Deslizando suavemente pela vasta extensão do espaço, a luz mantém um ritmo inabalável, cobrindo 299.792.458 metros a cada segundo – nem mais nem menos sciencealert.com.
No entanto, a narrativa sofre uma mudança dramática quando esta onda eletromagnética encontra os campos eletromagnéticos que cercam as partículas de matéria. Navegando neste terreno intrincado, a velocidade da luz pode desacelerar significativamente.
Testemunhamos esse fenômeno quando a luz refrata ao passar por um copo de água ou quando as inúmeras cores de um arco-íris se dispersam.
Os físicos há muito tempo utilizam equações do século 19 para explicar esse fenômeno no contexto da luz e do eletromagnetismo. No entanto, eles ainda lidam com a compreensão completa da alteração súbita na velocidade de luz enquanto transita entre diferentes médiuns em termos de ondas físicas.
Um trio de físicos vindos da Universidade de Tampere propôs uma resolução potencial para esse enigma, mas não sem reavaliar alguns princípios fundamentais relativos à viagem de uma onda de luz através da dimensão do tempo e do espaço.
“Basicamente, encontrei uma maneira muito legal de derivar a equação da onda padrão em dimensões de 1+1,” diz o primeiro autor do estudo, Matias Koivurova, agora na Universidade da Finlândia Oriental.
“A única suposição que eu precisava era que a velocidade da onda é constante. Então eu pensei comigo mesmo: e se itilits nem sempre constante? Esta acabou por ser uma boa pergunta.”
A velocidade da luz – ou c para usar a sua abreviatura – é um limite Universal para a informação que se move através de um vácuo. Embora a matéria possa efetivamente desacelerar uma jornada geral de partículas, a teoria especial da relatividade diz que essa propriedade fundamental não pode realmente mudar.
No entanto, às vezes a física exige o ocasional voo de fantasia para explorar novos terrenos. Então Koivurova, junto com seus colegas Charles Robson e Marco Ornigotti, deixou de lado essa verdade inconveniente para considerar as conseqüências de uma equação de onda padrão onde uma onda de luz arbitrária pode acelerar.
Inicialmente, sua solução fez muito sentido. Foi somente quando eles adicionaram uma velocidade constante de volta como um quadro de referência que as peças clicaram juntas.
Envie uma nave espacial para as profundezas do espaço em velocidade, e seus passageiros experimentarão o tempo e a distância de maneira diferente dos observadores que observam sua jornada de longe. Este contraste vem cortesia da relatividade, uma teoria que foi testada com sucesso uma e outra vez em todos os tipos de escalas.
Ao enquadrar uma onda de aceleração contra uma velocidade de luz constante, os efeitos estranhos da nova solução teamilitis para a equação de onda padrão se pareciam com os impostos pela relatividade. Sua realização teve profundas implicações para um debate sobre se o momento de uma onda de luz aumentou ou diminuiu à medida que se cruzou para um novo meio.
“ O que mostramos é que, do ponto de vista da onda, nada acontece com seu momento. Em outras palavras, o momento da onda é conservado, ” diz Koivurova.
Não importa qual seja a onda, seja em um campo eletromagnético, uma ondulação em um lago ou uma vibração em uma corda, medidas de relatividade e conservação do momento precisam ser levadas em consideração na equação à medida que aumentam a velocidade. Essa generalização deveria ter outra conseqüência bastante notável, embora um pouco decepcionante.
Quer seja para os nossos intrépidos viajantes espaciais que se aproximam de Alpha Centauri a uma fração da velocidade da luz, ou para a sua família enlutada que envelhece lentamente de volta à Terra, cada um de seus respectivos relógios se afasta no que é considerado como tempo adequado. As duas vezes podem discordar sobre o comprimento de um segundo, mas cada uma é uma medida confiável da passagem dos anos dentro de seu próprio quadro.
Se todas as ondas também experimentam o cuidado adequado da relatividade no tempo, argumentam os físicos, qualquer física governada por ondas deve ter uma direção estrita e temporal. Um que pode ser revertido para qualquer parte.
Até agora, as equações só foram resolvidas para uma única dimensão de espaço (e tempo). Experimentos também precisariam ser conduzidos para ver se essa perspectiva de ondas é verdadeira.
Se assim for, a nossa viagem coletiva através do Universo é realmente uma rua de mão única, afinal.