Por que ninguém mediu a velocidade da luz ainda

este vídeo foi patrocinado pela q detalhes no final do programa eu sei o que você está pensando clickbait ninguém mediu a velocidade da luz isso é ridículo a velocidade da luz é exatamente 299.792.458 m/s estamos tão certos disso que desde 1983 usamos a velocidade da luz para definir o quanto é 1 m é a distância que a luz percorre no vácuo em um sobre 299.7924.458 de segundo essa definição garante que a velocidade da luz seja exatamente esse número sem decimais mas presta atenção neste vídeo vou provar para você que a luz pode nunca realmente viajar a essa velocidade e eu posso dizer isso porque ninguém realmente mediu isso não é possível medir a velocidade da luz como medimos a velocidade de outros objetos [Música] acho que estamos gravando em todos os lugares o que estamos fazendo este é um vídeo sobre medir a velocidade das coisas sim me fale sobre como você mediu a velocidade da bola de beisebol disparada do seu canhão para calcular essa velocidade você precisa de duas informações para calcular a velocidade de uma bola de beisebol é necessário saber a distância percorrida entre dois pontos e o tempo gasto divide-se a distância pelo tempo para obter a velocidade no caso uma câmera de alta velocidade foi usada para contar os quadros e medir o tempo internamente ah você vai falar de relatividade você vai fazer algo esquisito não é não acredito que você viu isso chegando caramba o que que eu quero perguntar é sobre a velocidade da luz você poderia medir a velocidade da luz assim imagine que você tem um laser que pode disparar um feixe através de um vácuo perfeito por 1 km ao disparar o laser inicie um cronômetro pare-o exatamente quando o feixe atingir o fim mas como você sabe quando a luz atinge 1 km se você e o relógio estão no ponto de partida ok então você precisa de dois relógios um no laser e um no final que para automaticamente quando detecta a luz do laser mas agora como você garante que seus dois relógios estão sincronizados bem você poderia conectá-los através de um fio e enviar um pulso de um para o outro mas esse pulso viajará à velocidade da luz então chegará com um atraso de tempo pode-se pensar em subtrair o atraso de tempo mas é igual ao tempo que a luz leva para percorrer 1 km é isso que não sabemos e estamos tentando medir ok novo plano comece com os relógios juntos e sincronize-os primeiro depois envie um dos relógios para o final agora o que poderia dar errado eu te digo o relógio na chegada se movia em relação ao da largada e a relatividade especial diz que relógios em movimento marcam o tempo mais devagar para observadores estacionários quando o relógio chegar a 1 km não estará mais sincronizado com o da largada sabe qual é a única solução para este problema descartar o segundo relógio colocar um espelho no final para refletir a luz de volta e usar um único relógio na largada para cronometrar a viagem completa de 2 km isso não foi feito antes ele estava em uma montanha e havia uma roda de carroça com uma lanterna e algo como um espelho do outro lado da montanha eu sempre quis fazer isso isso lembra como a velocidade da luz foi medida pela primeira vez por hipolit fis em 1849 ele projetou luz entre os dentes de uma engrenagem girando rapidamente para um espelho a 8 km de distância ao aumentar a velocidade da engrenagem chegou a um ponto onde a luz refletida passou pela próxima abertura sendo observada então ele mediu a velocidade da luz para ser 313.000 km/sundo o que está dentro de 5% do valor atualmente aceito alguém mediu a velocidade da luz ou será que mediram o que foi medido é a viagem de ida e volta ou a velocidade da luz em duas direções mas ninguém mediu a velocidade da luz em um só sentido uma coisa que vou jogar em você e eu vou simplesmente sair e te contar é como e se a velocidade da luz nesta direção for diferente da velocidade da luz nesta direção isso parece um vídeo do veritáum você conseguiria descobrir o problema é que a única maneira que as pessoas conseguiram medir a velocidade da luz é para uma viagem de ida e volta a velocidade da luz nunca foi medida em uma única direção é possível que a velocidade da luz seja metade de c em uma direção e então instantânea na viagem de retorno o quê isso é possível você está falando sério pense em se comunicar com um astronauta preso em marte vamos chamá-lo de mark enviamos um sinal e obtivemos resposta após 20 minutos assim imaginamos que nosso sinal leva 10 minutos para chegar lá e a resposta leva o mesmo tempo para voltar mas é possível que nossa mensagem tenha levado todos os 20 minutos para chegar lá e a resposta tenha voltado instantaneamente não há como distinguirmos a diferença entre esses dois cenários mas por que que a velocidade da luz seria diferente é possível que exista alguma direção preferencial através do espaço-tempo nosso universo tem muitas simetrias mas também possui certa assimetria por exemplo por que que existe tanta matéria em relação à antimatéria físicos criaram teorias consistentes da física onde a velocidade da luz difere para a frente e para trás a velocidade da luz poderia variar apenas alguns por centremo indo c em uma direção e infinitamente rápido na outra