Onda X – Mais rápida que a Luz
Será que vou ter que refazer os tópicos sobre o homem na velocidade da Luz ? (https://semprereinventando.wordpress.com/2011/06/19/e-e-o-homem-tivesse-a-velocidade-da-luz-parte-1/)
Segue reportagem interessante (Fonte : Portal GSTI) :
O amanhã já aconteceu. Foi emitida no ara superluz que desafia a teoria da relatividade
Por José Tadeu Arantes
Ilustrações Dawidson França
A velocidade da luz já foi ultrapassada. Essa fantástica possibilidade, prevista há pouco mais de um ano por GLOBO CIÊNCIA nº 74, tornou-se enfim real. O fato ocorreu num experimento realizado pelos cientistas Peeter Saari e Kaido Reivelt, do Instituto de Física de Tartu, na Estônia.
Trabalhando num dos mais sofisticados laboratórios de óptica do mundo, eles produziram uma emissão luminosa que viajou no espaço com velocidade 0,002% maior do que a da luz. Esses sinais, já batizados com o nome de “ondas X” ou “ondas superluminais”, podem provocar uma revolução nas telecomunicações e colocam em xeque um dos mais importantes modelos científicos deste século, a teoria da relatividade.
Para construir a “superluz”, Saari e Reivelt utilizaram a luz branca de uma lâmpada de arco de xenônio a alta pressão e fizeram-na passar por um sistema de orifícios e lentes. O resultado foi uma onda de luz visível, mais rápida do que o normal, cujo pico propagou-se em cima de uma tira de papel. “Essa luz tem a capacidade de carregar imagens arbitrárias, sem difratar-se (isto é, sem se distorcer), por distâncias bastante grandes”, afirmam os pesquisadores estonianos.
Além de transportar informações numa velocidade maior do que a da luz, a principal vantagem tecnológica da onda superluminal é que ela praticamente não se abre. Seu conteúdo energético fica concentrado num volume restrito durante toda a propagação. “Isso faz com que as informações cheguem ao receptor quase sem distorções. E cheguem somente a ele, não aos seus vizinhos”, explica o matemático Waldyr Rodrigues, diretor do Instituto de Matemática da Unicamp-SP e um dos maiores teóricos dos fenômenos superluminais em todo o mundo. “A utilização desse tipo de sinal terá um impacto extraordinário nas telecomunicações”, entusiasma-se o cientista. “Será possível, por exemplo, enviar, através de microondas, mensagens sigilosas a destinatários específicos, sem que haja o risco de elas serem captadas por outras pessoas.”
A grande novidade do experimento de Saari e Reivelt é que, nele, a onda superluminal propaga-se livremente no espaço. Porque, em condições especiais de confinamento, sinais mais rápidos do que a luz já haviam sido criados em laboratório. O primeiro deles foi conseguido em 1992 pelo físico alemão Günter Nimtz, diretor do Instituto de Física da Universidade de Colônia. Nimtz fez uma onda eletromagnética viajar dentro de uma canaleta metálica e, graças a um fenômeno físico conhecido como “efeito de tunelamento de fótons”, obteve velocidade 4,32 vezes superior à da luz. Em 1994, o cientista alemão ultrapassou sua própria marca, num experimento que ficou famoso. Utilizou dessa vez um pacote de ondas para transportar a Sinfonia nº 40, de Mozart. A informação foi de uma ponta a outra do túnel 4,7 vezes mais rápido do que a luz.
Resultados bizarros
N o rastro de Nimtz, outros pesquisadores fabricaram ondas com velocidades de até 1,8 milhão de quilômetros por segundo – seis vezes maiores do que a da luz (cerca de 300 mil quilômetros por segundo). Esses resultados desafiam seriamente a teoria da relatividade, cujas equações dão resultados bizarros quando a velocidade de propagação de um sinal excede a da luz.
Antes de investigar esses paradoxos é preciso revisitar brevemente a teoria da relatividade. Imagine-se então viajando num avião que ultrapassa outro. Neste exato instante, uma aeromoça do aparelho ao lado deixa cair um cubo de gelo no copo de um passageiro. Você, que observa a cena pela janela, vê a pedra descrever uma trajetória peculiar, porque, enquanto cai, ela vai sendo deixada para trás na ultrapassagem. A aeromoça, porém, não precisa de nenhum treino para acertar o copo, pois, não havendo curvas ou turbulências, tudo se passa no interior de seu avião como se ele estivesse parado. Caso os dois aparelhos estejam voando em linha reta e com velocidades constantes, tanto faz estudar o movimento do gelo em um ou em outro. Ambos são equivalentes como sistemas de referência, pois, embora as trajetórias do cubo sejam diferentes num caso e no outro, o fenômeno obedece às mesmas leis físicas. Com algumas transformações matemáticas, você poderá utilizar as medidas feitas no outro avião. Este é o chamado princípio da relatividade, um dos fundamentos da teoria especial da relatividade.
