O principal problema
dos físicos teóricos da época, fim do século XIX e início do século XX, consistia
em avaliar a estrutura matemática das leis físicas. Esta inquietação tornou-se cada
vez mais contundente com o questionamento da validade da Relatividade Newtoniana
quando aplicada ao Eletromagnetismo Clássico.
Por volta de 1860, James Clerk Maxwell descobriu que as
leis empíricas da eletricidade e do magnetismo podiam ser resumidas em um sistema
de quatro equações matemáticas que mais tarde vieram a ser conhecidas como Equações
de Maxwell e que, entre outras coisas, previam a existência de ondas eletromagnéticas.
Isso era devido à compatibilidade das Equações de Maxwell com uma equação da onda na
qual a velocidade de propagação é constante que podia ser escrita em termos de duas
constantes do eletromagnetismo: a permissividade do vácuo e a permeabilidade do
vácuo, respectivamente. Esta velocidade tem o valor
A excelente concordância entre este valor
e o valor experimental da velocidade da luz e entre as propriedades de polarização das
ondas eletromagnéticas e as propriedades de polarização da luz constituía um forte
indício de que a luz era uma onda eletromagnética e portanto se propagava com velocidade
c.
Supos-se que existia um meio em que se espalhasse por todo
o espaço (incluindo o vácuo) para a propagação das ondas eletromagnéticas, pois a
velocidade de propagação é constante e essa propagação se dava no vácuo. Como as
experiências sobre movimento ondulatório indicavam que era necessário um meio para
a propagação das ondas, Maxwell admitiu o éter como esse meio de propagação. Uma das
conseqüências da idéia de as ondas eletromagnéticas serem oscilações do éter é que uma
onda luminosa, movendo-se com velocidade c em relação ao éter, deveria propagar-se com
velocidade c'= c + v em relação a um referencial que estivesse se movendo com velocidade
v em relação ao éter. Isto exigiria que as Equações de Maxwell fossem modificadas para
o segundo referencial.
Como não sabemos como os campos elétrico e magnético se
transformam na mudança de referenciais, analisemos a equação da onda escalar homogênea
para uma componente de um campo. O resultado é que a equação da onda não mantém a
mesma forma na mudança de referenciais inerciais. Com isso, foram levantadas três
hipóteses:
1. As Equações de Maxwell não são adequadas para explicar os fenômenos eletromagnéticos;
2. Existe um sistema de referência preferencial: o do éter estacionário. As Equações de Maxwell precisam de modificações em outros sistemas de referência;
3. As Equações de Maxwell têm a mesma forma em todos os sistemas de referência que estão se movendo com velocidade uniforme uns em relação aos outros. A trasnformação galileana não é adequada para relacionar sistemas de referência diferentes, quando campos eletromagnéticos estão envolvidos.
Veremos no próximo tópico que várias comprovações
experimentais tornaram correto o ítem três, colocando em aberto a reformulação
do Princípio da Relatividade.