Uma das conseqüências mais não intuitivas da teoria da relatividade de Einstein é que não há espaço absoluto ou tempo absoluto. Se você perguntar onde e quando estiver, responderá. Mas se você e eu dispersarmos uma longa distância, e perguntarmos onde e quando, como você pensa que sou, nossas respostas não necessariamente coincidirão. Acontece que, na teoria geral da relatividade, não existe um método universal para determinar o espaço e o tempo (e distâncias) além do local em que você está. Como resultado, temos várias maneiras de definir essas coisas, e é com isso que a pergunta do leitor é conectada:
Gostaria de ver sua explicação sobre o tempo conforme e a distância associada - o que é, quando e como eles são usados em comparação com o tempo e a distância usuais.
Usando conceitos como "tempo" e "distância" no discurso comum, fazemos muitas suposições, nas quais raramente pensamos.
Se você acha que pode me dizer que onde estou, a hora do dia é 10h05 da manhã e estou a 700 metros de você, talvez você não entenda em que base confia em suas estimativas. Você assume que nossos relógios funcionam na mesma velocidade, que eles vêm do mesmo lugar em que concordamos com o valor do tempo e que, quando reunimos esses relógios novamente, eles também serão consistentes entre si. É simples, não é?
Mas isso só é possível se duas condições importantes forem atendidas:
1. Nada se move em relação a tudo o resto. Se dois objetos adquirem velocidade em relação um ao outro, eles experimentam um curso de tempo diferente (e uma sensação de distância). Partículas instáveis que se movem a velocidades próximas à velocidade da luz parecem viver mais por causa do alongamento do tempo, e os astronautas a bordo da ISS, movendo-se rapidamente pela Terra, envelhecem de maneira um pouco diferente das pessoas que estão imóveis na Terra.
2. O espaço é absolutamente plano, o que nunca acontece. A relatividade geral funciona no Universo e, de acordo com ela, a existência de matéria e energia significa que o espaço é curvo e que o relógio opera em velocidades diferentes, dependendo da profundidade da imersão no campo gravitacional. O relógio no topo do Empire State Building todos os anos fica a poucos microssegundos do relógio aos seus pés.
As mesmas restrições se aplicam às distâncias: o movimento e a curvatura do espaço tornam impossível para observadores em locais diferentes a adoção de um padrão universal de distância. Mas para grandes distâncias, algo mais começa a desempenhar um papel: o fato da expansão do próprio tecido do espaço do universo em escalas cósmicas. Não podemos mais falar sobre as distâncias entre galáxias como algo que pode ser medido por algum governante acordado, já que o espaço entre galáxias se expande com o tempo. E isso leva a problemas quando começamos a conversar, por exemplo, sobre as galáxias mais distantes do universo.
O atual recordista espacial de distâncias está localizado em um desvio para o vermelho de 11,1, o que significa que, durante a existência do Universo, a 13,8 bilhões de anos do Big Bang, sua luz chegou até nós, tendo viajado 13,4 bilhões de anos. Mas a que distância esta galáxia está de nós? Você pode, com base no tempo gasto no caminho, decidir que está a 13,4 bilhões de anos-luz de distância - mas esse não é o caso. Quando a luz que nos chegou foi emitida por esta galáxia, não estavam a mais de dois bilhões de anos-luz de nós. Graças à expansão do Universo, nós, usando o padrão de medidas geralmente aceito, podemos dizer que agora estamos a 32 bilhões de anos-luz de nós. É difícil definir o padrão de distância universal em um universo em expansão, no qual as distâncias mudam com o tempo.
Portanto, um dos conceitos que introduzimos ao responder à pergunta de um leitor é o conceito de diferentes tipos de distâncias. Ele nos pergunta sobre um deles - sobre a
distância do
atendente . Este é um dos meus conceitos favoritos: implica que as distâncias no universo mudam devido à expansão do Hubble, portanto exclui a extensão dos cálculos. É muito conveniente para simular a formação de estruturas do Universo como estrelas, galáxias, aglomerados e fios. A gravidade, é claro, está contribuindo, mas o Universo vem se expandindo todo esse tempo. Sabendo como ajustar as distâncias para expansão, podemos ver como as estruturas em larga escala do Universo evoluem. Observar visualmente isso é muito mais interessante do que observar a expansão do Universo e tentar discernir em tudo isso o processo de formação da estrutura.
Como espaço e tempo estão inextrincavelmente ligados ao conceito de espaço-tempo que os une, precisamos de um novo conceito de tempo, correspondente a cada um dos novos conceitos de distâncias que inventamos. O tempo conforme será o parceiro temporário da distância que o acompanha. Se pudéssemos magicamente congelar instantaneamente toda a expansão do Universo em todos os lugares, o tempo conforme corresponderá ao quanto um raio de luz leva tempo para viajar de um determinado lugar para você.
Para a galáxia mais distante do Universo, o tempo conforme será de 32 bilhões de anos. Para a distância percebida do Big Bang, serão 46 bilhões de anos. E isso apesar do fato de que 400 milhões de anos se passaram desde o Big Bang até a emissão de luz pela primeira galáxia. Nos estágios iniciais, a expansão do Universo era tão rápida - e o resultado ainda é sentido hoje - que a diferença de 14 bilhões de anos de tempo conforme corresponde à diferença de 400 milhões de anos de tempo "certo" (que simplesmente chamamos de "tempo").
Se falarmos sobre eventos que ocorrem na Terra, onde nada se move com velocidades próximas à luz e não muda muito no campo gravitacional, os diferentes tipos de "distâncias" e "tempos" coincidem. Mas se falamos de um Universo em expansão em uma escala cósmica, a distância e o tempo certos podem não ser tão úteis e interessantes quanto a distância e o tempo conforme. E da próxima vez que você vir uma simulação do Universo e ver que o Universo não parece se expandir, lembre-se de que a simulação ocorre usando as distâncias associadas, embora possa usar o tempo correto.
E quando você ouvir algo sobre um objeto muito distante, localizado a uma distância inferior a 14 bilhões de anos-luz de nós, tenha em mente que, provavelmente, estamos falando de uma distância que o acompanha. De acordo com nossos governantes corretos e habituais, é provável que essa distância seja muito maior!