A luz no espaço-tempo

Uma das coisas mais abstratas que consigo pensar sobre é o tempo, muita gente diz que uma certa “linha do tempo” não tem inicio ou fim, outros preferem dizer que ele é cíclico, alguns pensam que ele teve inicio e terá um fim, e há ainda aqueles que pensam coisas que não consigo imaginar agora. Esse é um bom ponto a se pensar sobre o tempo, mas existe uma particularidade sobre o tempo que tem me feito pensar bastante, não que eu vá chegar a alguma teoria física ou algo do tipo, mas me agrada ficar só pensando sobre isso. Einstein quando apresentou a que pode ser considerada sua mais importante contribuição, a teoria geral da relatividade, que nos ajuda a entender sobre a gravidade, diz que o espaço pode ser curvado, que energia é igual matéria, enfim um dos maiores insights da física, na minha mortal opinião.

Para mim o mais surpreendente da teoria geral da relatividade é o fato de nada poder se mover mais rápido do que a luz, veja só como isso é uma afirmação poderosa, nada, entre todo o universo de partículas tão pequenas que não são detectadas em aparelhos de bilhões de dólares, afinal de contas a luz não tem massa, é pura energia por assim dizer. Entretanto existe um fato que me intriga muito, os neutrinos as vezes superam a luz, aqueles mesmos que no filme 2012 acabam por mudar toda a Terra, o que pra mim deixou o filme bem mentiroso, enfim, o fato não é que eles superem aquela velocidade da luz, 3000000m/s é a velocidade da luz no vácuo, os neutrinos não chegam a tal velocidade, o que acontece é que a luz é meio que freada quando não esta no vácuo. Tanques iguais aqueles do filme em que a água borbulha devido a enorme quantidade de neutrinos se chocando com a água pesada deles existem, e realmente detectam os neutrinos provenientes do Sol, (in)felizmente é uma quantidade muito pequena de neutrinos que chegam a se chocar com as moléculas de água desses tanques, o que é legal nessa história toda é que dentro dos tanques a luz não esta a toda velocidade, lá dentro desses tanques os neutrinos são mais rápidos que a luz, e ocorre um fenômeno da mesma natureza daquele que ocorre quando aviões supersônicos excedem a velocidade do som, os neutrinos são tão pequenos que são capazes de passar por milhares de quilômetros de puro chumbo sem encostar em nada, mas a quantidade é tão grande que um ou outro acaba se chocando com a água pesada, e quando isso ocorre tal fenômeno é presenciado e assim os neutrinos são estudados.

O interessante não são os neutrinos, mas sim que eles não são freados como a luz. Infelizmente vou ficar devendo a explicação de porque isso acontece, por enquanto fica só a titulo de curiosidade.

Mas o titulo não falava sobre espaço e tempo? Se eu conseguir expor meus pensamentos da maneira certa acho que todo mundo vai entender que luz espaço e tempo tem uma ligação muito intima.

Einstein com sua teoria nos ensinou que a velocidade da luz é a mais alta possível. Disse também uma coisa que não é muito comentada por ai, que se nós tomarmos o tempo como uma dimensão, além das conhecidas e normais como esquerda-direita, frente-trás, acima-abaixo, tudo está se movendo na velocidade da luz. Tudo que observamos está se movendo na velocidade da luz, quando levamos em conta a dimensão temporal, é como se fosse um exercício de vetores do ensino médio, cada dimensão tem um certo valor de velocidade, e quando observamos a velocidade real, sem levar em consideração os eixos, isso é, a magnitude da velocidade, tudo acaba tendo a mesma velocidade, a da luz. Sempre foi muito difícil para mim aceitar aquelas ideias de que quando um objeto se move numa velocidade próxima a velocidade da luz o tempo passa muito mais devagar, entretanto se entendermos que a velocidade da luz é absoluta quando consideradas as quatro dimensões acaba sendo um pensamento lógico, quando algo se move mais rápido para frente a velocidade tem que diminuir em algum outros eixo, para que a magnitude continue a mesma, e o que acontece é que a velocidade na dimensão temporal é a que diminui, quer dizer, se a gente começa a se mover muito rápido nas dimensões usuais, para frente por exemplo, nossa velocidade na dimensão temporal deve diminuir, então estaremos viajando mais lentamente na linha do tempo, o que faz com que algumas partículas nos grandes aceleradores terem uma vida bem prolongada, mesmo que todo esse prolongamento para nós seja tão pequeno que no tempo de um piscar de olhos a partícula já teria decaido milhares de vezes.

Será mesmo que a velocidade da luz é realmente a maior possível? Não é cedo demais para a ciência, que nem a gravidade pode explicar ainda, por um ponto final no assunto? A luz possui energia, que é afetada por outras forças, e mesmo assim chega a tal velocidade, será que não existe mesmo um meio de se chegar até tal velocidade, mesmo possuindo massa? E quando as supostas dimensões extras que tanto tem se falado, elas não afetariam em nada a trajetória da luz?

