Por que o tempo muda quando se viaja perto da velocidade da luz?

magine que você está em um carro dirigindo pelo país observando a paisagem. Uma árvore ao longe se aproxima do seu carro, passa ao seu lado e depois se afasta novamente atrás de você.

Claro, você sabe que aquela árvore não está realmente se levantando e andando na sua direção ou se afastando de você. É você no carro que está indo em direção à árvore. A árvore está se movendo apenas em comparação, ou em relação a você – isso é o que nós, físicos, chamamos de relatividade.

Se você tivesse um amigo parado perto da árvore, ele veria você se movendo em direção a ele na mesma velocidade com que você o vê se movendo em sua direção.

Em seu livro de 1632, “Diálogo sobre os dois principais sistemas do mundo”, o astrônomo Galileu Galilei descreveu pela primeira vez o princípio da relatividade – a ideia de que o universo deve se comportar da mesma maneira o tempo todo, mesmo que duas pessoas experimentem um evento de maneira diferente porque uma é movendo-se em relação ao outro.

Se você está em um carro e joga uma bola para o alto, as leis físicas que atuam sobre ela, como a força da gravidade, devem ser as mesmas que atuam sobre um observador que observa do lado da estrada.

No entanto, enquanto você vê a bola se movendo para cima e para baixo, alguém na beira da estrada a verá se aproximando ou se afastando deles, bem como para cima e para baixo.

Relatividade especial e a velocidade da luz

Albert Einstein propôs muito mais tarde a ideia do que hoje é conhecido como relatividade especial para explicar algumas observações confusas que não tinham uma explicação intuitiva na época.

Einstein usou o trabalho de muitos físicos e astrônomos no final de 1800 para montar sua teoria em 1905, começando com dois ingredientes principais: o princípio da relatividade e a estranha observação de que a velocidade da luz é a mesma para todos os observadores e nada pode se mover. mais rápido.

Todos que medem a velocidade da luz obterão o mesmo resultado, não importa onde estejam ou quão rápido estejam se movendo.

Digamos que você esteja no carro dirigindo a 60 milhas por hora e seu amigo está parado perto da árvore. Quando eles jogam uma bola em sua direção a uma velocidade que eles percebem ser 60 milhas por hora, você pode logicamente pensar que observaria seu amigo e a árvore se movendo em sua direção a 60 milhas por hora e a bola se movendo em sua direção a 120 milhas por hora. Embora esteja muito próximo do valor correto, na verdade está um pouco errado.

Essa discrepância entre o que você poderia esperar ao somar os dois números e a resposta verdadeira cresce à medida que um ou ambos se aproximam da velocidade da luz.

Se você estivesse viajando em um foguete movendo-se a 75% da velocidade da luz e seu amigo lançasse a bola na mesma velocidade, você não veria a bola se movendo em sua direção a 150% da velocidade da luz.

Isso ocorre porque nada pode se mover mais rápido que a luz – a bola ainda parece estar se movendo em sua direção a menos que a velocidade da luz. Embora tudo isso possa parecer muito estranho, há muitas evidências experimentais para apoiar essas observações.

Dilatação do tempo e o paradoxo dos gêmeos

A velocidade não é o único fator que muda em relação a quem está fazendo a observação. Outra consequência da relatividade é o conceito de dilatação do tempo, segundo o qual as pessoas medem diferentes quantidades de tempo que passam dependendo da rapidez com que se movem umas em relação às outras.

Cada pessoa experimenta o tempo normalmente em relação a si mesma. Mas a pessoa que se move mais rápido experimenta menos tempo passando por ela do que a pessoa que se move mais devagar. Somente quando eles se reconectam e comparam seus relógios é que percebem que um relógio diz que passou menos tempo enquanto o outro diz mais.

Isso leva a um dos resultados mais estranhos da relatividade – o paradoxo dos gêmeos, que diz que se um de um par de gêmeos fizer uma viagem ao espaço em um foguete de alta velocidade, eles retornarão à Terra para descobrir que seu gêmeo envelheceu mais rápido do que Eles têm. É importante notar que o tempo se comporta “normalmente” conforme percebido por cada gêmeo (exatamente como você está experimentando o tempo agora), mesmo que suas medições discordem.

Você pode estar se perguntando: se cada gêmeo se vê como estacionário e o outro se movendo em direção a eles, cada um deles não avaliaria o outro como envelhecendo mais rápido? A resposta é não, porque os dois não podem ser mais velhos em relação ao outro gêmeo.

O gêmeo na espaçonave não está apenas se movendo a uma velocidade específica, onde o referencial permanece o mesmo, mas também acelerando em comparação com o gêmeo na Terra. Ao contrário das velocidades relativas ao observador, as acelerações são absolutas.

Se você pisar em uma balança, o peso que está medindo é, na verdade, sua aceleração devido à gravidade. Essa medição permanece a mesma, independentemente da velocidade com que a Terra está se movendo pelo sistema solar, ou o sistema solar está se movendo pela galáxia ou a galáxia pelo universo.

Nenhum dos gêmeos experimenta qualquer estranheza com seus relógios quando se aproxima da velocidade da luz – ambos experimentam o tempo tão normalmente quanto você ou eu. Somente quando eles se encontrarem e compararem suas observações é que verão uma diferença – uma diferença perfeitamente definida pela matemática da relatividade.

Michael Lam, Professor Assistente de Física e Astronomia, Rochester Institute of Technology

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original .