Viagem no tempo: fótons não ultrapassam velocidade da luz

Cientistas demonstraram que o precursor óptico, a parte frontal e mais veloz do fóton, não supera a velocidade máxima da luz. [Imagem: Zhang et al./PRL]

Uma equipe de físicos da Universidade de Hong Kong afirma ter conseguido uma medição direta do precursor óptico de um único fóton, demonstrando que fótons individuais não podem viajar mais rápido do que a luz no vácuo.

O estudo reafirma a teoria de Einstein de que nada viaja mais rápido do que a velocidade máxima da luz e fecha um debate de uma década sobre a velocidade de um fóton individual.

Limite da velocidade da luz

Para Einstein, nada pode viajar mais rápido do que a velocidade máxima da luz. Mas esta é a primeira demonstração experimental de que os chamados precursores ópticos - uma espécie de parte frontal da onda de luz, sua porção que viaja mais rapidamente - existem ao nível dos fótons individuais e que eles são, como se previa, a parte mais rápida do pacote de onda, mesmo em um meio superluminal. Ou seja, se há alguém que realmente atinge a famosa velocidade máxima c - de 299.792.458 m/s - esse alguém é o precursor óptico.

“Os resultados ampliam nosso entendimento de como um fóton individual se move. Eles também confirmam o limite máximo de velocidade que uma informação pode ser transportada com luz”, afirmou Shengwang Du [foto ao lado], coordenador do estudo. “Ao mostrar que os fótons individuais não podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz, nossos resultados encerram o debate sobre a verdadeira velocidade da informação transportada por um único fóton. Nossas conclusões também poderão dar aos cientistas um quadro melhor sobre a transmissão da informação quântica”, completou.

Quanto a “encerrar o debate”, talvez seja melhor um pouco de prudência, uma vez que o experimento contém muitos pressupostos que podem ser discutidos. Para se ter uma ideia, em 2010, um grupo de pesquisadores alemães fez um experimento diferente e chegou à conclusão oposta.

Viagem no tempo

Há cerca de 10 anos, a descoberta de uma propagação superluminal - acima da velocidade da luz - causou sensação ao levantar a possibilidade da viagem no tempo. Mas só até que a diferença entre a velocidade de fase e a velocidade de grupo fosse devidamente explicada.

O que ocorre é que a propagação daqueles pulsos ópticos em alguns meios específicos era apenas um efeito visual - a velocidade superluminal de um grupo de fótons não poderia ser usada para transmitir qualquer informação real.

As esperanças foram então para os fótons individuais, porque a partícula quântica fóton parece poder viajar mais rápido do que o limite da velocidade da luz no mundo clássico. Foi isso o que o Dr. Shengwang Du quis checar, medindo a velocidade máxima de um fóton individual. Sua conclusão é que os fótons individuais obedecem às regras de trânsito da relatividade, confirmando a causalidade de Einstein, ou seja, que um efeito não pode ocorrer antes de sua causa - e isto joga por terra a possibilidade teórica da viagem no tempo que havia sido levantada com base na velocidade superluminal.

Possibilidades da viagem no tempo

Isto não significa, porém, que o experimento “provou que a viagem no tempo é impossível” - ele demonstra que não é possível viajar no tempo superando o limite de velocidade do universo com uma nave para fazer o tempo encolher.

É verdade que essa seria a forma “mais fácil” de viajar no tempo - ao menos para fótons.

Mas ainda restam esperanças para os visionários e curiosos sobre o passado e o futuro. A teoria da relatividade continua aceitando a possibilidade de uma dobradura no contínuo do espaço-tempo para chegar aonde você já esteve antes - bastará ter uma massa suficiente, e controlável, para fazer isso.

Algo bastante difícil, mas tampouco seria fácil entrar em uma nave do tamanho de um fóton.

Há também sugestões menos ortodoxas, baseadas na Teoria M, mas testáveis experimentalmente.

O tempo existe?

Mas toda essa discussão pode produzir pouca luz se, antes, não se resolver uma questão mais fundamental, praticamente filosófica: o tempo é uma entidade real ou é apenas um construto humano? Se for este o caso, faria sentido falar em viajar através de algo que não seja uma entidade física?

Enquanto se desenrola a discussão, talvez seja mais divertido resolver a questão da possibilidade das viagens no tempo tentando detectar máquinas quânticas do tempo do futuro que estejam nos visitando hoje, uma possibilidade recentemente levantada.

Causalidade retardada

A pesquisa abre outra possibilidade interessante: como o fóton individual é considerado como uma entidade que tem uma porção frontal - o precursor óptico - que viaja mais rápido, isso significa que ele possui uma dimensão não-zero.

Assim, embora você não possa voltar no tempo, pode ser possível criar um hiato entre a causa e o efeito, modulando o comprimento do fóton como um todo.

Abstraindo das incrivelmente pequenas frações de tempo envolvidas, será possível ver "causas" que parecem não gerar efeitos, e "efeitos" que aparentemente saem do nada, quando todos já se esqueceram da sua "causa".

Imagine, por exemplo, bolas de bilhar que chocam-se com outras sem movê-las, como se estivessem se chocando contra um muro (causa sem efeito).

Ou, ao contrário, bolas de bilhar que repentinamente se movem sem que nada as atinja (efeito sem causa) - lembre-se de não esquecer o impacto anterior, para que a "mágica" dê certo.

Bibliografia:
Optical Precursor of a Single Photon
Shanchao Zhang, J. F. Chen, Chang Liu, M. M. T. Loy, G.K. L. Wong, Shengwang Du
Physical Review Letters
Vol.: 106, 243602 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.243602. Fonte: Blog Inovação Tecnológica