Os táquions não são apenas matéria de ficção científica

Os táquions são partículas hipotéticas que se movem mais rápido do que a velocidade da luz e viajam para trás no tempo. Crédito da imagem: Yuichiro Chino via Getty Images

Viajar mais rápido do que a luz e a viagem no tempo podem ser reais para os táquions. Se há algo em que a ficção científica se destaca, é nos permitir maravilhar-nos com a violação das leis físicas do universo. Assistimos e lemos maravilhados enquanto os motores de dobra da nave estelar Enterprise a empurra para além da velocidade da luz, ou como Barry ou Wally - quem quer que esteja carregando o nome do Flash no momento, faz o mesmo em não mais do que um par de botas amarelas. 

Da mesma forma, gostamos de contos de aventureiros como o Doutor ou Doc Brown, usando máquinas estranhas aparentemente antiquadas para violar as leis de causalidade. E se houvesse uma partícula fundamental que pudesse fazer todas essas coisas? Movendo-se mais rápido que a luz como o Flash, e viajando no tempo sem a necessidade de uma TARDIS ou Deloriana ou botas amarelas. 

Isso é um táquions. Mas não se engane, essas partículas não são apenas ociosidade dos escritores de ficção científica. Os táquions são o material da ciência "difícil". 

O QUE É UM TÁQUION?

Os táquions são um dos elementos mais interessantes que surgem da teoria da relatividade especial de Einstein. A teoria de 1905 é baseada em dois postulados, nada com massa se move mais rápido do que a velocidade da luz (c), e as leis físicas permanecem as mesmas em todos os referenciais não inerciais. Uma consequência significativa da relatividade especial é o fato de que o espaço e o tempo estão unidos em uma única entidade; espaço-tempo. Isso significa que a jornada de uma partícula pela velocidade está ligada à sua jornada no tempo. 

O termo "tachyon" entrou pela primeira vez na literatura científica em 1967, em um artigo intitulado "Possibilidade de partículas mais rápidas que a luz" do físico Gerald Feinberg da Universidade de Columbia. Feinberg postulou que as partículas taquiônicas surgiriam de um campo quântico com “massa imaginária” explicando por que os primeiros populadores da relatividade especial não restringe sua velocidade.

Isso levaria a dois tipos de partículas existentes no universo; bradyons que viajam mais devagar que a luz e compõem toda a matéria que vemos ao nosso redor, e táquions que viajam mais rápido que a luz, de acordo com a Universidade de Pittsburgh. Uma das principais diferenças entre esses tipos de partículas é que, à medida que a energia é adicionada aos bradyons, eles se aceleram. Mas, com os táquions, conforme a energia é retirada, sua velocidade aumenta. 

TÁQUIONS E VIAGEM NO TEMPO

Um dos resultados mais importantes e significativos da teoria da relatividade especial de Einstein é o estabelecimento do limite de velocidade universal de c; a velocidade da luz no vácuo. 

Einstein sugeriu que, à medida que um objeto se aproxima de c, sua massa se torna quase infinita, assim como a energia necessária para acelerá-la. Isso deve significar que nada pode viajar mais rápido do que a luz. Mas, imagine uma partícula anti-massa como um táquion, seu estado de energia mais baixo faria com que ele acelerasse a c. Mas, por que isso levaria a uma viagem no tempo para trás?

Tudo isso depende do conceito que coloca o "relativo" na "relatividade especial".

Uma ferramenta comum usada para explicar a relatividade especial é o diagrama do espaço-tempo. 

O espaço-tempo está repleto de eventos que vão desde os cosmicamente poderosos e violentos, como a explosão de uma supernova de uma estrela distante, ou os mundanos, como o quebrar de um ovo no chão da cozinha. E estes são mapeados no diagrama do espaço-tempo. Este diagrama é mostrado como uma partícula zunindo através do espaço-tempo, ele traça uma linha do mundo que mapeia seu progresso.

Também preenchendo o espaço-tempo estão os observadores, cada um com seu próprio referencial. Esses observadores podem ver os eventos que preenchem o espaço-tempo ocorrendo em diferentes ordens. O observador 1 pode ver o evento A a supernova, ocorrer antes do evento B quebrar o ovo. O observador 2, no entanto, pode ver o evento B acontecendo antes do evento A.

Os eventos dentro do cone de luz de um observador podem ser vinculados por um sinal mais lento que a luz. Crédito da imagem: Por versão SVG: K. Aainsqatsi em en.wikipediaOriginal versão PNG: Stib em en.wikipedia - Transferido de en.wikipedia para Commons. (Texto original: feito pelo próprio), CC BY-SA 3.0, https:/ /commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2210907

Cada evento possui um cone de luz associado a ele. Se o evento B cair dentro do cone de luz do evento A, então os dois podem estar causalmente ligados. A supernova poderia ter derrubado o ovo do balcão da cozinha, ou talvez a queda do café da manhã tenha causado o colapso gravitacional completo de uma estrela moribunda, de alguma forma. Isso porque, no cone de luz, um sinal viajando mais devagar do que a luz pode conectar os eventos. As bordas do cone de luz representam a velocidade da luz. Ligar um evento fora do cone de luz com um dentro dele requer um sinal que viaja mais rápido que a luz.

Se o evento A está no cone de luz e o evento B está fora dele, a supernova e a tragédia relacionada ao ovo não podem ser causalmente relacionadas. Mas, um táquion viajando a uma velocidade maior do que a velocidade da luz poderia violar a causalidade ao vincular esses eventos. 

Para ver por que isso é um problema, pense assim. O evento de imagem A é o envio de um sinal e o evento B é o recebimento desse sinal. Se esse sinal estiver viajando à velocidade da luz, ou mais devagar, todos os observadores em diferentes referenciais concordam que A precedeu B.

