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De onde viemos, onde estamos e para onde vamos

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Salvador Nogueira é jornalista de ciência e autor de 11 livros

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De volta a ‘De Volta para o Futuro’

Por Salvador Nogueira

Hoje é 21 de outubro de 2015. Marty McFly está prestes a chegar em Hill Valley, a bordo do DeLorean que o doutor Emmett Brown transformou em uma máquina do tempo em 1985. Já falei, em outra oportunidade, dos acertos e erros da cinessérie “De Volta para o Futuro” em sua tentativa de prever como seria o futuro — que a partir de hoje passa a ser passado para nós. (Clique aqui para ler.) Mas neste momento vou me ater a uma questão mais fundamental (e intrigante): viajar no tempo é possível?

Great Scott! Marty McFly está chegando hoje a 2015, vindo direto de 1985! Pode isso, Arnaldo? (Crédito: Editoria de Arte/Folhapress)
Great Scott! Marty McFly está chegando hoje a 2015, vindo direto de 1985! Pode isso, Arnaldo? (Crédito: Editoria de Arte/Folhapress)

A resposta curta é: claro que sim! O difícil na verdade é não viajar no tempo. Desde que começou a ler este parágrafo, você já viajou cerca de cinco segundos para o futuro. Então, realizar uma viagem na direção do amanhã é o que fazemos o tempo todo.

Agora, se você quer saber se é possível viajar no tempo “pulando” os momentos que se interpõem entre os pontos de partida e de destino, aí a resposta já fica um pouco mais complicada. O que podemos dizer é que, ao menos em teoria, é possível.

Prepare-se para entrar no misterioso — e incrivelmente verificado por experimentos — mundo da teoria da relatividade.

TEMPO E ESPAÇO DE BORRACHA
Uma das coisas mais intrigantes da versão restrita da teoria da relatividade, desenvolvida por Albert Einstein em 1905 (e um pouco antes, embora sem reconhecimento, por Henri Poincaré), é que ela demonstra que espaço e tempo não são fixos e imutáveis, como pressupunha Isaac Newton (e o resto da humanidade) desde o século 17. Na verdade, eles são flexíveis, podem se esticar e se comprimir, dependendo basicamente da velocidade de deslocamento do observador.

E de onde Einstein foi tirar essa ideia louca? Bem, acredite se quiser, mas a inspiração original veio da física experimental. No fim do século 19, alguns pesquisadores estavam tentando demonstrar a existência de um meio material por onde a luz pudesse se propagar. Afinal de contas, se a luz era uma onda — como pareciam sugerir todas as evidências até então –, ela ia precisar de um meio. Até aquele momento, ninguém havia visto uma onda que não precisasse de um. (Imagine uma onda do mar. Como ela se propagaria se não houvesse água? E uma onda sonora? No espaço, onde não há ar, ela não se propaga — exceto em “Star Wars”, mas isso é outra história.)

Então, o pessoal supunha que o espaço fosse permeado por uma substância chamada éter luminífero, que seria o meio de propagação da luz. E a ideia para detectá-lo seria medir a velocidade da luz em diversas direções e comparar as velocidades. Como a Terra também estaria se deslocando pelo éter, dependendo da direção da luz, ela pareceria chegar com mais ou menos velocidade.

É aquela coisa simples e intuitiva: se você está viajando num carro a 60 km/h, e outro carro está vindo na sua direção aos mesmos 60 km/h, você calcula que a aproximação será no ritmo da soma das velocidades: 120 km/h. Da mesma forma, ao se somar a velocidade da luz à da Terra pelo éter, você encontraria variações.

Eis que os experimentos realizados por Albert Michelson e Edward Morley em 1887 revelaram algo absurdo: a luz sempre parecia viajar à mesma velocidade, não importando se você estava se afastando ou se aproximando dela.

Todo mundo pirou com isso. Como podia ser? Se você está viajando a 200 mil km/s, e a luz, na outra direção, está vindo ao seu encontro a 300 mil km/s, o senso comum diria que a medição da velocidade da luz com relação a você seria de 500 mil km/s. Mas não. Na realidade, não importa a que velocidade você se desloca, a luz sempre chega até você a 300 mil km/s. Bizarro.

E fica mais bizarro quando você explora as consequências disso. Foi o que Einstein fez. Imagine que você está numa plataforma observando um trem em movimento com um vagão transparente. Dentro desse vagão, um viajante em repouso aponta um laser na direção de um espelho no chão e mede o tempo que o pulso de luz leva para chegar até o espelho e voltar. Para ele, o percurso da luz foi de uma linha reta, na ida e na volta, e a velocidade que ele mediu na luz foi a esperada: 300 mil km/s.