Fico pensando, admirando tudo isso, tenho milhões de outras duvidas, mas essas dão uma resumida legal no que eu penso. Acho bom por os pensamentos em letras, pra mim acaba sendo mais fácil pra rever alguns pontos, acho que minha cabeça é um pouquinho embaraçada.

A velocidade da luz e o tempo

Um dos assuntos que mais me interessa é o tempo, ontem lendo um trecho do livro O Universo elegante de Brian Greene compreendi sua relação conforme Einstein havia proposto a mais de 100 anos, pelo menos eu penso que compreendi.

Primeiro devemos anuciar algumas coisas muito importantes que me ajudaram e muito em compreender, a velocidade da luz é constante, tem um valor fixo que como já falei em outros posts é de aproximadamente 300000000 m/s, porém essa é a velocidade de tudo que você conhece! Como assim? Vamos tomar um exemplo em um eixo carteziano com as direções x e y, a gente pode ter uma velocidade de 100km/h na direção de x ou também 100km/h na direção de y, e ainda há outro caso, em que a velocidade está numa direção entre as duas direções, dizemos que velocidade ainda é de 100km/hr, porem ela tem uma componete em x e y, quando decomposta é claro, que será maior ou menor em x e y de acordo com o ângulo da direção a que a velocidade está apontando. Este é um conceito muito poderoso, e ainda assim muito simples.

Outra coisa que deve estar bem definida é que o tempo é uma dimensão, assim como o comprimento a largura e a altura (dimensões espaciais), isso não é uma coisa tão obvia para a gente pois nós não podemos nos mover livrimente através da dimensão do tempo, estamos sempre indo no mesmo sentido, para o futuro. Mesmo sempre indo apenas em uma direção ainda estamos interagindo com essa dimensão.

Uma vez definido isto podemos voltar a questão que todas as coisa tem a velocidade igual a da luz.

A magnitude da velocidade que temos em todas as dimensões deve ser constante i igual a velocidade da luz, nãoacredito que seja a luz que limite essa velocidade, mas sim que ela tambem esteja limitade por essa velocidade, poderiamos chamar a velocidade da luz de velocidade máxima sem problema. Bom, sabemos que a luz tem uma velocidade constante nas dimensões espaciais que é igual a velocidade máxima, logo ela não tem velocidade alguma na dimensão do tempo, quer dizer, um feixe de luz tem sempre a mesma idade.

Isso me fez compreender porque o tempo passa mais lento para uma pessoa com uma velocidade maior, ora se ele tem uma velocidade maior nas dimensões espaciais terá uma velocidade menor na temporal, portanto o tempo passa mais devagar para essa pessoa. Todos os livros deveriam explicar o tempo, a dilatação temporal e a velocidade da luz assim, ao invéz de sempre recorrer a relógios de luz que sempre dão margem a varias outras dúvidas, por exemplo, os relógios não detectam o tempo, simplesmente são um mecanismo que através de movimentos ciclicos pode determinar a passagem do tempo de acordo com um conceito do tipo: cinco ciclos equivalem a um segundo, e problema é que os livros explicam usando um relógio imaginario que usa um fóton preso entre dois espelhos, que sempre acabava me levando a pensar que a dilatação do tempo ocorria porque o relógio registra os ciclos, que em velocidades altas demoram mais para ocorrer, apenas depois de ler sobre isso no livro de Brian que pude entender como o processo realmente ocorre.

Com todas essas ideias em mãos fica complicado em pensar na conquista do espaço, mesmo que consigamos chegar a velocidades muito elevadas, como por exemplo 99,99999% da velocidade da luz ainda levariam anos para alcançar outros planetas, se bem que nessa velocidade o tempo passaria tão devagar que quando se passassem milênos na Terra não teria se passado nem um ano para alguem viajando nessa velocidade, isso seria interessante apenas no caso de uma catástrofe, caso que salvar a humanidade fosse o unico objetivo. Mas não há motivo para desistir de outros planetas, ainda existem coisas do tipo buraco de vermes ou outras ainda mais fantasticas como dobrar o espaço e dar pequenos saltos de milhares de anos-luz em segundos, mas isso tudo é inda muito novo para se cogitar se é realmente possível utilizar esses mecanismos.

Uma ultima consideração que deve ser tomada é voltada para alguém que pense em viver a vida viajando a grandes velocidades, para pessoas vivendo na Terra essa pessoa viveria centenas de anos a mais que se ela estivesse a velocidades normais, isso é verdade, mas para quem está se deslocando rapidamente não ia adiantar de nada, a não ser que quizesse dar um tempo da situação atual na Terra e esperar algum tempo passar na Terra e voltar como se para ele tivesse passado um ano, enquanto na Terra teriam passado quinhentos, o problema aqui é que ele não poderia fazer o que uma pessoa na Terra faz em quinhetos anos, ele teria apenas o tempo disponivel de um ano, quer dizer o tempo passa de maneira diferente para ele.