Velocidade da luz pode não ser constante, dizem os físicos

A velocidade da luz é constante, ou assim dizem os livros. Mas alguns cientistas estão a explorar a possibilidade de este limite de velocidade cósmico sofrer alterações em consequência da natureza do vácuo do espaço.

A definição da velocidade da luz tem algumas implicações mais amplas para áreas como a cosmologia e astronomia, que assumem uma velocidade estável da luz ao longo do tempo. Por exemplo, a velocidade da luz emerge quando se mede a constante de estrutura fina (alfa), a qual define a intensidade da força electromagnética. 

E a velocidade da luz variável mudaria as forças de ligações moleculares e de densidade da matéria nuclear em si. A velocidade não constante da luz poderia significar que as estimativas do tamanho do universo podem ser desactivadas. (Infelizmente, isso não significa, necessariamente, que se pode viajar mais rápido que a luz, porque os efeitos das teorias físicas, tais como a relatividade são uma consequência da velocidade da luz).

Dois artigos, publicados no European Physics Journal D em março, tentam derivar a velocidade da luz a partir das propriedades quânticas do próprio espaço. Ambos propõe mecanismos um pouco diferentes, mas a ideia é que a velocidade da luz poderia mudar como uma alteração nas suposições sobre como as partículas elementares interagem com a radiação. Ambas vêm o espaço como algo que não é vazio, mas uma grande sopa de partículas virtuais que pisca dentro e fora da existência em pequenas frações de segundo.

O primeiro, do autor Marcel Urban da Université du Paris-Sud, olha para o vazio cósmico, que é muitas vezes assumido como espaço vazio. As leis da física quântica, que governam as partículas subatómicas e todas as coisas muito pequenas, dizem que o vácuo do espaço está realmente cheio de partículas fundamentais, como quarks, chamadas de partículas "virtuais". Estas partículas de matéria, que são sempre emparelhado com o seu homólogo de antipartícula apropriado, salta à existência e colide quase imediatamente. 

Quando partículas de matéria e antimatéria se tocam, elas aniquilam-se mutuamente. Fotões de luz, enquanto voam através do espaço, são captadas e re-emitidos por essas partículas virtuais. Urban e seus colegas propõem que as energias destas partículas - especificamente a quantidade de carga que carregam - afetam a velocidade da luz. Desde que a quantidade de energia que uma partícula tenha, no momento de um embate com fotão é essencialmente aleatório, o efeito sobre a velocidade dos fotões deve variar muito.

Como tal, a quantidade de tempo que a luz leva para atravessar uma dada distância deve variar com a raiz quadrada dessa distância, embora o efeito seja muito pequena - da ordem de 0,05 femtoseconds para cada metro quadrado de vácuo. Um femtosegundo é um milionésimo de um bilionésimo de segundo. Para encontrar esta pequena oscilação, dizem os pesquisadores, pode-se medir o quão dispersa a luz a longas distâncias. 

Alguns fenómenos astronómicos, como explosões de raios gama, produzem pulsos de radiação de longe o suficiente para que as flutuações poderem ser detetadas. Os autores também propõem usar lasers devolvidos entre espelhos colocados a cerca de 100 metros de distância, com um feixe de luz que salta entre eles várias vezes, para procurar essas pequenas mudanças.

O segundo artigo propõe um mecanismo diferente, mas chega à mesma conclusão de que há mudanças na velocidade da luz. Neste caso, Gerd Leuchs e Luis Sánchez-Soto, do Instituto Max Planck para a Física da Luz, em Erlangen, na Alemanha, dizem que o número de espécies de partículas elementares que existe no universo pode ser o que faz com que a velocidade da luz seja o que é.

Leuchs e Sanchez-Soto dizem que não devem haver, pelos seus cálculos, 100 "espécies" de partículas que possuem cargas. A lei atual que rege a física de partículas, o Modelo Padrão, identifica nove: o electrão, muão, tauão, os seis tipos de quarks, fotões e W-Higgs. As cargas de todas estas partículas são importantes para o seu modelo, porque todos eles têm cargas. A quantidade chamada de impedância depende da soma dessas cargas. 

A impedância, por sua vez depende da permissividade do vácuo, ou o quanto ele resiste a campos elétricos, bem como a sua permeabilidade, ou o quão bem ele suporta campos magnéticos. As ondas de luz são feitas de uma onda, tanto eléctrica como magnética, alterando assim as quantidades de permissividade (permeabilidade), sendo que tal irá alterar a velocidade medida da luz.

No entanto, alguns cientistas estão um pouco céticos. Jay Wacker, um físico de partículas, disse que não estava confiante sobre as técnicas matemáticas utilizadas, e que parecia que em ambos os casos, os cientistas não estavam a aplicar as ferramentas matemáticas da maneira que a maioria faria. "A maneira correta de fazer isso é com os diagramas de Feynman", disse Wacker. "É uma questão muito interessante [a velocidade da luz]", acrescentou, mas os métodos utilizados nestes documentos não são, provavelmente, suficientes para a investigar.

A outra questão é que, se há realmente um monte de outras partículas além do que está no modelo padrão, então esta teoria precisa de alguma revisão séria. Mas até agora as suas previsões foram confirmadas, principalmente com a descoberta do bosão de Higgs. Isso não significa que não há mais partículas para serem encontradas - mas se elas estão lá fora, elas estão acima das energias atualmente alcançáveis ​​com os aceleradores de partículas e, portanto, muito pesadas, e é possível que os seus efeitos tivessem aparecido noutro lugar.