um referencial diferirá do "tempo" em outro referencial . Havendo provocado o problema , Einstein , avançou para estabelecer a fórmula matemática suscetível de predizer como a marcha de um relógio em movimento se relaciona com um relógio em repouso .
Consideraremos , adiante , outras conseqüências decorrentes da teoria da relatividade do tempo . Aduziremos inicialmente um argumento qualitativo para demonstrar que a marcha de um relógio em movimento é mais lenta que a de relógios em repouso . Imagine uma barra de cristal , vertical , dentro da qual um raio de luz se desloca de um extremo a outro . Os dois extremos , por sinal , dispõe de espelhos . O raio de luz gasta um segundo para ir de uma ponta a outra . Se a barra se deslocar para a direita , o raio de luz não estará mais se movendo apenas de baixo para cima , mas também da esquerda para a direita , e assim percorrerá , aos olhos do observador em repouso na Terra , uma distância maior e demorará mais tempo para atravessar a barra de cristal . Como não é possível que a velocidade da luz tenha diminuído , temos que concluir que o tempo transcorre mais lentamente para objetos em movimento .
Dito em termos de maior exatidão : o período do relógio em movimento , aos olhos de um observador em repouso , vai-se tornando mais e mais longo , na medida em que a velocidade desse movimento se aproxima da velocidade da luz ; e se o relógio pudesse atingir a velocidade da luz , seu período , aos olhos do observador em repouso , tornar-se-ia infinito.