No dia 23 de setembro de 2011, o experimento OPERA fez um anúncio que chocou o mundo. A detecção de uma partícula se movendo mais rápido do que a luz. E esse resultado desafia todo o conhecimento prévio da física, incluindo a teoria da relatividade de Albert Einstein.
O experimento OPERA era um experimento com neutrinos, que são partículas extremamente leves que interagem muito pouco com a matéria como conhecemos. Os neutrinos mais rápidos já produzidos foram feitos em um acelerador de partículas no laboratório CERN, que fica na fronteira entre a Suíça e a França. E esses neutrinos foram disparados em direção à montanha de Gran Sasso, na Itália, que fica a 732 km do CERN, que é onde o experimento Ópera ficava.
E junto com os neutrinos, um sinal de rádio foi emitido ao mesmo tempo para avisar para o experimento na Itália que os neutrinos do CERN estavam a caminho. O experimento então recebia o sinal de rádio e logo em seguida detectava os neutrinos que se moviam quase na velocidade da luz. Ou, pelo menos, esse era o esperado.
Os resultados divulgados em setembro de 2011 iam contra essa expectativa. O experimento tinha detectado os neutrinos 69 segundos antes do sinal de rádio. Ou seja, os neutrinos tinham chegado antes da luz.
E esse resultado é extremamente surpreendente. E não é à toa que esse resultado recebeu a atenção total da comunidade científica. Outros detectores de neutrinos na mesma montanha tentaram reproduzir os resultados do experimento Ópera.
O experimento Ópera foi virado de cabeça para baixo através de um possível erro e físicos teóricos exploravam ao mesmo tempo as consequências de uma partícula se movendo mais rápido do que a luz. A ideia de uma partícula que pode se mover mais rápido do que a luz não era inédita. O conceito se consolidou nos anos 60 e tem um nome: Táquion, que vem do inglês antigo TACH, e isso significa rápido, ágil.
Táquinos parecem ir contra a relatividade. Segundo a relatividade de Einstein, a matéria não pode se mover mais rápido do que a luz. E se algo se movesse mais rápido do que a luz, esse algo poderia voltar no tempo.
O resultado do experimento Ópera reviveu o interesse em Táquions. E é aqui que eu falo que o resultado do neutrino mais rápido do que a luz estava errado. O erro nesse caso foi um cabo de fibra ótica mal conectado.
E ele gerava um erro sistemático nas medidas de tempo do experimento. E antes que pareça incompetência dos cientistas, esse é o tipo de erro que afeta todas as leituras da mesma forma. Então é impossível detectar esse erro só com análise estatística.
É o pior tipo de erro possível para um experimento. Ele só fica óbvio quando ele causa um erro dramático como esse. Só que nem todo erro experimental vem pro mal.
Porque reviver a ideia de Táquion não foi um desperdício de tempo. Táquions talvez possa explicar algumas das perguntas em aberto do nosso universo, como a presença de matéria escura, que é um tipo de matéria invisível que compõe 80% das galáxias, ou talvez até ajudem a explicar a expansão acelerada do universo e a origem da energia escura, que é a energia misteriosa que causa essa expansão acelerada. O falso positivo do experimento Ópera talvez dê frutos realmente positivos.
E é nesse ponto que alguns de vocês estão falando Mas Pedro, você não acabou de dizer que a relatividade de Einstein proíbe partículas de se moverem mais rápido do que a luz? E sim, você está certo! Em 99% dos casos.
Mas os Táquions são aquele 1% especial. A ideia de que a relatividade proíbe movimento acima da velocidade da luz é uma simplificação didática. O resultado mais preciso é o seguinte.
Partículas com massa até a velocidade da luz, que é de 299. 792 km por segundo, custam uma quantidade infinita de energia. E como não existe energia infinita, é impossível acelerar partículas na velocidade da luz ou além dela.
Mas calma que existe uma forma de uma partícula ultrapassar a velocidade da luz sem ser acelerada. Sendo criada com a velocidade acima da luz, sem a necessidade de acelerar. Ufa, ela já surgiu acima da velocidade da luz.
Inclusive é assim que a própria luz se move na velocidade da luz. Partículas de luz sempre são criadas na velocidade da luz. Elas não aceleram.
Táquions seriam criados de forma similar. Eles sempre nasceriam com velocidades acima da luz. Ou seja, táquions nascem com uma velocidade maior do que 299.
792 km por segundo. E como eles não precisam ser acelerados até essa velocidade, isso não custa energia infinita. O problema é acelerar até a velocidade da luz ou mais, e não existir nessas velocidades.
