Experimento com a velocidade da luz mostra que os objetos ficam “invertidos”

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Viena (TU) e da Universidade de Viena conseguiram reproduzir em laboratório um dos efeitos mais inusitados da Teoria da Relatividade Especial: com a ajuda de pulsos de laser e câmeras de precisão, eles mostraram que objetos se movendo a altas velocidades aparentam estar de cabeça para baixo. 

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De forma resumida, podemos dizer que a Teoria da Relatividade Especial, de Albert Einstein, descreve os efeitos que ocorrem quando objetos viajam quase à velocidade da luz. Uma das consequências é a dilatação temporal, que faz com que o tempo passe mais devagar para o objeto em relação a outros a velocidades mais lentas. 

A outra é uma aparente contração visual.

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“Imagine que um foguete passa por nós a quase 90% da velocidade da luz. Para nós, ele não tem mais o tamanho que tinha antes do lançamento, mas se tornou 2,3 vezes menor”, descreveu Peter Schattschneider, professor de física na TU de Viena. 

Embora o foguete não tenha encolhido de verdade, um observador fora dele veria como se isso tivesse acontecido; enquanto isso, os astronautas a bordo veriam o veículo com o tamanho que sempre teve. Pensando nisso, em 1959 os físicos James Terrell e Roger Penrose descreveram o chamado “efeito Terrell-Penrose”, que prevê que objetos se movendo quase à velocidade da luz seriam vistos como se tivessem girado. 

Para entender melhor, voltemos ao exemplo do foguete.

“Se você quisesse tirar uma foto do foguete conforme ele passou por você, teria que considerar que a luz em diferentes pontos demorou diferentes durações temporais para chegar à câmera”, explicou Schattschneider.

Agora, imagine que o foguete tem o formato de um cubo, e que estava se movendo na direção oblíqua em relação a um observador. 

Neste caso, a luz refletida pelo lado do cubo mais perto do observador viaja uma distância mais curta que aquela refletida pelo lado mais distante (em relação ao observador). Por isso, os fótons que saíram ao mesmo tempo de cada um desses cantos iriam alcançar o observador com uma pequena diferença de tempo (já que um tem que viajar mais que o outro). 

Só que todos os fótons capturados pela câmera chegaram à lente ao mesmo tempo, certo? Para chegarem juntos, aquele que saiu do lado mais distante do cubo deveria ter saído de lá um pouquinho antes daquele do lado mais próximo. Como o cubo está se movendo extremamente rápido, ocorrem alguns efeitos interessantes. 

Efeitos da Relatividade

No caso do cubo, o fóton que saiu do canto mais distante foi emitido que o “esperado” pelo fóton do canto mais próximo — só que, quando isso aconteceu, o cubo estava em uma posição completamente diferente. Assim, quando os fótons alcançarem o observador, o lado mais afastado do cubo vai parecer que é o mais próximo e vice-versa, como se o objeto tivesse girado. 

Os pesquisadores da instituições conseguiram simular as condições necessárias para “girar” a imagem de um objeto e recriar estes efeitos: eles criaram um cenário em que simularam a velocidade da luz a apenas 2 m/s, desacelerando o processo e permitindo que fosse registrado por uma câmera. Depois, eles moveram um cubo e uma esfera pelo laboratório, e usaram a câmera para registrar os flashes refletidos pelos objetos em diferentes momentos. 

Eles notaram que o cubo e a esfera sofreram a deformação da contração de comprimento. Ao iluminá-los com pulsos luminosos do laser, eles conseguiram imagens do cubo e da esfera em novas posições, como se estivessem se movendo quase à velocidade da luz.

“Combinamos as imagens estáticas em clipes de vídeo curtos dos objetos ultrarrápidos. O resultado foi exatamente o que esperávamos: o cubo parece torcido, uma esfera continua sendo uma esfera, mas o polo norte está em um lugar diferente”, finalizou. 

O artigo que descreve os experimentos foi publicado na revista Communications Physics. 

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