ESPAÇO-TEMPO: você vai VER e ENTENDER de uma vez por todas!

Feche os olhos ou melhor, abra a sua mente. Tente por um instante se desprender daquilo que você chama de espaço. Esqueça paredes, distâncias, direções, tudo. Esqueça também o tempo como esse ponteiro aqui que caminha no relógio ou então esse número que aparece no canto da tela do seu celular. Esqueça minutos, horas, passado e futuro. Agora imagine que essas duas coisas, espaço e tempo, são, na verdade uma só. Um palco invisível, mas absolutamente real, onde tudo acontece desde o balançar de uma maçã até o colapso de uma estrela. Neste vídeo, a gente vai explorar um dos conceitos mais essenciais da física moderna, o espaçotempo. Você vai definitivamente entender ele, entender como surgiu, o que significa e por o conceito de espaçot-tempo muda completamente a forma como enxergamos o universo. E não, isso não é só papo de físico. Essa ideia afeta tecnologias que você usa todos os dias como GPS do seu celular. Entender o espaço-tempo é como dar um passo para fora da bolha da experiência comum e enxergar a realidade com outros olhos. Vem comigo. Por muito tempo, acreditamos que o universo era como um grande palco fixo, com um relógio universal marcando tempo para todos. Essa era a visão de, por exemplo, Isaac Newton. Para ele, o espaço era tipo um recipiente invisível e imutável, onde todos os objetos se moviam. Já o tempo era como um metrônomo perfeito que fazia tictac no mesmo ritmo para qualquer pessoa em qualquer lugar do cosmos. Se você saísse da Terra e voasse até Marte ou até o fim da galáxia, o tempo ainda estaria passando do mesmo jeito e a distância entre dois pontos seria sempre a mesma, independentemente de quem estivesse medindo. Espaço e tempo eram absolutos e essa visão funcionava muito bem. Afinal, foi com ela que conseguimos mandar sondas ao espaço e prever eclipses com uma precisão absurda. Mas algo começou a mudar no final do século XIX. O palco começou a mostrar que não era mais tão fixo quanto pensávamos. No final do século XIX, James Maxwell fez algo revolucionário. Unificou os fenômenos elétricos e magnéticos em um conjunto de quatro equações que descreviam como campos elétricos e campos magnéticos se criam, propagam e interagem. E dessas equações surgiu uma previsão surpreendente. A luz é uma onda eletromagnética que viaja uma velocidade constante, cerca de 300.000 km/s. Mas constante para quem? Até porque na física de Newton a velocidade é relativa. Se você está num carro a 100 km/h e lança uma bola paraa frente a 20 km/h, quem está na calçada vê a bola a 120 km/h. Logo, se a luz é uma onda, sua velocidade também deveria depender do movimento do observador, certo? Na verdade não. Anos mais tarde, em 1887, Albert Michaels e Edward Morley criaram um dos experimentos mais importantes da história da ciência. Naquela época, acreditava-se que o universo era preenchido por um meio invisível chamado éterluminífero e que a luz se propagava por ele. Eles pensavam que se a Terra se movia através do éter, então a luz que viajava na direção do movimento da Terra deveria parecer mais lenta ou mais rápida do que a luz que viajava perpendicularmente. Era como um nadador que nada contra ou a favor da correnteza. Mas o resultado foi um choque. Não houve nenhuma diferença. A velocidade da luz era sempre a mesma. Sempre. E essa constância quebrava completamente a lógica da física de Newton. Afinal, como poderia uma velocidade ser a mesma para todos mesmo se o observador estiver se movendo? Algo muito profundo na nossa noção de espaço e tempo teria que mudar. E foi aí que novas ideias começaram a surgir. Muitas pessoas pensam que o conceito de espaçot-tempo foi cunhado por Einstein, mas na verdade foi Herminkovski, professor de matemática de Einstein, que anunciou essa nova visão de mundo em quatro dimensões em 1908. Ele percebeu que os resultados experimentais, como o de Michaelson Morley, não eram apenas uma curiosidade técnica, e sim carregavam uma mensagem mais profunda. A realidade que percebemos como tridimensional e em constante mudança é apenas uma sombra de uma realidade muito maior. Ele propôs que os eventos do universo ocorrem em um bloco de quatro dimensões, onde passado, presente e futuro existem como uma única entidade contínua, sem separação absoluta. Para além das três dimensões, altura, largura e profundidade, o tempo entra como uma direção adicional. O que chamamos de agora é apenas um recorte desse bloco. E assim como