Como a Luz Viaja Pelo Universo sem Perder Energia

Créditos de Imagem: Um pulsar dentro de uma bolha de supernova. (NASA/ESA/G. Dubner et al.)

Certa noite, no meu quintal poluído pela luz em San Diego, preparei meu telescópio para astrofotografia e o apontei para uma galáxia incrivelmente distante. Assim que a primeira imagem apareceu na tela do meu tablet, minha esposa, Cristina, se aproximou.

“Essa é a Galáxia Catavento”, eu disse a ela — nome dado ao seu formato espiral e lar de cerca de um trilhão de estrelas.

A luz dessa galáxia viajou impressionantes 25 milhões de anos — aproximadamente 240 quintilhões de quilômetros — para finalmente chegar ao meu telescópio.

Cristina fez uma pergunta que desencadeou uma conversa mais profunda: “A luz não se cansa em uma viagem tão longa?”

Essa curiosidade abriu as portas para uma pergunta importante e fascinante: por que a luz não perde energia com o tempo?

Compreendendo a Natureza da Luz

Como astrofísica, uma das coisas mais contraintuitivas que aprendi foi como a luz se comporta. Luz é radiação eletromagnética — essencialmente um par de ondas elétricas e magnéticas que se movem pelo espaço. Ele não tem massa, e isso é fundamental. Qualquer objeto com massa, seja ele pequeno ou grande, tem uma velocidade de deslocamento limitada.

Créditos de Imagem: Uma imagem composta da Galáxia Cata-vento (Messier 101) com a luz visível do Hubble em amarelo, o infravermelho do Spitzer em vermelho e a visão de raios X do Chandra em azul. (NASA/ESA/CXC/SSC/STScI)

Como a luz não tem massa, ela viaja no limite de velocidade do universo: 300.000 quilômetros por segundo (300.000 quilômetros por segundo), o que equivale a quase 9,6 trilhões de quilômetros por ano. Essa é a velocidade com que uma partícula de luz poderia dar a volta na Terra mais de duas vezes no tempo que leva para piscar.

Ainda assim, mesmo nessa velocidade, as distâncias cósmicas são vastas. A luz do Sol leva pouco mais de oito minutos para chegar à Terra. A estrela mais próxima além do nosso Sol, Alfa Centauri, está tão distante que sua luz leva quatro anos para chegar aqui — é por isso que dizemos que ela está a “quatro anos-luz de distância”.

Considerando essas distâncias, a pergunta de Cristina se torna ainda mais intrigante: como a luz viaja por milhões de anos sem perder energia?

A luz Perde Energia?

Parte da luz perde energia — quando se espalha após atingir a poeira interestelar, por exemplo. Mas, na maioria dos casos, a luz viaja pelo espaço ininterruptamente. Como o espaço é quase totalmente vazio, não há nada que a desacelere. Enquanto a luz não interagir com a matéria, ela continua a toda velocidade, retendo sua energia.

Tempo e Luz: Uma Estranha Relação

Vamos considerar o tempo. Imagine que você é um astronauta a bordo da Estação Espacial Internacional, viajando a 27.000 km/h. Seu relógio marcaria um pouco mais devagar — cerca de 0,01 segundo por ano — em comparação com alguém na Terra. Isso é dilatação do tempo: o tempo flui em velocidades diferentes dependendo da velocidade e da gravidade.

Agora imagine que você está viajando em um fóton, a partícula básica da luz. Da sua perspectiva, o tempo não apenas desacelera — ele para completamente. O tempo para o fóton é congelado, embora observadores na Terra o vejam se movendo na velocidade da luz.

Créditos de imagem: Até mesmo os astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional experimentam dilatação do tempo, embora o efeito seja extremamente pequeno. (NASA)

Além disso, o próprio espaço se comporta de maneira diferente nessas velocidades. Ao se mover próximo à velocidade da luz, as distâncias se contraem na direção do movimento. Para o fóton, sua jornada da galáxia até a Terra acontece em um instante. O espaço se comprime e a viagem se torna infinitamente curta e rápida.

A Ilusão da Distância

Isso nos leva de volta à Galáxia Catavento. Do ponto de vista do fóton, o momento em que foi emitido por uma estrela e o momento em que atingiu meu telescópio ocorreram simultaneamente. Sua jornada de 25 milhões de anos-luz não pareceu uma jornada — foi instantânea.

Da Terra, percebemos que a luz viajou por milhões de anos pelo espaço antes de atingir meu telescópio. Mas para o fóton, ela não experimentou tempo nem distância.

E naquela fria noite de primavera, quando a luz de uma galáxia a 25 milhões de anos de distância iluminou um único pixel na minha tela, ela desencadeou uma pergunta simples, porém profunda — e um belo momento de maravilha cósmica compartilhado entre uma esposa curiosa e seu marido amante da ciência.

Leia o Artigo Original Science Alert

Leia mais Novo Estudo Sugere que a Gravidade Existe Sem Massa