Além disso, é possível adaptar a relatividade de Einstein para incluir velocidades acima da velocidade da luz. Então é possível estudar as consequências físicas da existência de táquions, e como táquions podem ser úteis explicando problemas em aberto da física, como matéria e energia escura. E sim, tem todo o problema dos táquions talvez viajarem no tempo, mas eu volto para esse ponto depois de convencer vocês de que Táquions são muito legais.
A física dos táquions é bem divertida, ou estranha, seja lá o que você preferir. Táquions se comportam quase de forma espelhada ao mundo normal abaixo da velocidade da luz. Por exemplo, para uma partícula que está se movendo abaixo da velocidade da luz, quanto mais rápido ela se mover, mais energia ela tem e, por consequência, é preciso de energia infinita para alcançar a velocidade da luz.
Só que para táquions, o oposto é verdade. Quanto mais rápido um táquion vai, menos energia ele tem. Quando um táquion ganha energia, ele diminui de velocidade, ou seja, ele chega mais perto da velocidade da luz.
É preciso gastar uma energia infinita para fazer um táquion desacelerar até a velocidade da luz. Então é impossível de alcançar a velocidade da luz mesmo para uma partícula mais rápida do que a luz. Esse é o ensinamento mais bizarro de hoje.
Uma outra consequência bizarra da relação entre velocidade e energia para táquions é que quanto menos energia um táquion tem, mais rápido ele se move. Táquions de baixa energia devem se mover dezenas, centenas ou milhares de vezes mais rápido do que a luz. Se táquions existem na natureza, a maior parte deles está se movendo tão rápido que a velocidade deles é basicamente infinita.
Inclusive táquions podem escapar de buracos negros porque eles se movem mais rápido do que a luz. Se táquions existem e carregam informação, eles talvez sejam a chave para entender buracos negros. O que nos leva à pergunta?
Se táquions existem no universo, dá pra detectar eles de alguma forma? A resposta é talvez. Táquions têm algumas características únicas que talvez denunciem eles para detectores da Terra.
A característica mais marcante provavelmente é o fato de que táquions em geral parecem ocupar mais de um lugar ao mesmo tempo. E a forma de entender isso é pensar em um táquion muito, mas muito rápido, com velocidade basicamente infinita. A trajetória que esse Táquion táquo faz é uma linha reta, e essa linha é desenhada tão rápido que qualquer luz Táqui ntemitirmitido no seu caminho é basicamente emitida ao mesmo tempo.
Por conta disso, mais do que um sinal ddo Táquion táqueo pode chegar ao mesmo tempo em um telescópio. Um único táquion gerando um ou mais sinais. Outro fato útil para detectar táquions que emitem radiação é que eles devem emitir radiação de forma similar a um boom sônico, bem parecido com um avião quebrando a barreira do som.
A radiação do táquion vai ser emitida em um padrão cônico bem característico. A outra forma de detectar táquions seria através de seus efeitos gravitacionais. Se táquions têm massa, eles têm um efeito gravitacional.
E é aqui que nós temos um problema técnico. Existem diferentes candidatos de táquions que têm comportamentos gravitacionais diferentes. O primeiro tipo de táquion seria basicamente matéria comum se movendo muito, mas muito rápido.
Tipo os neutrinos mais rápidos do que a luz no experimento ópera. Esse tipo de táquion poderia formar estruturas gravitacionalmente estáveis. Por exemplo, planetas feitos de táquions.
Só que ao invés de serem esferas, as estruturas gravitacionais de táquions pareceriam cordas. Estruturas gravitacionais de táquions se formam quando táquions se cruzam. Só táquions próximos afetam uns aos outros gravitacionalmente.
Até porque os táquions se movem mais rápido do que a gravidade. Então táquions nunca ficam perfeitamente presos por conta da gravidade. Eles apenas ficam orbitando o centro de massa comum em espirais.
E juntando vários táquions, isso forma um padrão meio que como uma corda. Ainda assim, essas estruturas de táquions só se formariam com táquions de baixa velocidade, o que significa táquions de alta energia. E alta energia significa alta gravidade.
Então essas cordas espaciais de táquions seriam objetos astronômicos de alta gravidade que não emitem muitos sinais de luz. Isso lembra alguma coisa? Matéria escura.
Se táquions existem e contribuem significativamente para a gravidade do universo sem interagir de outras formas com a matéria comum, eles são candidatos perfeitos para a matéria escura. A pergunta que resta é, dá para diferenciar a matéria escura feita de táquions de outros tipos de matéria escura? Atualmente nós não sabemos, mas ainda precisamos modelar melhor como que a gravidade de concentrações de táqueons afetaria a luz que passa por perto.