Pois bem, agora pense no que você, na plataforma em repouso, viu. A luz partiu do laser na mão do viajante, mas antes que chegasse ao espelho, o trem se deslocou um pouco no sentido do seu movimento. O raio de luz, do seu ponto de vista, fez uma trajetória diagonal, atingiu o espelho, e retornou por outra diagonal, na direção do viajante. Ou seja, o percurso que o raio de luz fez, do seu ponto de vista, foi mais longo do que o que o experimentador dentro do vagão do trem mediu. E, no entanto, quando você mede a velocidade da luz, mesmo estando em repouso com relação ao trem, chega ao mesmo número: 300 mil km/s. Moral da história: para as contas fecharem, a luz, sempre à mesma velocidade, teve de viajar mais tempo para você do que para o observador dentro do trem.

Como fazer todo mundo concordar com o que aconteceu e quando? Só tem um jeito. A única maneira de resolver o problema é supor que o tempo se dilata e o espaço se comprime para quem está em movimento, com relação a quem está em repouso. Assim, o tempo passa mais devagar para o sujeito que está no trem, e o espaço se espreme na direção do movimento, para que as contas fechem. A única coisa realmente invariante para todos os observadores é a velocidade da luz. Não por acaso, de início, Einstein quis chamá-la de “teoria da invariância”, colocando ênfase no que realmente é igual para todo mundo — a velocidade da luz. Mas, convenhamos, tão acostumados que estamos ao espaço e ao tempo, é muito mais impressionante focar no que é relativo, ou seja, todo o resto, menos a velocidade da luz.

As equações que ditam essas conversões de tempo e espaço de acordo com o observador foram desenvolvidas por outro físico, Hendrik Lorentz, que no entanto achava que elas eram apenas uma “mágica matemática” para contornar essas dificuldades. Einstein foi mais adiante e, em 1905, sugeriu que o fenômeno era mesmo real. Tempo e espaço variavam de acordo com a velocidade de deslocamento.

DE VOLTA PARA O FUTURO
Certo, você provavelmente já leu mais do que queria sobre isso. Então voltemos ao cerne da questão: como fazemos para ir de 1985 a 2015 pulando 30 anos de existência? Bem, a resposta está na relatividade. Basta você se deslocar com tal velocidade de forma que o tempo passe tão devagar para você que, enquanto, dentro do DeLorean, trascorreram, digamos, três segundos, no mundo lá fora se passaram três décadas.

Para conseguir esse efeito, você precisa estar beeeem depressa. Algo como 99,999999% da velocidade da luz. (Um dos pressupostos da teoria da relatividade é que não é possível viajar mais depressa que a luz, então, não importa quão depressa você vá, sempre será abaixo disso.) Impossível? Não. Mas certamente não será algo fácil de fazer com um capacitor de fluxo e algum plutônio roubado de terroristas líbios.

Agora, as viagens mais incríveis no tempo não são aquelas que vão na direção do futuro — até porque, como já dissemos, rumo ao futuro estamos todos, mas sim com destino ao passado. São o que os físicos chamam, eufemisticamente, de “curvas temporais fechadas”.

Pela relatividade restrita de Einstein — a parte da teoria que trata de objetos em velocidades constantes, mas não em ritmo acelerado ou sob campos gravitacionais –, isso não é possível. Por uma razão muito simples. As equações sugerem que, não importa o quanto você acelere, é impossível atingir a velocidade da luz. A própria luz só consegue fazer isso porque não tem massa. Se tivesse, não teria como. E sabe por quê? Porque um dos efeitos de acelerar é que você ganha massa com isso. Essa é uma das previsões mais incríveis da teoria e que já foi amplamente demonstrada em experimentos.

Como que você acha que o LHC, o grande acelerador de partículas europeu, faz para colidir um único próton com outro e, a partir dessa única colisão, criar toneladas de outras partículas, dentre elas o “pesadíssimo” bóson de Higgs? Acontece que, ao acelerar os prótons com campos magnéticos até velocidades próximas às da luz, eles ganham mais e mais massa. Na colisão, tem tanta massa para ser convertida em energia que há mais do que suficiente para gerar muitas e muitas partículas diferentes.

