Einstein certa vez chamou a velocidade da luz de “o limite de velocidade do universo”. Ele alegou que viajar mais rápido que a velocidade da luz violaria o princípio da causalidade (lei de causa e efeito). Um exemplo disso seria uma bala atingindo um alvo antes que o gatilho fosse puxado.
Acelerar a velocidade da luz ou excedê-la também violaria certas condições fundamentais de energia. Poderia até permitir viagens no tempo.
Então, por que não pode existir velocidade maior que a da luz?
Antes de mergulharmos nesse assunto, precisamos saber o que a velocidade da luz realmente é, o que ela significa, e esclarecer alguns equívocos comuns a respeito desse “limite de velocidade universal”.
A velocidade da luz (ou a velocidade de um fóton, a partícula de luz) em um vácuo quase perfeito é exatamente 299.792.458 metros por segundo. Percebemos fótons (luz) viajando a essa velocidade porque eles não têm massa.
Cada partícula em nosso universo (incluindo fótons) se move ou “nada” através do que os cientistas chamam de “campo de Higgs”. Como resultado dessa interação, as partículas adquirem sua massa. Partículas diferentes interagem com o campo de Higgs com diferentes forças, razão pela qual algumas partículas são mais pesadas (têm mais massa) do que outras. Os fótons se movem, mas não interagem com o campo de Higgs.
O que isso significa?
Como os fótons não interagem com o campo de Higgs, isso significa que eles não estão limitados por nenhum limite de velocidade. Eles estão livres para se mover na velocidade mais rápida possível. Mas por que a velocidade da luz não é mais lenta ou mais rápida? É porque essa velocidade exata é uma constante fundamental do nosso universo.
Perguntar por que a luz não viaja a uma velocidade diferente é como saber por que a gravidade não é revertida ou como seria se nosso universo tivesse apenas duas dimensões espaciais em vez de três (quatro se você incluir o tempo). Essas constantes, junto com a velocidade da luz, foram estabelecidas quando nosso universo foi criado no momento do Big Bang.
Limite de velocidade universal
Partículas que têm massa requerem energia para acelerá-las. Quanto mais próximo da velocidade da luz uma partícula estiver, mais energia será necessária para fazê-la ir mais rápido. Isso ocorre porque as próprias partículas ficam mais massivas em proporção ao aumento da velocidade. Em suma, quanto mais rápido você for, mais pesado você fica.
Graças a essa verdade inconveniente, se você quisesse acelerar um único elétron para a “velocidade da luz”, precisaria de uma quantidade infinita de energia devido ao fato de o elétron se tornar infinitamente pesado. Não há energia suficiente em todo o universo para impulsionar apenas um único elétron para a velocidade da luz.
Da perspectiva de um fóton
Um dos métodos usados por Einstein para ajudar a formular sua teoria da relatividade especial foi visualizar como o universo seria na perspectiva de um fóton. Einstein viu que a vida como um fóton seria bastante bizarra. Por exemplo, se você fosse um fóton, o tempo não teria significado para você. Tudo pareceria acontecer instantaneamente.
Imagine por um momento que você é um pequeno fóton criado por uma estrela em outra galáxia, a cerca de 4 bilhões de anos-luz de distância. Da minha perspectiva aqui na Terra, você levou exatamente 4 bilhões de anos para viajar daquela estrela até chegar à minha retina. Da sua perspectiva, em um instante você foi criado e, em seguida, no próximo, você estaria sendo absorvido pelo meu globo ocular. Você não experimentou a passagem do tempo. Seu nascimento e morte aconteceram instantaneamente.
Isso ocorre porque o tempo diminui para você à medida que você se aproxima da velocidade da luz e, quando a velocidade é atingida, ele para completamente. Esta é também outra razão pela qual nada pode ir mais rápido que a luz. Seria como desacelerar um carro até parar, e depois tentar ir mais devagar do que parar completamente.
Deve-se pensar na velocidade da luz como “velocidade infinita”. Um equívoco comum é pensar que a velocidade da luz é igual a qualquer outra velocidade finita. A velocidade da luz é apenas finita a partir da perspectiva do observador externo; da perspectiva de um fóton, é infinita. Se você se pudesse se mover exatamente à velocidade da luz (sendo um fóton), poderia ir a qualquer lugar, não importa a que distância, em exatamente zero segundos.
A luz pode ser desacelerada?
Há pelo menos um exemplo real de viagens superluminais (mais rápidas que a luz). Sim, é possível viajar mais rápido que a luz! Apenas se ela estiver viajando em outro meio além do vácuo. Um desses meios é a água.
Lembre-se de que a velocidade máxima é de 299.792.458 metros por segundo, e é impossível ultrapassá-la.
No entanto, é possível desacelerar os fótons, que normalmente se movem nessa velocidade. Um exemplo disso pode ser observado na água, onde a luz é reduzida a 3/4 de sua velocidade normal.
Nos reatores nucleares, as partículas carregadas emitidas por hastes radioativas através da água em que estão submersas excedem essa velocidade reduzida.
Como as partículas contêm uma carga elétrica, elas emitem energia chamada radiação de Cherenkov. A água adquire um misterioso e brilho azul quando as partículas colidem com ela, tornando-as radioativas. Acima da água, o fenômeno pode ser observado.