O outro fundamento é o princípio de que a velocidade da luz é sempre a mesma. Ela tem um valor constante, que não aumenta pelo fato do observador se aproximar da fonte luminosa, nem diminui porque ele se afasta dela. Não se pode aplicar à luz as regras de composição de velocidades da física clássica. Se, em vez de deixar cair o gelo, a aeromoça tivesse acendido uma lanterna, o sinal luminoso se propagaria com igual rapidez tanto para os passageiros do outro avião quanto para você. Com esses dois princípios foi construída, no início do século, toda a teoria especial da relatividade (leia em GLOBO CIÊNCIA nº 75). Ela trata da comparação das medidas feitas em sistemas de referência inerciais – isto é, que estão parados ou se movem em linha reta e com velocidades constantes em relação às galáxias distantes. A teoria geral da relatividade, válida para qualquer tipo de referencial, foi elaborada alguns anos mais tarde (leia em GLOBO CIÊNCIA nº 76). Ambas compõem uma superteoria que, em princípio, deveria submeter todas as disciplinas físicas.
Como Aquiles, o herói da mitologia grega, essa superteoria tem, porém, o seu ponto vulnerável. E o “calcanhar de Aquiles” da relatividade é sua incompatibilidade com a existência de sinais mais rápidos do que a luz. “Quando se tenta juntar uma coisa e outra, chega-se a situações paradoxais, que violam gravemente um dos mais importantes pressupostos da ciência, o princípio da causalidade”, diz o físico e historiador da ciência Roberto Martins, professor de teoria da relatividade da Unicamp-SP.
Para ter idéia do que isso significa, imagine o seu avião voando entre duas torres distantes. Ao sobrevoar o meio do caminho, você vê as luzes das duas torres piscarem. Um observador parado no chão, bem em baixo do seu aparelho, dirá que as piscadas foram simultâneas. E com razão, pois os sinais luminosos chegam a ele no mesmo instante, após percorrerem distâncias iguais. Para você, que está em movimento, porém, a distância entre as duas torres só se torna igual neste exato momento. Uma fração de segundo antes, quando as luzes se acenderam, a torre à sua frente estava um pouco mais longe do que aquela que ficou para trás. Logo, se os sinais luminosos chegaram juntos, foi porque a torre à sua frente piscou primeiro. Os dois raciocínios são rigorosamente verdadeiros – cada qual no seu sistema de referência. A contradição entre os resultados pode ser perfeitamente explicada pela teoria especial da relatividade.
Até aqui, nada a ver com fenômenos superluminais. Para introduzi-los na história, imagine agora que as duas piscadas não são eventos independentes, mas expressam uma relação de causa e efeito: a torre de trás pisca no instante em que envia um sinal S, mais rápido do que a luz, para a torre da frente e esta pisca ao recebê-lo. Como não há limite para a velocidade do sinal, ele pode ser tão rápido que o intervalo de tempo entre as piscadas fique menor do que qualquer grandeza mensurável. O observador parado no chão poderá, então, identificar os eventos como simultâneos. Aplicando a teoria da relatividade, porém, você continua deduzindo que a torre da frente piscou antes. Ou seja: no seu referencial, o efeito (a recepção do sinal) precede a causa (sua emissão).
“Isso constitui aquilo que os físicos chamam de anomalia causal do primeiro tipo”, informa Roberto Martins. “Para quem está no avião, a torre da frente pisca sem motivo aparente e só depois o operador da torre de trás aperta o botão que emite o sinal superluminal. Ele já não é mais livre para apertar o botão a qualquer momento. Tudo se passa como se o seu gesto fosse comandado por um sinal superluminal S’, de sentido contrário, que saísse da torre da frente no instante em que ela pisca.”
Com o intuito de facilitar a apresentação do problema, fizemos o avião sobrevoar o ponto médio no instante preciso em que as emissões luminosas chegavam até ele. A conclusão de que a torre da frente pisca primeiro independe, porém, desse fato. Ela decorre tão-somente do sentido do movimento do aparelho. Suponha, então, que seu avião esteja tão próximo da torre da frente que a luz emitida por ela chegue até você antes do suposto sinal S’ atingir a torre de trás. E que, ao receber essa emissão, você envie imediatamente um segundo sinal superluminal, S”, ainda mais rápido do que S’, para a referida torre. Ele poderia atingi-la antes de o operador apertar o botão. Exercite um pouco mais sua fantasia e imagine que exista uma bomba instalada no local. O sinal S” poderia detoná-la, destruindo a aparelhagem e impedindo, para sempre, que o operador apertasse o botão que deu início a todo o processo.
Anomalia causal
Acausa não só teria sido precedida pelo efeito, mas completamente eliminada. “Isso é o que se chama de uma anomalia causal do segundo tipo”, afirma Roberto Martins. “Na anomalia de primeiro tipo, o efeito antecede a causa apenas em determinados sistemas de referência. Na de segundo tipo, ele ocorre antes em todos os referenciais.”
Para produzir tal paradoxo foram utilizados três ingredientes: sinais superluminais, a teoria da relatividade e o princípio da causalidade. Durante muito tempo, a comunidade científica descartou o primeiro ingrediente. A adesão à teoria da relatividade foi tão esmagadora que a possibilidade das propagações superluminais não era sequer admitida. Diante dos experimentos de Nimtz, de Saari e Reivelt e de outros pesquisadores, essa posição torna-se cada vez mais insustentável. Não será possível continuar negando os sinais mais rápidos que a luz. Logo os cientistas de vanguarda estarão numa encruzilhada. Eles terão que escolher se reformulam a teoria da relatividade, como propõe há alguns anos o matemático Waldyr Rodrigues, ou abrem mão de algo muito mais fundamental: o princípio da causalidade.
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