direção ok então deixe-me entender isso então sim eu meio que não acredito em você não acredito em você não creio que a velocidade da luz seja diferente em uma direção em relação à outra mas te conheço o suficiente para saber que não me ligaria e colocaria uma câmera em mim a menos que soubesse que está certo e isso é o que me assusta nesta conversa isso me assusta pode-se pensar que a luz deveria viajar à mesma velocidade em todas as direções mas não é tão simples assim mas a verdade é que isso é uma convenção em vez de um fato verificado experimentalmente o próprio einstein apontou isso em seu famoso artigo de 1905 sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento ele passa as primeiras páginas sobre o problema de sincronizar relógios em diferentes locais a e b e ele diz: “não há como podemos comparar significativamente os tempos que eles medem a menos que estabeleçamos por definição que o tempo necessário para a luz viajar de a para b é igual ao tempo necessário para viajar de b para a ele está essencialmente definindo que a velocidade da luz em direções opostas é a mesma e ele coloca por definição em itálico para nos lembrar que isso é apenas uma convenção isso é conhecido como a convenção de sincronização de einstein então a ideia de que a velocidade da luz é a mesma em direções opostas como einstein escreveria mais tarde não é nem uma suposição nem uma hipótese sobre a natureza física da luz mas uma estipulação que posso fazer voluntariamente para definir a simultaneidade isso parece muito mais subjetivo do que como a maioria das pessoas imagina que a velocidade da luz é definida cara isso é hardcore eu nunca pensei sobre isso nunca tinha pensado nisso antes sempre presumi que quando dissemos que a velocidade da luz é c nos referíamos à velocidade unidirecional da luz não é possível definir a velocidade unidirecional da luz apenas a velocidade bidirecional pode ser definida basta olhar para a maneira como einstein definiu c é para a viagem de ida e volta de a para b nas aulas de física quando havia um relógio de luz ele sempre refletia a luz para cima e depois de volta você nunca veria um relógio de luz apenas refletir a luz em uma direção e é por isso a única constante para todos os observadores inerciais é a velocidade da luz em duas direções por mais de um século cientistas buscaram uma forma de medir a velocidade da luz em uma única direção um artigo publicado no american journal of physics em 2009 afirma: “medir a velocidade da luz em uma única direção” e aqui está o artigo desmascarando este estudo apontando que esses autores estavam na verdade medindo a velocidade da luz de ida e volta você pode ter ideias de como medir a velocidade da luz em uma única direção vamos discuti-las então não dá para usar uma câmera de alta velocidade com um trilhão de fps para ver a luz passando por um objeto o problema é que você não só vê a luz passar pelo objeto mas também a vê rebater de volta para a câmera medindo a velocidade de ida e volta não apenas de ida aqui está pegue um rolo de cabo de fibra óptica sabe eu não sei quase 300.000 km e então você poderia emitir a luz aqui e ter a outra ponta da fibra aqui e você poderia acender aqui e então esperar e ver o atraso ver se é um segundo depois aqui a questão é que essa fibra ela está girando e girando e girando então pode ser que quando a luz vai por cima do loop ela vai mais devagar e quando vai por baixo vai mais rápido tudo se equilibra na fibra e você está essencialmente obtendo muitas viagens de ida e volta nessa fibra então você nunca está obtendo uma viagem só de ida e se você colocar um dispositivo de sincronização entre seus dois relógios e enviar pulsos simultâneos bem se a velocidade da luz for a mesma em ambas as direções isso sincroniza perfeitamente seus relógios mas se a velocidade da luz for diferente em cada direção um dos relógios estará à frente do outro e estará à frente na quantidade certa para que quando você medir a velocidade da luz encontrará o valor para ser c mesmo que essa não fosse a velocidade com que a luz estava viajando é por isso que os relógios sincronizados por gps não funcionam o sistema gps baseia-se na premissa de que a velocidade da luz é constante em todas as direções se a velocidade da luz variar em diferentes direções os pulsos de luz dos satélites terão velocidades distintas desincronizando os relógios com isso quero dizer que eles sempre medirão c para a velocidade unidirecional da luz seja ela qual for que tal sincronizarmos relógios no centro e movê-los em direções opostas com velocidades iguais assim a dilatação do tempo será igual para cada relógio mantendo-os sincronizados ao chegarem aos destinos finais mas novamente isso só funciona se a velocidade da luz em cada direção for a mesma se a velocidade da luz depende da direção a dilatação do tempo também pode-se pensar em mover os relógios muito lentamente para que a dilatação do tempo seja insignificante mas se a velocidade da luz varia em diferentes direções não se pode usar a fórmula padrão para calcular a dilatação do tempo quer dizer pode ser muito pior do que você pensa então a realidade é que estamos presos precisamos de relógios sincronizados para medir a