Dando a cara a tapa

Já faz tempo que não rola nada de Ciências aqui neste espaço. Aproveitando o pós-carnaval, nesse período de relativa calmaria que precede a tormenta, vamos explicar uma das coisas mais mal compreendidas quando se fala de Teoria da Relatividade: a velocidade da luz.

Até Einstein, os conceitos de velocidade eram mais ou menos compreensíveis a qualquer um. Partindo do pressuposto que tempo e espaço eram invariáveis, Newton descobriu as leis da mecânica e demonstrou, através de fórmulas, o que qualquer criança poderia intuir. Se eu estou indo em direção a um objeto, a velocidade é uma. Se esse mesmo objeto também estiver vindo na minha direção, a velocidade dele se soma à minha e a resultante será a velocidade de aproximação entre os dois. No sentido contrário, se eu ou algum objeto está indo na direção contrária, as velocidades se subtraem. Assim é que, se eu corro a 20km/h e um carro vem na minha direção a 80km/h, nós dois nos aproximamos a 100km/h (20+80). Da mesma forma, se eu corro a 20km/h atrás de um carro que foge de mim a 80km/h, isso significa que ele está se afastando de mim a 60km/h (80-20).

Com a luz, contudo, coisas estranhas aconteciam. Ao contrário do que a intuição e as leis de Newton ensinava, a luz fazia pouco caso se os objetos estavam indo um em direção ao outro ou se afastando. Qualquer que fosse a direção ou o sentido dos objetos a serem tomados como parâmetro, a velocidade medida era sempre a mesma: cerca de 300 mil km/s. Isso deixava todo mundo atônito, sem ter como explicar como isso acontecia.

Para os primeiros físicos que começaram a estudar o universo, a luz se comportaria como uma onda. Qual o problema? Sendo a luz uma “coisa” que se “propaga”, ela precisaria de um “meio”. Da mesma forma que o som precisa do ar para se difundir e as ondas em um lago irradiam a partir do ponto em que você joga uma pedra na água, também a luz precisaria de um “caminho” para poder ir de um ponto a outro do universo. Daí surgir uma das teorias mais bizarras da história da ciência: a noção de que o vácuo do espaço era, na verdade, preenchido por éter.

Substância invisível que preencheria todo o universo, o éter estaria para a luz como o mar está para as ondas que rebentam na praia. Ele seria o meio através do qual a luz se propagaria. O problema é que ninguém jamais encontrou evidência de que o esse éter espacial existisse. Pior. Experiências científicas repetidamente demonstravam que a idéia do éter como meio de propagação da luz era muito parecida com a do éter dos lança-perfumes de antigamente: não passava de lombra.

Einstein, contudo, partiu de um pressuposto completamente diferente. Deixou a bad trip de lado e imaginou algo que, para a época, seria revolucionário: e se simplesmente não houvesse éter? Nesse caso, a velocidade da luz seria constante não porque seria algo “viajando” através de um “meio” no espaço, mas, sim, porque seria ela mesma uma característica intrínseca da própria estrutura do espaço-tempo.

Assim é que Einstein conseguiu explicar por que a velocidade da luz sempre era constante, independentemente de outro referencial. Sendo a luz uma constante universal, a única forma de explicar que sua velocidade não varie é que, quando um objeto qualquer se desloca, tanto o tempo quanto o espaço se alteram em função desse deslocamento. Melhor explicando: se a velocidade da luz é a mesma para todos os observadores, alguém (ou, mais precisamente, “algo) precisa ceder. E esse algo são as nossas noções intuitivas de espaço e de tempo.

Assim é que, se você estiver em uma nave se aproximando de um feixe de luz, a física clássica diria que o feixe deveria chegar até você mais rápido (c + sua velocidade). Mas isso não acontece. O que ocorre, na verdade, é que seu tempo passa mais devagar e suas distâncias se contraem na direção do movimento. E essa diferença é rigorosa e precisamente o suficiente para que, ao medir a velocidade da luz com seus instrumentos (que também estão contraídos e com tempo dilatado), você obtenha o mesmo valor de velocidade da luz. Quanto maior a velocidade ou a massa desse objeto, maior será a alteração no espaço-tempo, para que a luz mantenha sua velocidade constante.

A bem da verdade, a própria noção de que a luz “viaja” pelo espaço é controversa. Como explica Richard Feynman, não se trata de imaginar um fóton como uma bolinha que atravessa uma sala como uma bala se desloca em um stand de tiro até o alvo. Na verdade, o que chamamos de “luz” não passa de uma perturbação em campos eletromagnéticos que preenchem todo o universo. Ao invés do esotérico “éter”, esses campos eletromagnéticos se excitam em sequência, como uma carreira de dominós derrubando-se uns aos outros.

Dessa forma, quando uma fonte – uma estrela, por exemplo – emite luz, ela não está “soltando” algo que carrega consigo a velocidade da fonte. Basta pensar no exemplo da pedra jogada em um lago: as ondas geradas não carregam consigo a velocidade da pedra, mas, sim, a velocidade determinada pelas propriedades da água. Da mesma forma, o fóton é uma excitação no campo eletromagnético, e a velocidade dessa excitação é determinada pelas propriedades do próprio campo e do vácuo. O vácuo não é o “nada” absoluto, mas antes o estado fundamental desses campos.

A velocidade constante da luz é, portanto, uma propriedade emergente da estrutura do nosso universo. A luz, em resumo, é a régua através da qual medimos tanto o espaço quanto o tempo à nossa volta. Ela não se comporta como os objetos materiais porque não é um objeto material. O fóton não “viaja” no sentido clássico da palavra. Ele se manifesta ao longo do caminho através de interações com os campos, e sua velocidade é uma assinatura da geometria do espaço-tempo. Se você se move em direção a um feixe de luz ou no sentido contrário, quem se ajusta é o seu espaço e o seu tempo, não o fóton. No final das contas, ele não está nem aí pra você.

E essa é a dura realidade, não só para o universo como para sua vida…