Física Quântica 34 - O Que Aconteceria Se Viajássemos à Velocidade da Luz?

O Que Aconteceria Se
Viajássemos à Velocidade da Luz?

por Osvaldo Pessoa Jr.

O que aconteceria se viajássemos à velocidade da luz? Pergunta mal formulada!

Nós nunca poderíamos atingir a velocidade da luz, que é de C = 300 mil km/s (equivalente a 7 voltas e meia em torno do equador da Terra em um segundo).

Tal impossibilidade foi formulada por Albert Einstein em 1905, com sua teoria da relatividade restrita.

É curioso que quando Einstein tinha 16 anos (por volta do início de 1896), ele começou a imaginar o que aconteceria se alguém viajasse à mesma velocidade que a luz, e ficasse observando as ondas de luz.

Elas pareciam paradas, o que já lhe sugeriu que havia algo errado com esta situação, permitida pela física clássica aceita na época.

Este e outros problemas teóricos e experimentais o levaram à nova teoria em 1905, que estava apenas parcialmente desenvolvida por outros físicos (Lorentz e Poincaré).

O que acontece, segundo a teoria da relatividade, é que se um corpo com massa (o que exclui a luz, que não tem massa de repouso) começa a ser acelerado, adquirindo uma velocidade cada vez maior, a sua própria massa começa a aumentar, de forma que vai se tornando cada vez mais difícil acelerar o corpo.

Um próton, partícula que compõe o núcleo dos átomos, pode ser acelerado no acelerador de partículas do CERN (na Suíça), até atingir uma velocidade igual a 99,99% da velocidade da luz c.

Neste caso, sua massa aumenta 100 vezes! Se mais energia for dada a este próton, ele aumentará sua velocidade, mas nunca conseguirá atingir C.

Outra maneira de tentar suplantar este limite é imaginar que estamos num foguete que voa a 30% da velocidade da luz, em relação à Terra.

Dentro deste foguete, podemos imaginar que consigamos fazer um próton voar a 90% da velocidade da luz. Qual será a velocidade do próton para alguém que observa da Terra?

Ora, se somarmos a velocidade do próton 0,9 c com a do foguete 0,3 c, obteríamos 1,2 c, que seria maior do que a velocidade da luz!

Porém, a teoria da relatividade mostra que a composição de velocidades não se dá por mera soma, mas sim de acordo com uma fórmula mais complicada, que resultaria numa velocidade do próton, em relação à Terra, de 0,94 cm.

Em suma, não dá para atingirmos a velocidade da luz. Não vale a pena ficar especulando sobre “o que aconteceria se atingíssimos a velocidade da luz...” Ficaria tudo escuro? Tudo viraria energia?

Voltaríamos para o passado? Balela! Não dá! É uma situação impossível, segundo o que nos diz a teoria da relatividade restrita.

Uma consequência disso é que não é possível transmitir informação a uma velocidade maior do que C. Se você está na lua Titã, de Saturno, e quer saber quem ganhou a Copa do Mundo na Terra, demorará em torno de 70 minutos, após o apito final, para saber quem ganhou.

Nem a física quântica pode mudar isso (ver texto 26, “Astrobigobaldo quer Informação Instantânea”.

No entanto, em 1994, o físico alemão Günter Nimtz anunciou ter conseguido transmitir a 40ª sinfonia de Mozart em um guia de micro-ondas a uma velocidade 4,7 vezes a da luz. Como isso seria possível?

Antes de mais nada, lembremos que micro-ondas são “radiação eletromagnética”, assim como a luz. Existe uma ampla gama de radiação eletromagnética, dependendo do comprimento da onda associada.

Nosso olho é sensível apenas a uma estreita faixa desta radiação, entre 400 e 700 nanômetros (um bilionésimo de metro). Ondas de comprimento maior são a radiação infravermelha, que vai até 1 milímetro.

As micro-ondas têm tamanho entre 1 mm e 10 cm, e as ondas mais longas são as ondas de rádio. Ondas de comprimento menor do que a luz visível são o ultravioleta, depois o raio X, e finalmente os raios gama.

Todos se propagam à mesma velocidade C no vácuo (nos meios materiais, eles perdem um pouco de velocidade). Mas voltemos às micro-ondas de Nimtz, que transmitem informação com velocidade 4,7 cm. Como isso seria possível?

Na verdade, o que acontece é que o sinal é carregado por um “pacote” de onda que tem uma certa extensão espacial (bem maior do que o comprimento da onda). Na figura abaixo, os pacotes de onda são representados por tartarugas.

O grosso da informação é carregado pelo centro do pacote de onda, ou seja, pela corcova da tartaruga. Do lado esquerdo, vemos duas tartarugas, “1” e “2”, iniciando a corrida ao mesmo tempo.

O pacote de onda “2”, porém, atinge uma barreira: parte é refletida, e uma parte menor é transmitida por um efeito de “tunelamento”.

Notamos que, ao final, a cabeça de ambas as tartarugas cruzam a linha de chegada ao mesmo tempo, seguindo a velocidade da luz.

Porém, a corcova da tartaruga “2”, que ficou menor, chega antes da corcova maior da tartaruga “1”. É só nesse sentido que Nimtz conseguiu enviar informação a uma velocidade “super luminosa” (maior do que a da luz).

A frente de um pacote de onda luminosa não pode exceder c, mas o seu pico pode!

Figura tirada do artigo de Chiao, R.Y.; Kwiat, P.G. & Steinberg, A.M., “Faster than Light?”, Scientific American, vol. 269, agosto de 1993, pgs. 38-46.

Visto isso, levantemos um último paradoxo. Acredita-se que o Universo surgiu de um processo semelhante a uma explosão (o big-bang), e que sua idade é em torno de 13,7 bilhões de anos.

O diâmetro estimado para o universo visível é de 93 bilhões de anos-luz, ou seja, uma distância na qual a luz demoraria 93 bilhões de anos para percorrer.

Mas como é que os objetos do Universo conseguiriam atingir um raio de 46,5 bilhões de anos-luz, a partir de uma explosão inicial, em apenas 13,7 bilhões de anos? Não dá!

A solução é fornecida pela moderna teoria da gravitação, desenvolvida a partir da obra-prima de Einstein, a teoria da relatividade geral de 1916.

A tese é que no início do Universo houve uma grande “inflação” do espaço, ou seja, o tamanho do Universo aumentou a uma taxa muito maior do que a velocidade da luz.

Em outras palavras, o espaço pode se esticar a uma velocidade maior do que a da luz, mas os processos físicos que ocorrem dentro deste espaço não podem exceder a velocidade limite da luz.

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