A luz desliza sem esforço por todo o vazio do espaço, cobrindo uma distância constante de 299.792.458 metros por segundo. Nem mais nem menos.
Tudo isso muda quando essa onda de eletromagnetismo é forçada a interagir com os campos eletromagnéticos que cercam os pedaços de matéria. Ao passar por este pântano, a velocidade geral da luz pode diminuir para um ritmo relativo.
Vemos esse fenômeno na curvatura da luz enquanto ela viaja através de um copo d’água, ou mesmo na deslumbrante separação das ondas em um arco-íris.
Embora os físicos possam descrever esse atraso usando Equações do século XIX Em relação à luz e ao eletromagnetismo, ainda não foram capazes de captar adequadamente a mudança repentina na velocidade da luz entre diferentes meios nas medições de ondas físicas.
Três físicos da Universidade de Tampere encontraram uma solução potencial para este problema, mas não antes de reconsiderar alguns princípios bastante básicos sobre a progressão de uma onda de luz através do tempo e de uma dimensão do espaço.
“Basicamente, encontrei uma maneira muito elegante de derivar a equação de onda padrão em dimensões 1+1,” Ele diz O primeiro autor do estudo, Mattias Koivurova, está agora na Universidade do Leste da Finlândia.
“A única suposição que eu precisava era que a velocidade da onda fosse constante. Então pensei comigo mesmo: e se nem sempre for constante? Essa é uma pergunta muito boa.”
A velocidade da luz – ou c, se usarmos a sua abreviatura – é um limite global para a informação que se move através do vácuo. Embora a matéria possa efectivamente abrandar o voo global de uma partícula, a teoria da relatividade especial diz que esta propriedade fundamental não pode realmente mudar.
No entanto, a física às vezes requer voos ocasionais de imaginação para explorar novas áreas. Assim, Koivurova, juntamente com os colegas Charles Robson e Marco Ornigotti, deixaram este facto inconveniente de lado para considerar as consequências da equação de onda padrão, onde uma onda de luz aleatória pode acelerar.
No início, a solução deles não fazia muito sentido. Somente quando adicionaram velocidade constante como quadro de referência é que as peças se encaixaram.
Envie uma nave espacial rapidamente para as profundezas do espaço e seus passageiros experimentarão o tempo e a distância de maneira diferente dos observadores que observam sua jornada de longe. Este paradoxo surge graças à relatividade, uma teoria que foi testada repetidamente com sucesso em todos os tipos de escalas.
Ao enquadrar uma onda acelerada contra uma velocidade constante da luz, os estranhos efeitos da nova solução da equipa para a equação de onda padrão pareciam exactamente iguais aos impostos pela relatividade. Sua investigação teve efeitos profundos em… Controvérsia sobre se o momento de uma onda de luz Aumenta ou diminui quando é cruzado para um novo meio.
“O que mostramos é que, do ponto de vista da onda, nada acontece com o seu momento. Em outras palavras, o momento da onda é conservado”, Ele diz Koivurova.
Não importa qual seja a onda, quer esteja num campo eletromagnético, numa ondulação num lago ou numa vibração debaixo de uma corda, as medições da relatividade e da conservação do momento devem ser tidas em conta na equação quando esta ganha velocidade. Esta generalização teve outra consequência bastante notável, embora um tanto decepcionante.
Quer sejam os nossos intrépidos viajantes espaciais a caminho de Alfa Centauri a uma fração da velocidade da luz, ou a sua família enlutada que envelhece lentamente na Terra, cada um dos seus relógios está a contar o que está… A hora certa. Os dois tempos podem diferir na duração de um segundo, mas cada um é uma medida confiável da passagem dos anos dentro de sua própria estrutura.
Se todas as ondas também têm a direção temporal adequada da relatividade, dizem os físicos, então qualquer física governada por ondas deve ter uma direcionalidade temporal estrita. Um que simplesmente não pode ser revertido para nenhuma parte.
Até agora, as equações só foram resolvidas para uma dimensão do espaço (e do tempo). Experimentos também devem ser realizados para verificar se esta visão das ondas está correta.
Se assim for, então a nossa viagem colectiva através do universo é verdadeiramente uma rua de sentido único.
Esta pesquisa foi publicada em óptica.