velocidade unidirecional da luz mas precisamos conhecer a velocidade unidirecional da luz para sincronizar nossos relógios isso pode parecer apenas uma preocupação acadêmica então quero passar por um exemplo para ilustrar o quão diferente o universo funciona se a velocidade da luz não for a mesma em todas as direções digamos que em marte mark tenta sincronizar seu relógio com o tempo da terra ao meio-dia o controle da missão enviou uma mensagem informando que o sinal foi enviado exatamente às 12 horas ao receber a mensagem mark usa a convenção de sincronização de einstein para ajustar seu relógio ele sabe que o atraso de ida e volta é de 20 minutos então assume que o sinal levou 10 minutos para chegar até ele ele programa seu relógio para meioia e 10 e envia uma resposta que foi enviada neste horário a mensagem chega à terra ao meioia 20 confirmando que a sincronização foi um sucesso para ambos os lados quando o relógio marca 12,20 na terra simultaneamente marca 12,20 em marte considere agora o que ocorre se a velocidade da luz diferir em cada direção vamos dizer que é c sobre 2 da terra para marte e então instantâneo de marte de volta para a terra as pessoas desconhecem esse fato e portanto seguem usando a convenção de einstein a mensagem é enviada da terra levando agora 20 minutos completos para alcançar marte mark desconhece que o sinal levou 10 minutos para chegar até ele então ele ajusta seu relógio para 12:10 da tarde embora na terra já seja 12:20 marque então envia esta resposta enviada às 12:10 da tarde que é recebida instantaneamente na terra às 12:20 horário da terra a experiência para os dois comunicadores é a mesma com as mesmas mensagens recebidas nos mesmos atrasos de tempo local porém seus relógios estão dessincronizados por 10 minutos o que eles pensam ser o mesmo momento para o outro observador na verdade não é e não há como eles reconhecerem ou corrigirem esse erro imagine se alguém na terra respondesse imediatamente: “quanto tempo essa mensagem levou para chegar até você?” agora são 12:20 bem a mensagem levaria 20 minutos para chegar a marte mas devido aos relógios estarem fora de sincronia chegaria às 12:30 no horário de marte então mark responderia 10 minutos uma mensagem que chegaria instantaneamente à terra às 12:40 no horário da terra o diagrama espaço-tempo mostra como a flexibilidade no que você considera ser o mesmo momento em dois locais diferentes e em como você define a velocidade unidirecional da luz einstein escolheu a convenção onde a velocidade unidirecional da luz é sempre a mesma mas de uma perspectiva experimental qualquer outra convenção é tão válida quanto até incluindo uma onde a velocidade da luz é c dividido por 2 em um sentido e instantânea no outro sentido e nesse caso é interessante pensar sobre o que cada observador está vendo quando olha para o outro mark estaria vendo a terra como era 20 minutos atrás mas a terra está vendo marte em tempo real exatamente como é agora e esse efeito não pararia em marte olhe além dele e você poderia ver estrelas a centenas de anos luz de distância não como elas pareciam séculos atrás mas exatamente como são neste exato instante uma das coisas é que você só sabe sobre essa luz quando ela chega até você e você não sabe nada sobre a jornada que ela fez para chegar até você você apenas a vê e ela está lá então é como se fosse instantâneo ou seja uma interpretação instantânea dessa luz é tão boa quanto uma onde leva c para nos alcançar isso está me deixando confuso é meio incompreensível não é claro que é e o ponto principal do vídeo é que a velocidade da luz é insondável e que todos concordam que é constante em todas as direções baseado em algo que einstein escreveu em 1905 mas a verdade é que a física funciona da mesma maneira seja c ou c sobre 2 e instantâneo ou qualquer coisa entre eles contanto que a viagem de ida e volta resulte em c nenhuma física quebra e isso é a coisa louca então se nunca podemos medir a velocidade da luz em um só sentido e se isso não faz diferença para nenhuma das leis da física qual é o ponto de até mesmo falar sobre isso essa é uma perspectiva válida em um debate contínuo desde 1905 alguns físicos recorrem a navalha de não seria mais simples se a luz viajasse à mesma velocidade em todas as direções a maioria dos físicos aceita a convenção e segue em frente mas é importante ressaltar que é apenas uma convenção não um fato empiricamente verificado [Música] pessoalmente acho fascinante que isso seja algo que está escondido de nós sobre o universo claro a velocidade de ida e volta da luz é c mas a velocidade em um só sentido até tem um valor bem definido e se não tiver o que que isso significa para o conceito de simultaneidade quando é agora em marte faz sentido falar sobre coisas acontecendo ao mesmo tempo se estão separadas por distância sabe talvez isso seja uma peculiaridade estranha do universo e não haja uma boa razão para isso ou talvez quando a física der o próximo salto paradigmático nossa incapacidade de medir a velocidade da luz em um só sentido será a pista óbvia paraa forma como a relatividade geral a mecânica quântica o espaço e o tempo estão todos conectados e nos perguntaremos por não vimos isso antes