Como nosso mundo seria visto por observadores se movendo mais rápido que a luz no vácuo? Tal quadro seria claramente diferente do que encontramos todos os dias. “Devemos esperar ver não apenas fenômenos que acontecem espontaneamente, sem uma causa determinística, mas também partículas viajando simultaneamente ao longo de vários caminhos”, argumentam os teóricos das universidades de Varsóvia e Oxford.
Além disso, o próprio conceito de tempo seria completamente transformado – um mundo superluminal teria de ser caracterizado com três dimensões de tempo e uma dimensão espacial e teria de ser descrito na linguagem familiar da teoria de campo. Acontece que a presença de tais observadores superluminais não leva a nada logicamente inconsistente, além disso, é bem possível que objetos superluminais realmente existam.
No início do século 20, Albert Einstein redefiniu completamente a maneira como percebemos o tempo e o espaço. O espaço tridimensional ganhou uma quarta dimensão – o tempo, e os conceitos de tempo e espaço, até então separados, passaram a ser tratados como um todo. “Na teoria especial da relatividade formulada em 1905 por Albert Einstein, o tempo e o espaço diferem apenas no sinal em algumas das equações”, explica o prof. Andrzej Dragan, físico da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia e do Centro de Tecnologias Quânticas da Universidade Nacional de Cingapura.
Einstein baseou sua teoria especial da relatividade em duas suposições: o princípio da relatividade de Galileu e a constância da velocidade da luz. Como Andrzej Dragan argumenta, o primeiro princípio é crucial, que assume que em todo sistema inercial as leis da física são as mesmas e todos os observadores inerciais são iguais. “Normalmente, esse princípio se aplica a observadores que se movem um em relação ao outro a velocidades menores que a velocidade da luz (c). No entanto, não há razão fundamental para que observadores se movam em relação aos sistemas físicos descritos com velocidades maiores que a velocidade de luz não deve estar sujeito a ela”, argumenta Dragan.
O que acontece quando assumimos – pelo menos teoricamente – que o mundo pode ser observável a partir de quadros de referência superluminais? Há uma chance de que isso permita a incorporação dos princípios básicos da mecânica quântica na teoria especial da relatividade. Esta hipótese revolucionária do prof. Andrzej Dragan e prof. Artur Ekert, da Universidade de Oxford, apresentou pela primeira vez no artigo “Princípio quântico da relatividade” publicado há dois anos no New Journal of Physics.
Lá eles consideraram o caso simplificado de ambas as famílias de observadores em um espaço-tempo que consiste em duas dimensões: uma espacial e outra temporal. Em sua última publicação na revista Classical and Quantum Gravity, intitulada “Relativity of superluminal observers in 1 + 3 spacetime”, um grupo de 5 físicos vai um passo além, apresentando conclusões sobre o espaço-tempo quadridimensional completo.
Os autores partem do conceito de espaço-tempo correspondente à nossa realidade física: com três dimensões espaciais e uma dimensão temporal. No entanto, do ponto de vista do observador superluminal, apenas uma dimensão deste mundo mantém um caráter espacial, aquela ao longo da qual as partículas podem se mover.
“As outras três dimensões são dimensões de tempo”, explica o prof. Andrzej Dragan. “Do ponto de vista de tal observador, a partícula ‘envelhece’ independentemente em cada um dos três tempos. Mas de nossa perspectiva – comedores de pão iluminados – parece um movimento simultâneo em todas as direções do espaço, ou seja, a propagação de um onda esférica quântica associada a uma partícula”, comenta o prof. Krzysztof Turzy?ski, coautor do artigo.
É, como explica o prof. Andrzej Dragan, de acordo com o princípio de Huygens formulado no século XVIII, segundo o qual cada ponto atingido por uma onda torna-se a fonte de uma nova onda esférica. Inicialmente, esse princípio se aplicava apenas à onda de luz, mas a mecânica quântica estendeu esse princípio a todas as outras formas de matéria.
Como provam os autores da publicação, a inclusão de observadores superluminais na descrição requer a criação de uma nova definição de velocidade e cinemática. “Esta nova definição preserva o postulado de constância da velocidade da luz no vácuo de Einstein, mesmo para observadores superluminais”, provam os autores do artigo. “Portanto, nossa relatividade especial estendida não parece uma ideia particularmente extravagante”, acrescenta Dragan.
Como muda a descrição do mundo ao qual introduzimos observadores superluminais? Depois de levar em conta as soluções superluminais, o mundo se torna não determinístico, as partículas – em vez de uma de cada vez – começam a se mover ao longo de muitas trajetórias ao mesmo tempo, de acordo com o princípio quântico da superposição.
“Para um observador superluminal, a partícula pontual newtoniana clássica deixa de fazer sentido, e o campo se torna a única quantidade que pode ser usada para descrever o mundo físico”, observa Andrzej Dragan. “Até recentemente, acreditava-se que os postulados subjacentes à teoria quântica são fundamentais e não podem ser derivados de nada mais básico. Neste trabalho, mostramos que a justificativa da teoria quântica usando a relatividade estendida pode ser naturalmente generalizada para 1 + 3 espaço-tempo e tal extensão leva a conclusões postuladas pela teoria quântica de campos”, escrevem os autores da publicação.
Todas as partículas, portanto, parecem ter propriedades extraordinárias na relatividade especial estendida. Funciona ao contrário? Podemos detectar partículas que são normais para observadores superluminais, ou seja, partículas que se movem em relação a nós em velocidades superluminais?
“Não é tão simples”, diz o prof. Krzysztof Turzy?ski. “A mera descoberta experimental de uma nova partícula fundamental é um feito digno do Prêmio Nobel e viável em uma grande equipe de pesquisa usando as técnicas experimentais mais recentes. No entanto, esperamos aplicar nossos resultados para uma melhor compreensão do fenômeno da quebra espontânea de simetria associado com a massa da partícula de Higgs e outras partículas no Modelo Padrão, especialmente no início do universo.”
Andrzej Dragan acrescenta que o ingrediente crucial de qualquer mecanismo espontâneo de quebra de simetria é um campo taquiônico. Parece que os fenômenos superluminais podem desempenhar um papel fundamental no mecanismo de Higgs.
Publicado em 30/12/2022 17h01
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