diferentes pessoas podem cortar um pão em ângulos diferentes, diferentes observadores em movimento relativo experimentam cortes diferentes do espaço-tempo. Para Minkovski, a verdadeira revolução da relatividade não era apenas física, era filosófica. O tempo não passa, ele é. Einstein depois reconheceu essa nova visão de mundo, o que contribuiu para entender melhor a relatividade restrita e para que depois ele formulasse a sua teoria da gravidade à relatividade geral. Mas agora, como podemos de fato visualizar como funciona o espaço-tempo? Para entender melhor, precisamos aceitar os dois postulados que Einstein estabeleceu na sua teoria da relatividade restrita. O primeiro dizia que as leis da física são as mesmas para todos os observadores que se movem com velocidade constante entre si. Ou seja, não existe um referencial privilegiado. Já o segundo postulado e mais importante para este vídeo, eu quero que você preste atenção, afirmava que a velocidade da luz no vácuo é a mesma para todos os observadores, independentemente de como eles estão se movendo. Tomando como base o resultado de Michael Morley, não importa a direção ou a velocidade do observador, a luz sempre parece viajar. aproximadamente R99.792.458 458 m/s. Se você acende uma lanterna enquanto está correndo, esperaria que a luz saísse um pouco mais rápida para quem te vê. Mas não. A luz sai sempre na mesma velocidade, mesmo que você esteja correndo atrás dela ou fugindo dela. Agora, se você lembra da física que viu no ensino médio, você sabe que a velocidade é a distância sobre o tempo. E para manter a velocidade da luz como constante sempre, algo tem que ceder. Nesse caso, quem cede é o espaço e o tempo, justamente aquilo que pensavam ser fixo. Einstein mostrou que para que a velocidade da luz seja sempre a mesma, o tempo precisa passar mais devagar para quem está se movendo rápido e as distâncias precisam encolher nessa mesma direção de movimento. Em outras palavras, espaço e tempo se ajustam para manter a luz constante. E já que tempo e espaço estão interligados, é possível até converter um em outro, quantificar segundos em metros. Utilizando C, que é a velocidade da luz, podemos transformar tempo e espaço. Sabendo que C é igual a D sobre T, multiplicando C por T, temos D/ T x T, o que nos resulta na distância. Logo, temos que a distância é C vezes o tempo. A partir disso, podemos chegar que 1 segundo equivale a 299.792.458 m e que 1 m equivale a 1 por 299.792.458 [Música] 458 segundo. Daí temos o termo segundo luz, que é a distância que a luz viaja no vácuo em 1 segundo, ou seja, 299.792.458 [Música] m. Alô? Oi, eu já tô aqui. Cadê você? Como assim? Ué, eu te disse que era para você me encontrar aqui, não lembra? Não, eu lembro, mas você não disse quando. É por isso que quando você marca um encontro com alguém, você combina o local e também a data, o horário. E é isso que eu tô marcando aqui, um diagrama para que fique mais fácil de você visualizar o espaço-tempo. Os eixos X e Y representam o espaço e esse aqui representa o tempo multiplicado pela velocidade da luz para que assim ele fique consistente com as outras duas coordenadas. Um objeto parado como uma bola, ele só se move no tempo. Agora, se ele se move também pelo espaço, essa linha se inclina porque ele percorre o espaço e também percorre o tempo. Em um gráfico somente espacial com X e Y, A e B representam dois pontos distintos no espaço. Através do teorema de Pitágoras, eu consigo calcular a trajetória mais curta entre esses dois pontos, que a gente vai chamar de D. Logo, D² = X² + Y². Qualquer caminho que eu desenhar, que eu traçar, diferente disso, vai ser mais longo. Agora, no espaço tempo da geometria de Minkovski, A e B não são mais só pontos no espaço, eles também são pontos no tempo. Logo, A e B agora também são eventos. Essa linha aqui não é mais a distância entre dois pontos, ela representa o tempo decorrido entre eles e podemos chamá-la de E. E ela representa esse percurso a uma velocidade constante entre A e B. Para saber o tempo decorrido entre o evento A e o evento B, a gente não pode mais simplesmente subtrair o tempo de B menos o tempo de A, porque o tempo não é absoluto. O tempo flui diferente em comparação com quem se move, com quem está parado. Se a gente tivesse falando do primeiro exemplo onde a bola está parada, aí sim a gente poderia só subtrair o tempo. Mas como aqui a velocidade tudo muda e o teorema de Pitágoras que nos serviu antes não serve