Se a matéria escura de táqueons distorcer o caminho da luz de uma forma diferente de outras teorias de matéria escura, então seria possível diferenciar Táquions de outras teorias. O segundo tipo possível de Táquions tem o efeito oposto. Se Táquions se comportam de forma oposta à matéria em relação a velocidade e energia, então Táquions talvez tenham um comportamento oposto em relação à gravidade.
Ou seja, Táquions talvez gerem um tipo de antigravidade, adicionando um termo repulsivo na equação do universo, causando uma expansão acelerada dele, exatamente como a energia escura faz. Então táquions talvez ajudem a gente a explicar esse outro mistério da natureza, que é a energia escura e a expansão acelerada do universo. Táquions parecem legais.
Eles até são bons candidatos para problemas em aberto da física. Só tem um problema. Eles talvez causem paradoxos temporais.
Mas quem nunca causa um? E uma das formas de demonstrar isso é o experimento do antitelefone de Tolman. Vamos imaginar que cientistas criaram um aparelho capaz de receber e emitir informação usando táquions.
Um laboratório na Terra envia uma pergunta para outro laboratório na Lua usando táquions. Qual que é a cor do céu? Aí o laboratório da Lua responde, de dia ou de noite, também usando táquions.
O problema é o seguinte, como o táquion se move mais rápido do que a luz, eles também às vezes voltam no tempo. Nem sempre, mas isso acontece. E se você organizar a velocidade dos táquios e a posição dos laboratórios de forma correta, é possível que o laboratório da Terra receba a resposta, de dia ou de noite, antes de ter feito a pergunta qual é a cor do céu.
Ou seja, a resposta chega antes do laboratório sequer fazer o telefonema via táquios para a Lua. Esse é o antitelefone de toma. O laboratório na Terra vai receber o efeito da pergunta, que geralmente é uma resposta, sem ter gerado a causa, que seria fazer a pergunta.
Isso parece violar a ideia de causa e efeito. O antitelefone de Tolman é o principal tipo de argumento contra Táquions. E ele é realmente um bom argumento.
Criar uma teoria que viola a causa e efeito pode trazer problemas. Mas é possível defender os Táquions do argumento do antitelefone. A primeira defesa é simples.
Táquions talvez não possam ser usados para comunicar informações. Talvez a informação viaje no máximo na velocidade da luz. Inclusive o entrelaçamento quântico é um fenômeno físico que, à primeira vista, parece violar o limite da velocidade da luz, mas é impossível de usar esse efeito para transmitir informação.
E se táquions existem, então talvez estes sejam causados. A segunda solução é uma versão mais elaborada dessa primeira defesa. Mas estamos pensando em táquions como partículas perfeitamente localizadas no espaço e no tempo.
Mas isso é impossível. Táquions vão respeitar a física quântica, então a posição deles no espaço e no tempo não podem ser determinadas com total clareza em todas as situações. Estimando as incertezas associadas a táquions, talvez seja impossível dizer com certeza se a resposta realmente chegou antes da minha pergunta.
E dessa forma, a causalidade não foi violada. O táquion da resposta só é detectado, de fato, se a pergunta for enviada. Outra solução é negar que táquions viajam no tempo.
É um fato bem curioso da física que partículas viajando para o passado são matematicamente idênticas às suas antipartículas viajando para o futuro, porque é o normal. Táquions viajando para o passado podem ser interpretados como antitáquions viajando para o futuro. E isso evita problemas com causalidade.
E, por fim, a solução mais ousada. Causalidade não importa. Uma ordem de causa e efeito absoluta talvez seja uma ilusão da mente humana presa em um mundo que só se move abaixo da velocidade da luz.
A violação da ordem de causa e efeito surge naturalmente da teoria da relatividade usando objetos que ultrapassam a velocidade da luz. Por outro lado, é extremamente difícil de provar que causa e efeito devem existir a partir dessa mesma teoria. Então se nós formos mesmo confiar mais a matemática da teoria do que na nossa intuição, causa e efeito talvez não sejam tão importantes assim no universo com táquios.
E não é só táquios que apontam isso. Algumas novas teorias físicas que tentam expandir o nosso entendimento da gravidade da física quântica também abandonam a necessidade de causa e efeito em troca de uma visão muito mais ampla de universo. Se táquions existirem, eles podem indicar que de fato causa e efeito não são tão importantes como nós pensamos hoje, e contribuírem para o entendimento ainda mais profundo do nosso espaço e do nosso tempo.
E é por isso que eu adoro ideias bizarras. Muito obrigado e até a próxima.