Mas, se esse sinal é transportado por um táquion e, portanto, se move mais rápido do que a luz, haverá quadros de referência que dizem que o sinal foi recebido antes de ser enviado. Assim, para um observador neste quadro, o táquion viajou para trás no tempo.

Um dos postulados fundamentais da relatividade especial é que as leis da física devem ser as mesmas em todos os referenciais de não aceleração. Isso significa que se os táquions podem violar a causalidade e se mover para trás no tempo em um referencial, ele pode fazê-lo em todos eles.

Um diagrama que mostra como os eventos são visualizados em momentos diferentes em quadros de referência diferentes. Crédito da imagem: Por usuário: Acdx - Self-made, baseado em Image: Relativity_of_Simultaneity.svg, código-fonte: en: User: Acdx / Relativity_of_Simultaneity_Animation, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/ index.php? curid = 5560059

PARADOXOS DOS TÁQUIONS

Para ver como isso leva a problemas chamados de paradoxos, considere dois observadores, Stella a bordo de uma espaçonave orbitando a Terra e a Terra baseada na superfície do planeta. Os dois se comunicam enviando mensagens com táquions. 

Isso significa que se Stella enviar um sinal para Terra, que se moverá mais rápido que a luz no referencial de Stella, mas retrocederá no tempo no referencial da Terra. A Terra então envia uma resposta conforme ordenado que se move mais rápido do que a luz em seu quadro, mas para trás no tempo no quadro de Stella, Stella poderia receber a resposta antes de enviar o sinal original. 

E se esse sinal de resposta da Terra disser "não envie nenhum sinal"? Então Stella não envia o sinal original e a Terra então não tem nada para responder e nunca envia o sinal táquion que diz "não envie nenhum sinal". 

Portanto, os táquions não apenas violam a causalidade em todas as estruturas, mas também abrem a porta para graves paradoxos lógicos.

Existem sugestões de como esses paradoxos podem ser evitados. Claro, a solução mais simples é de que os táquions não existam. 

Uma sugestão menos draconiana é que os observadores em diferentes referenciais não podem dizer a diferença entre a emissão e a absorção dos táquions. 

Isso significa que um táquion viajando no tempo sempre pode ser interpretado como um táquion avançando no tempo, porque receber um táquion do futuro sempre cria o mesmo táquion e o envia para a frente no tempo.

Outra sugestão é de que os táquions não são como qualquer outra partícula que conhecemos, pois não interagem e nunca podem ser detectados ou observados. O que significa que o sistema de comunicação de táquion usado por Stella e a Terra no exemplo acima não pode existir. 

Na mesma linha, outros pesquisadores dizem que os táquions não podem ser controlados. O recebimento e a emissão dos táquions acontecem de forma aleatória. Portanto, não há como enviar um táquion com uma mensagem que viole a causalidade. 

TÁQUIONS. PODEMOS DETECTÁ-LOS?

Além do fato de que, como outras partículas, eles são provavelmente incompreensivelmente minúsculos, porque os táquions sempre viajam mais rápido do que a luz, não é possível detectar um em sua abordagem. Isso porque ele está se movendo mais rápido do que quaisquer fótons associados.

Depois que ele passa, um observador veria a imagem do táquion dividida em duas imagens distintas. Isso o mostraria chegando simultaneamente em uma direção e desaparecendo na direção oposta.

Se detectar táquions, pelo menos em sua abordagem, com a luz está fora de cena, há outra maneira de detectá-los mais rápido do que partículas de luz?

Possivelmente. Propõe-se que os táquions tenham uma "anti-massa", mas isso ainda constitui energia de massa. Isso significa que essas partículas ainda devem ter algum efeito gravitacional. É possível que detectores altamente sensíveis possam detectar esse efeito.

Um método de detecção alternativo pode surgir de sua natureza mais rápida do que a luz.

Embora a velocidade da luz no vácuo c seja um limite de velocidade universal, as partículas foram feitas para viajar mais rápido do que a luz em outros meios. Quando partículas eletricamente carregadas são aceleradas até e além da velocidade da luz em certos meios como a água, elas liberam uma forma de radiação chamada radiação Cherenkov, de acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica.

Isso significa que, se os táquions são eletricamente carregados, uma forma de detectá-los seria medindo a radiação Cherenkov no quase vácuo do espaço. 

O PODER DA IMAGINAÇÃO NA CIÊNCIA

O que os táquions realmente demonstram é a importância da imaginação em nossa busca contínua para compreender o universo. Eles podem não existir e, se existirem, talvez não tenhamos esperança de algum dia medir um.

Mas o que nossa tecnologia não pode capturar, nossas mentes podem. Podemos considerar a possibilidade de uma partícula voltar no tempo e o que isso diz sobre a natureza do tempo, do Universo e dos eventos que os preenchem.

Em uma entrevista com George Sylvester Viereck publicada no "The Saturday Evening Post" em 1929, Albert Einstein teria dito: "A imaginação é mais importante do que o conhecimento. O conhecimento é limitado. A imaginação envolve o mundo."

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INFORMAÇÕES ADICIONAIS

• Descubra mais sobre os Táquions com este vídeo informativo do YouTube. 
• Explore as possíveis evidências experimentais da existência dos táquions com a George Mason University.  
• Descubra como a radiação Cherenkov funciona com este vídeo do Laboratório Fermi.

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Referência:

LEA, Robert. Tachyons: Facts about these faster-than-light particles. Space, 24, nov. 2021. Disponível em: <https://www.space.com/tachyons-facts-about-particles>. Acesso em: 26, nov. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.