mais. Porém, Minkovski facilitou essa pra gente e nos mostrou que o tempo decorrido ao quadrado é igual a c² t² – x². E o que que ele quer nos mostrar com isso é que quanto mais um objeto viaja pelo espaço, menor é o tempo decorrido, menor é o seu percurso pelo tempo. Então, enquanto no gráfico anterior, D era o caminho mais rápido, agora é o caminho que mais demora. Porque quanto mais você se movimenta pelo espaço, menos você se move pelo tempo. Um caminho curvo, por exemplo, duraria muito menos. É por isso que o gêmeo que foi pro espaço volta mais jovem do que o que ficou na Terra, pois o que viajou percorreu mais espaço que o outro, logo o tempo para ele passou mais devagar. Quando adicionamos as outras dimensões, essa conta fica bem maior. Mas não vamos nos preocupar com isso agora, porque o meu objetivo aqui é fazer você entender o principal ponto da coisa. Caso você queira se aprofundar mais, é só mergulhar nas referências que eu deixo na descrição e nos artigos mais específicos disponíveis na internet. O que eu quero aqui é te instigar, te mostrar o quão incrível e contrainttuitivo, porém real o espaçotempo é. E se até aqui tudo que eu falei já transformou o seu entendimento sobre o espaçotempo, eu peço para que você curta e hype o vídeo para mostrar que este é um conteúdo de qualidade aqui no YouTube e que deve ser enviado para mais pessoas. Agora, e se em vez de movermos uma bola ou qualquer coisa, nós resolvêssemos acender uma lanterna novamente? Considerando que eu acendi a luz em a, ela se espalhará formando um cone que chamamos de cone de luz. Uma pessoa parada, se movendo apenas pelo tempo, terá a sua linha de mundo sendo atingida pelo cone, cruzando com o cone, sendo atingido pela luz. E podemos chamar isso de evento B. Logo, o cone de luz, ele representa todos os eventos futuros no espaçotempo a partir do momento que acendemos a lanterna. É normal também nessas representações a gente ver um cone de luz invertido. Esse cone de luz invertido, ele mostra todos os eventos do passado que alcançaram um evento A. Quando você olha pras estrelas, a luz dela que te alcança é o cone de luz do passado chegando aqui em A. Pontos aqui fora estão desconectados do evento A e não o influenciam. Portanto, essa aqui é a geometria do espaço-tempo. Assim, Minkovski nos anunciou a bela geometria do espaço-tempo. Cada observador em movimento vai desenhar eixos de espaço e tempo diferentes. Logo, não existem eventos simultâneos. O agora não é absoluto. A única coisa absoluta é a consequência, o resultado. O espaço-tempo não é só onde as coisas acontecem, ele é parte do que acontece. Mais tarde, Einstein ampliaria essa ideia com a teoria da relatividade geral, mostrando que este espaço-tempo também é capaz de se curvar, que massa e energia não só existem dentro dele, mas moldam a sua geometria. A gravidade não é uma força invisível puxando as coisas umas para as outras. é o espaçot-tempo sendo dobrado pela presença da matéria. Essa nova forma de enxergar o cosmos revolucionou tudo, de como entendemos a órbita dos planetas até como interpretamos o nascimento e a morte das estrelas. buracos negros, ondas gravitacionais, expansão do universo. Tudo isso só faz sentido porque passamos a compreender o espaçot-tempo como uma entidade dinâmica, viva, que pode se esticar, encolher e ondular. Hoje, essa estrutura de quatro dimensões é a chave para entender desde o funcionamento do GPS até a origem do universo. E com isso, eu espero que você possa ter compreendido como a nossa intuição sobre o mundo é limitada. E não é porque experienciamos o mundo de uma maneira que aquilo é a realidade verdadeira da coisa. Vivemos e experimentamos o mundo da forma que melhor podemos sobreviver nele. E se você não se contenta apenas com essa realidade aqui que te cerca, eu te convido a assistir os outros vídeos sobre relatividade aqui no canal, como esses que estão aparecendo na tela. Se você gosta do trabalho de educação que eu realizo aqui, eu te convido a se tornar um apoiador oficial do canal, vindo pra nossa comunidade de membros, tendo acesso a benefícios e conteúdos exclusivos que só os membros desfrutam. E se você quer ver mais dos bastidores da Blue, vem também pro nosso Instagram @bluciência. Mas não esquece da sua inscrição, porque ela já me ajuda demais e mostra que você quer continuar por aqui acompanhando ciência com doses de reflexão. Muito obrigada por ter vindo até aqui comigo. Eu te vejo no meu próximo vídeo e até mais. M.