Cientistas conseguiram fazer a luz dar marcha-a-ré

Jonathan Sherwood - 16/05/2006

Para trás e mais rápido

Nos anos recentes, os cientistas descobriram formas de fazer a luz ir tanto mais rápido quanto mais lento do que a sua "velocidade tradicional".

Mas agora pesquisadores da Universidade de Rochester,nos Estados Unidos, publicaram um estudo na revista Science mostrando como eles deram um passo ainda mais à frente (ou seria para trás?): fazendo a luz dar marcha-a-ré.

Como se tentasse desafiar o senso comum, o pulso de luz que se move para trás viaja mais rápido do que a luz.

Confuso? Você não está sozinho.

"Eu vi alguns dos maiores especialistas do mundo coçando suas cabeças ao pensar nisto," diz o professor Robert Boyd. "A teoria prevê que nós podemos enviar a luz para trás, mas ninguém sabia se a teoria iria se confirmar ou mesmo se ela poderia ser observada em condições de laboratório."

Velocidade negativa

Boyd recentemente demonstrou como diminuir a velocidade de um pulso de luz para uma velocidade menor do que a de um avião, ou acelerá-la para uma velocidade maior do o seu já rapidíssimo ritmo, utilizando técnicas e materiais exóticos.

Mas agora ele utilizou o que já foi considerado uma esquisitice matemática - a velocidade negativa - e mostrou seu funcionamento no mundo real.

"É uma coisa esquisita," diz Boyd. "Nós enviamos um pulso através de uma fibra óptica e, antes mesmo que seu pico entre na fibra, ele está saindo do outro lado. As experiências nos permitiram ver que um pulso no interior da fibra estava de fato se movendo para trás, interligando os pulsos de entrada e saída."

E aí, Einstein não balançaria seu indicador para uma coisa tão estranha? Afinal, isso parece violar o dogma sagrado de que nada pode viajar mais rapidamente do que a luz.

"Einstein disse que a informação não pode viajar mais rápido do que a luz e, neste caso, como em todos os experimentos que aceleram a luz, nenhuma informação está de fato se movendo mais rapidamente do que a luz," explica Boyd. "O pulso de luz tem o formato de uma corcova, com um pico e longas bordas de subida e descida. A borda de subida carrega toda a informação acerca do pulso e entra primeiro na fibra. Quando o pico entra na fibra, a borda de subida já está bem na frente, saindo. A partir da informação dessa borda de subida, a fibra essencialmente 'reconstrói' o pulso no outro lado, enviando uma versão para fora da fibra, e outro para trás, em direção à entrada da fibra."

Boyd já está trabalhando em métodos para ver o que irá acontecer se ele conseguir gerar um pulso sem borda de subida. Einstein disse que todo o fenômeno "mais rápido do que a luz" e "luz de marcha-a-ré" irá desaparecer. Boyd está ansioso para testar essa idéia de Einstein.

Como a luz dá marcha-a-ré?

Boyd, juntamente com os estudantes George M. Gehring, Aaron Schweinsberg, Christopher Barsi e Natalie Kostinski, enviaram um pulso de laser através de uma fibra óptica que havia sido dopada com o elemento érbio. Quando o pulso deixou o laser, ele foi dividido em dois. Um pulso viajou pela fibra de érbio e o segundo viajou por uma fibra comum, para servir de referência. O pico do pulso emergiu do outro lado da fibra antes que o pico entrasse na fibra, e bem à frente do pico do pulso de referência.

Mas, para descobrir se o pulso estava verdadeiramente viajando para trás no interior da fibra, Boyd e seus estudantes tiveram que cortar a fibra a cada duas polegadas e medir novamente os picos do pulso quando eles saíam de cada seção descascada da fibra. Organizando esses dados e colocando-os em uma seqüência temporal, Boyd foi capaz de descrever, pela primeira vez, que o pulso de luz estava se movendo para trás no interior da fibra.

Para entender como a velocidade da luz pode ser manipulada, imagine um espelho de um parque de diversões, daqueles que o faz parecer-se mais gordo. À medida em que você anda ao lado do espelho, você aparece normal, mas, ao atingir a porção curva no centro do espelho, seu reflexo se estica, com a borda da frente saltando à sua frente (seu corpo funcionando como referência) por um breve instante.

Da mesma forma, um pulso de luz enviado através de materiais especiais move-se à velocidade normal até atingir uma determinada substância, onde ele é esticado para alcançar e sair do outro lado do material.

Por outro lado, se o espelho for do tipo que o faz parecer-se mais magro, seu reflexo parece repentinamente se encolher, com a borda da frente andando mais lentamente à medida em que você passa pela seção curva. Da mesma forma, pode-se fazer com que um pulso de luz se contraia e ande mais lentamente no interior de um material, saindo do outro lado bem depois do que o faria normalmente.

Luz com velocidade negativa

Para visualizar o pulso de luz que viaja para trás, substitua o espelho por uma grande TV e uma câmera de vídeo. Como você deve ter notado quando passa à frente de um conjunto assim em uma loja de departamentos, à medida em que você anda à frente da câmera, sua imagem aparece no lado da TV oposto àquele onde você se encontra. Sua imagem anda em sua direção, passa por você no meio e continua se movendo na direção oposta até desaparecer no outro extremo da tela.

Um pulso de luz com velocidade negativa age de forma muito parecida. À medida que o pulso entra no material, um segundo pulso aparece no outro lado da fibra e flui para trás. O pulso reverso não apenas se propaga para trás, mas ele libera um pulso que vai na direção da outra extremidade da fibra.

Desta forma, o pulso que entra na frente da fibra aparece do outro lado quase que instantaneamente, aparentemente viajando mais rapidamente do que a velocidade normal da luz. Para utilizar novamente a analogia da TV, é como se você caminhasse à frente da vitrine da loja, visse sua imagem andando em sua direção a partir do lado oposto da TV, e que sua imagem criasse um clone na outra extremidade, andando na mesma direção que você, vários passos à frente.

"Eu sei que isto soa esquisito, mas é assim que o mundo funciona," diz Boyd.

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