Certo, até aí, maravilha. Você ganha uns quilinhos ao acelerar. Beleza. Todo mundo passa pelo Natal e pelo Ano Novo, ganha uns quilinhos, e sobrevive para contar a história. Acontece que as equações sugerem algo muito incômodo — quanto mais você acelera, mais depressa você ganha massa, e quanto mais massa você ganha, mais energia você precisa para acelerar cada vez menos. E, adivinhe só, quando você atinge a velocidade da luz, sua massa se torna infinita, o que significa que você precisa de uma quantidade infinita de energia para acelerar mais. Então, na prática, a velocidade da luz é um muro intransponível. Quem está à velocidade da luz (e, de novo, corpos com massa, como os nossos, não podem chegar lá) vê o tempo congelar, mas não pode acelerar mais, de forma a ver a seta do tempo regredir.

Fim da história?

A RELATIVIDADE GERAL SALVA O DIA
Pior que não. Se a teoria restrita de Einstein complica tudo, a teoria geral — que inclui campos gravitacionais e objetos em aceleração — oferece uma saída. Ela foi desenvolvida pelo físico alemão em 1915, exatos cem anos atrás, e mostra como a presença de matéria e energia molda o espaço e o tempo, distorcendo-os tanto quanto a velocidade. Ou seja, o ritmo do tempo é diferente sob campos gravitacionais diferentes.

Uma das consequências mais bizarras oferecidas pela teoria é a possibilidade de curvar tanto o espaço de forma a criar um atalho entre dois pontos distantes do Universo — o chamado buraco de minhoca (explorado recentemente no filme “Interestelar”). E se esse buraco estiver ligando dois pontos com distribuição diferente de massa, o tempo passará em ritmos diferentes nas duas pontas. Portanto, o que era apenas um atalho pelo espaço se torna também um atalho pelo tempo!

Tudo resolvido então? Quase. O único (grande) problema é que, para um buraco de minhoca existir, ele precisa de algo que os físicos chamam de matéria exótica — uma substância que teria densidade de energia negativa. Desnecessário dizer que os cientistas nunca viram algo parecido, até agora. No máximo, viram manifestações quânticas de energia negativa, como o efeito Casimir, mas nada na escala necessária para manter um buraco de minhoca atravessável aberto. O que talvez sugere que a natureza “prefira” que essas viagens ao passado nunca ocorram. E por um bom motivo: elas podem gerar paradoxos insolúveis.

A melhor coisa para poder entender esse pedaço é assistir a “De Volta para o Futuro”. Nele, Marty volta ao passado e quase impede seus pais de se apaixonarem, o que geraria sua inexistência. Mas, se Marty deixasse de existir, não teria como voltar no tempo, e aí seus pais se apaixonariam, e com isso ele voltaria a existir, para voltar no tempo e… você entendeu o tamanho do problema.

No filme, Marty consegue desatar o nó e impedir o paradoxo. Mas os cientistas preferem não correr riscos e imaginar que alguma lei da natureza deva barrar episódios como esse, que eliminariam a clara relação entre causa e efeito existente no Universo. Sintetizando esse pensamento, o famoso físico britânico Stephen Hawking criou o que ele chama de Conjectura de Proteção Cronológica, uma suposta lei física que impediria absurdos como o paradoxo enfrentado por Marty McFly.

Para o físico neozelandês Matt Visser, ela faz todo o sentido. Visser estuda a possibilidade da existência de buracos de minhoca e descobriu que uma quantidade bem pequena de matéria exótica já poderia manter uma dessas passagens abertas. O resultado traz uma perspectiva otimista: em se tratando de uma substância que ninguém nunca viu, quanto menos você precisar, melhor. Mesmo assim, ele não acredita realmente que seja possível viajar rumo ao passado. “Eu sou totalmente a favor da Conjectura de Proteção Cronológica e defendo que seja elevada a um Princípio de Proteção Cronológica”, afirma o pesquisador.

Game over? Talvez não. Gostem ou não os físicos, há coisas muito estranhas acontecendo na natureza que nos fazem pensar a respeito do tema. Sabemos que, para cada partícula — seja um próton, um nêutron, um elétron, seja qualquer outra –, existe uma antipartícula equivalente: antipróton, antinêutron, pósitron, e assim por diante.

O físico americano Richard Feynman, um dos mais brilhantes do século passado, desenvolveu uma série de diagramas para interpretar a ação dessas partículas e antipartículas e fez uma constatação intrigante: as antipartículas se comportam exatamente como se fossem partículas, só que viajando no sentido contrário do tempo — como se estivessem caminhando do futuro para o passado.

Será que elas realmente estão fazendo isso? Ou é apenas um efeito bizarro da física quântica? As perguntas seguem sem resposta definitiva da parte da ciência. Mas é claro que, mesmo que partículas possam viajar para trás no tempo (assim como podem aparecer e desaparecer do nada), isso não quer dizer que Marty McFly ou seu amigo inventor, o doutor Emmett Brown, possam…

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