O meu telescópio, montado para astrofotografia no quintal de casa em San Diego - onde a poluição luminosa é forte - estava apontado para uma galáxia a uma distância difícil até de imaginar. A minha esposa, Cristina, aproximou-se bem na hora em que a primeira imagem do espaço começou a chegar ao meu tablet. Ela brilhou no ecrã diante de nós.
“Essa é a galáxia do Cata-vento”, eu disse. O nome vem do formato - só que, neste caso, o “cata-vento” abriga cerca de um trilião de estrelas.
A luz do Cata-vento atravessou o Universo durante 25 milhões de anos - algo como 240 quintilhões de quilómetros - até alcançar o meu telescópio.
A minha esposa perguntou, curiosa: “A luz não fica cansada depois de uma viagem tão longa?”
A pergunta dela puxou uma conversa deliciosa e instigante sobre o que é a luz. No fim das contas, por que a luz não “se gasta” e não vai perdendo energia com o passar do tempo?
Vamos falar sobre luz
Sou astrofísico e, logo no início da minha formação, aprendi que a luz costuma comportar-se de maneiras que contradizem a nossa intuição.
A luz é radiação eletromagnética: em termos simples, uma onda elétrica e uma onda magnética ligadas entre si, propagando-se pelo espaço-tempo. Ela não tem massa. E esse detalhe é decisivo, porque a massa de qualquer coisa - de um grão de poeira a uma nave espacial - impõe um limite à velocidade máxima que esse objeto consegue atingir no espaço.
Velocidade da luz e as escalas do cosmos
Como é desprovida de massa, a luz consegue alcançar o limite absoluto de velocidade no vácuo: cerca de 300.000 quilómetros por segundo, ou quase 9,6 biliões de quilómetros por ano. Nada que viaje pelo espaço é mais rápido. Para ter uma noção: no tempo de um piscar de olhos, uma partícula de luz dá mais de duas voltas completas ao redor da Terra.
Mesmo assim, o espaço é imenso. A luz do Sol - a cerca de 150 milhões de quilómetros da Terra - leva pouco mais de oito minutos para nos alcançar. Ou seja, a luz solar que vemos tem oito minutos de “idade”.
Alfa Centauri, a estrela mais próxima de nós depois do Sol, está a aproximadamente 41 biliões de quilómetros. Assim, quando a observamos no céu noturno, enxergamos uma luz que partiu de lá há pouco mais de quatro anos. Ou, como os astrónomos costumam dizer, ela está a quatro anos-luz de distância.
Com distâncias desse tamanho em mente, a dúvida da Cristina fica ainda mais interessante: como a luz consegue cruzar o Universo sem ir, aos poucos, perdendo energia?
Na verdade, parte da luz perde energia, sim. Isso acontece quando ela bate em algo - como poeira interestelar - e acaba espalhada (dispersa) em várias direções.
Mas a maior parte simplesmente segue em frente, por muito e muito tempo, sem colidir com nada. Quase sempre é assim, porque o espaço é, na essência, quase todo vazio - quase nada. Portanto, não há o que atrapalhe o caminho.
Quando viaja sem obstáculos, a luz não perde energia. E pode manter para sempre essa velocidade de 300.000 quilómetros por segundo.
É uma questão de tempo
Pense agora noutra ideia. Imagine-se como um astronauta a bordo da Estação Espacial Internacional, em órbita a cerca de 27.000 quilómetros por hora. Em comparação com alguém na Terra, o seu relógio de pulso vai atrasar 0,01 segundo ao longo de um ano.
Isso é um exemplo de dilatação do tempo - o facto de o tempo fluir a ritmos diferentes conforme as condições. Se você se move depressa demais, ou se está perto de um campo gravitacional muito intenso, o seu relógio passa a andar mais lentamente do que o relógio de alguém que se move mais devagar, ou que está mais longe de um grande campo gravitacional. Em poucas palavras: o tempo é relativo.
A luz, a dilatação do tempo e o “encolhimento” do espaço
Agora leve em conta que a luz está profundamente ligada ao tempo.
Imagine sentar-se num fóton, a partícula fundamental da luz; nesse cenário, você vivenciaria a dilatação do tempo no máximo. Aqui na Terra, todos o mediriam a viajar à velocidade da luz - mas, do seu próprio ponto de vista, o tempo simplesmente pararia.
Isso acontece porque os “relógios” que marcam o tempo estão em locais diferentes e a velocidades extremamente distintas: o fóton, que se desloca à velocidade da luz, e a Terra, bem mais lenta, a dar a sua volta em torno do Sol.
Além disso, quando se viaja à velocidade da luz - ou muito próximo dela - a distância entre o ponto de partida e o destino diminui. Ou seja, o próprio espaço fica mais comprimido na direção do movimento: quanto mais rápido você vai, mais curto o trajeto precisa ser. Em outras palavras, para o fóton, o espaço é espremido.
E é aqui que voltamos à minha imagem da galáxia do Cata-vento. Do ponto de vista do fóton, uma estrela nessa galáxia o emitiu e, ao mesmo tempo, um único pixel da minha câmara no quintal o absorveu. Como o espaço fica comprimido, para o fóton a viagem foi infinitamente rápida e infinitamente curta - uma fração minúscula de segundo.
Já do nosso ponto de vista na Terra, o fóton saiu daquela galáxia há 25 milhões de anos e atravessou 25 milhões de anos-luz até cair no meu tablet no quintal.
E ali, numa noite fresca de primavera, a imagem impressionante acabou por inspirar uma conversa divertida entre um cientista nerd e a sua esposa curiosa.
Jarred Roberts, Cientista do Projeto, Universidade da Califórnia, San Diego
Este artigo foi republicado a partir de A Conversa sob uma licença de Comuns Criativos. Leia o artigo original.
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