Como a dilatação do tempo afeta o envelhecimento durante viagens espaciais de alta velocidade?

A dilatação do tempo é um conceito que aparece em muita ficção científica, incluindo o jogo de Ender, de Orson Scott Card, onde um personagem envelhece apenas oito anos no espaço enquanto 50 anos se passam na Terra. Este é precisamente o cenário delineado no famoso experimento mental: Twin Paradox: um astronauta com um gêmeo idêntico no controle de missão faz uma viagem ao espaço em um foguete de alta velocidade e volta para casa para descobrir que o gêmeo envelheceu mais rápido.

A dilatação do tempo remonta à teoria da relatividade especial de Einstein, que nos ensina que o movimento através do espaço realmente cria alterações no fluxo do tempo. Quanto mais rápido você se move pelas três dimensões que definem o espaço físico, mais lentamente você se move pela quarta dimensão, tempo – pelo menos em relação a outro objeto. O tempo é medido de maneira diferente para o gêmeo que se moveu através do espaço e o gêmeo que ficou na Terra. O relógio em movimento bate mais devagar do que os relógios que estamos assistindo na Terra. Se você puder viajar perto da velocidade da luz, os efeitos serão muito mais pronunciados.


Ao contrário do Twin Paradox, a dilatação do tempo não é um experimento mental ou um conceito hipotético – é real. As experiências de Hafele-Keating de 1971 provaram o mesmo, quando dois relógios atômicos voaram em aviões que viajavam em direções opostas. O movimento relativo realmente teve um impacto mensurável e criou uma diferença de tempo entre os dois relógios. Isso também foi confirmado em outros experimentos de física (por exemplo, partículas de múon em movimento rápido levam mais tempo para se decompor).

Portanto, em sua pergunta, um astronauta que retornasse de uma jornada espacial em “velocidades relativísticas” (onde os efeitos da relatividade começam a se manifestar – geralmente pelo menos um décimo da velocidade da luz) seria, ao retornar, mais jovem que os amigos da mesma idade e família que ficou na Terra. Exatamente quanto mais jovem depende exatamente da rapidez com que a sonda estava se movendo e acelerando, portanto não é algo que possamos responder prontamente. Mas se você está tentando alcançar um exoplaneta a 10 ou 50 anos-luz de distância e ainda assim chegar em casa antes de morrer de velhice, terá que se mover próximo da velocidade da luz.

Há outra ruga aqui que vale a pena mencionar: dilatação do tempo como resultado de efeitos gravitacionais. Você pode ter visto o filme de Christopher Nolan, Interstellar, onde a proximidade de um buraco negro faz com que o tempo em outro planeta desacelere tremendamente (uma hora naquele planeta são sete anos na Terra).

Essa forma de dilatação do tempo também é real, e é porque na teoria da relatividade geral de Einstein, a gravidade pode dobrar o espaço-tempo e, portanto, o próprio tempo. Quanto mais próximo o relógio está da fonte de gravitação, mais lento o tempo passa; quanto mais longe o relógio estiver da gravidade, mais rápido o tempo passará. (Podemos salvar os detalhes dessa explicação para uma futura câmara de ar.)

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