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Dificilmente existe uma lei mais simples na física do que aquela segundo a qual a luz é propagada no espaço vazio. Toda criança na escola sabe, ou acredita que sabe, que essa propagação ocorre em linhas retas com velocidade c = 300.000 km./seg. Em todos os eventos, sabemos com grande exatidão de que essa velocidade é a mesma para todas as cores, porque se essa não fosse, nesse caso, o mínimo de emissão não seria observado simultaneamente para cores diferentes durante o eclipse de uma estrela fixa por seu vizinho escuro. Por meio de considerações semelhantes com base em observações de estrelas duplas, o astrônomo holandês De Sitter também conseguiu mostrar que a velocidade de propagação da luz não pode depender da velocidade de movimento do corpo emitindo a luz. A suposição de que essa velocidade de propagação depende da direção "no espaço" é em si improvável.
Em suma, vamos supor que a lei simples da constância da velocidade da luz c (é justificadamente acreditado pela criança na escola). Quem imaginaria que esse simples lei mergulhou o físico conscientemente pensativo no maior dificuldade intelectual? Vamos considerar como essas dificuldades surgem.
É claro que devemos referir o processo de propagação da luz (e de fato todos os outros processos) a um corpo rígido de referência (sistema de coordenadas). Como tal sistema, vamos novamente escolher nosso aterro. Vamos imaginar que o ar acima dele tenha sido removido. Se um raio de luz for enviado ao longo do aterro, vemos acima que a ponta do raio será transmitida com a velocidade c em relação ao aterro. Agora vamos supor que nosso transporte ferroviário está novamente viajando ao longo das linhas ferroviárias com a velocidade v, e que a direção é a mesma que a do raio de luz, mas sua velocidade, é claro, é muito menor. Deixe-nos perguntar sobre a velocidade de propagação do raio de luz em relação ao vagão. Isto é óbvio que podemos aplicar aqui a consideração da seção anterior, uma vez que o raio de luz faz o papel do homem que caminha relativamente ao vagão. A velocidade w do homem em relação ao aterro é aqui substituída pela velocidade da luz em relação ao aterro. w é a velocidade da luz necessária em relação ao carro, e temos
w = cv.
A velocidade de propagação de um raio de luz em relação ao vagão é cortada menor que c. Mas este resultado entra em conflito com o princípio da relatividade estabelecido na Secção 5. Pois, como qualquer outra lei geral da natureza, a lei da transmissão da luz in vácuo [no vácuo - ndt] deve, de acordo com o princípio da relatividade, ser o mesmo para o transporte ferroviário como corpo de referência como quando os trilhos são o corpo de referência. Mas, da nossa consideração acima, isso parece impossível. Se todo raio de luz é propagado em relação ao aterro com a velocidade c, por esse motivo, parece que outra lei de propagação da luz deve necessariamente se manter em relação ao transporte – um resultado contraditório ao princípio da relatividade. Em vista desse dilema, parece não haver mais nada além de abandonar o princípio da relatividade ou a lei simples da propagação da luz no vácuo. Os de vocês que seguiram cuidadosamente a discussão anterior, quase certamente esperam que se deva manter o princípio da relatividade, que apela tão convincentemente ao intelecto porque é tão natural e simples. A lei da propagação da luz no vácuo deveria ser então substituída por uma lei mais complicada, conforme o princípio da relatividade.
O desenvolvimento da física teórica mostra, no entanto, que não podemos seguir este curso. As investigações teóricas de época de H.A. Lorentz sobre os aspectos eletrodinâmicos e fenômenos ópticos conectados a corpos em movimento mostram que a experiência nesse domínio leva conclusivamente a uma teoria dos fenômenos eletromagnéticos, da qual a lei da constância da velocidade da luz no vácuo é uma consequência necessária. Os proeminentes físicos teóricos estavam mais inclinados a rejeitar o princípio da relatividade, em apesar de não terem sido encontrados dados empíricos contraditórios a esse princípio.
Nesse momento, a teoria da relatividade entrou na arena. Como resultado de uma análise das concepções físicas de tempo e espaço, tornou-se evidente que realmente não há menor incompatibilidade entre o princípio da relatividade e a lei de propagação da luz, e que, ao manter sistematicamente essas duas leis, uma teoria logicamente rígida poderia ser chegada nessa teoria foi chamada de teoria restrita da relatividade para distingui-la da teoria geral, com a qual trataremos mais adiante. Nas páginas seguintes, apresentaremos as ideias fundamentais da teoria restrita da relatividade.