• ciência difícil

Qual é a verdadeira razão pela qual você não pode ir mais rápido que a velocidade da luz?

Há a resposta do livro didático, depois há a resposta real.

Principais conclusões

• A resposta comumente dada à pergunta: 'Por que não podemos viajar mais rápido que a velocidade da luz?' envolve a massa de objetos tornando-se infinitamente grande. Essa resposta é boa, mas há uma melhor.
• Espaço e tempo são unificados em uma única entidade conhecida como espaço-tempo. E todo objeto viaja pelo espaço-tempo na velocidade da luz.
• Mesmo um objeto estacionário está se movendo na velocidade da luz, mas está se movendo apenas no tempo e não no espaço.

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Albert Einstein é frequentemente considerado um dos cientistas mais influentes de todos os tempos, com percepções brilhantes sobre as leis da natureza. No entanto, seu trabalho tem uma consequência muito decepcionante, especialmente para os aficionados por ciência que esperam um dia viajar para estrelas distantes. Sua teoria demonstrou que existe uma velocidade mais rápida no Universo: a velocidade da luz. Isso significa que a viagem de ida e volta mais curta possível até a estrela mais próxima levará quase uma década.

Mas como isso funciona? Mesmo os entusiastas da ciência mais informados geralmente têm uma compreensão errada, ou pelo menos incompleta, de por que você não pode ir mais rápido que a luz.

A resposta do livro didático

Esse limite máximo de velocidade é um fato curioso e que vai contra nossa intuição comum. Afinal, se você estiver dando zoom em seu carro e pisar no acelerador, irá mais rápido. E embora seu carro tenha uma velocidade máxima, sabemos de coisas mais rápidas, como caças a jato e balas.

No entanto, acelerar eventualmente para de funcionar. Não importa o quanto você tente, você não pode ir mais rápido do que ~186.000 milhas por segundo (~300.000 km/s).

A explicação mais comum para esse limite de velocidade cósmica é que, à medida que um objeto se move cada vez mais rápido, sua massa aumenta. E essa explicação faz algum sentido. Afinal, é mais difícil empurrar uma montanha do que uma pedra. Se a massa dos objetos se tornar infinita à medida que se aproximam da velocidade da luz, faz sentido que você não consiga quebrar essa barreira de velocidade - seria necessária energia infinita para conseguir.

Há muito mérito nessa explicação e muitas vezes é explicada dessa maneira, mesmo nas aulas de física da faculdade. (Caramba, até eu ensinei isso de vez em quando.) Mas não é o melhor responda.

Tudo viaja na velocidade da luz

Para entender a verdadeira razão pela qual você não pode ir mais rápido que a luz, é necessário que aprendamos uma ideia-chave da teoria de Einstein. Embora nossa experiência comum nos diga que espaço e tempo são coisas diferentes, ele percebeu que são mais semelhantes do que diferentes. Em vez de espaço e tempo, existe uma única coisa, chamada espaço-tempo.

Essa ideia talvez seja mais facilmente compreendida por meio de uma analogia. Olhe para qualquer mapa-múndi. Podemos identificar um local no mapa como dois números: latitude (o número norte/sul) e longitude (o número leste/oeste). Embora existam algumas pequenas diferenças (por exemplo, fica mais quente ou mais frio conforme você se move para o norte/sul), realmente não há diferença entre as duas direções.

No espaço-tempo, é quase a mesma coisa. Os indivíduos podem se mover no tempo ou no espaço, assim como os viajantes podem decidir se mover para leste/oeste versus norte/sul.

Agora, para o insight chave. Um dos professores de Einstein, um matemático chamado Hermann Minkowski, olhou para a teoria da relatividade de Einstein e percebeu que, em seu nível mais profundo e fundamental, a teoria dizia que qualquer objeto estava simplesmente viajando pelo espaço-tempo - parcialmente pelo espaço e parcialmente pelo tempo . Quando a teoria de Einstein foi forçada, o que foi revelado foi que todo objeto viaja através do espaço-tempo em uma única velocidade - A velocidade da luz.

Para entender isso com mais facilidade, suponha que você esteja em algum local grande e plano, como Bonneville Salt Flats, em Utah. Suponha ainda que você esteja em um carro com o acelerador travado de forma que só possa andar a uma velocidade única, 60 mph (100 km/h).

Agora, vamos sentar ao volante e dirigir. Se você for para o leste a 60 mph, não se moverá na direção norte/sul. Da mesma forma, você poderia dirigir para o norte a uma velocidade fixa, mas não se moveria para leste/oeste. Ou você pode optar por dirigir para o nordeste a 60 mph, movendo-se assim nas direções leste e norte a uma velocidade de cerca de 42 mph (69 km/h).

Se você se mover a uma velocidade fixa, o resultado final é que você pode se mover em qualquer direção que desejar, mas em nenhuma direção você pode se mover mais rápido do que a velocidade fixa.

E é idêntico no espaço-tempo. Os objetos se movem no espaço-tempo na velocidade da luz. Um objeto estacionário não está se movendo no espaço, então o objeto está se movendo no tempo na velocidade da luz. Além disso, um objeto que se move pelo espaço na velocidade da luz não tem velocidade restante para se mover no tempo.

Assim, a velocidade máxima absoluta que um objeto pode se mover no espaço ou no tempo individualmente também é a velocidade da luz. Observe que essa ideia também explica os recursos estranhos da relatividade, como o tempo diminuindo para um objeto à medida que sua velocidade aumenta cada vez mais. Um objeto que viaja mais no espaço está viajando menos no tempo.

O limite de velocidade é uma dura realidade

A razão pela qual é difícil viajar pelo espaço na velocidade da luz é que você deve empurrar o objeto de se mover na direção do tempo para se mover mais na direção do espaço. E isso acaba sendo difícil. Mas, mesmo se você for bem-sucedido, não poderá superar essa velocidade única.

Então é isso. A verdadeira razão pela qual você não pode viajar pelo espaço mais rápido que a luz é porque você está sempre viajando pelo espaço-tempo na velocidade da luz. O melhor que você pode fazer é transportar todo o seu esforço para se mover pelo espaço; mas, uma vez que você empurrou todo o seu movimento na direção do espaço, simplesmente não resta mais velocidade. Assim como o carro que não pode ir mais rápido do que 60 mph, você atingiu o máximo.

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Isso significa que o dia em que finalmente nos aventurarmos no espaço interestelar que estamos condenados a viajar não mais rápido que a luz ? Uma viagem de ida e volta ao centro da galáxia leva 50.000 anos viajando na velocidade da luz. Podemos fazer melhor?

Infelizmente, a resposta é não – pelo menos não sem uma nova descoberta científica. Warp drive, hiperespaço e todas as opções mais rápidas que a luz da conhecida ficção científica não são reais - ou pelo menos são desconhecidas para nossa melhor compreensão das leis da natureza. Lembre-se, os cientistas já descobriram coisas desconhecidas antes, como ondas de rádio e radioatividade, então é concebível que uma descoberta mude tudo. Então, acho que há esperança.

Pelo lado bom, agora que você sabe sobre o espaço-tempo, da próxima vez que seu chefe pegar seu caso por apenas ficar sentado ali, você pode dizer a ele que ele não está sendo razoável. Você está se movendo o mais rápido possível.

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