Natureza da Luz: Simultaneidade: Tem Aspectos Absoluto e Relativo

Betelgeuse foi fotografada em luz ultravioleta pelo Telescópio Espacial Hubble e posteriormente aprimorada pela NASA (cortada pelo autor). Há uma estrela vermelha gigante chamada Betelgeuse. Eu pronuncio o seu nome "Beetle Juice" em Inglês, que não é o jeito certo, eu sei. Ela tem cerca de 700 vezes o diâmetro do sol. Se fosse localizada onde o sol está, estaríamos dentro dela. Sua superfície seria em algum lugar ao redor da órbita de Júpiter. É uma das estrelas de canto da Constelação de Orion. Algumas pessoas dizem que o seu nome significa "braço" porque está localizada na axila de Orion, o caçador, como descrito no antigo Zodíaco.

Impressão do artista de Betelgeuse indo supernova. Betelgeuse está cerca de 640 anos-luz da Terra. Isso é uma sorte, porque pensa-se que é muito instável. Poderá explodir a qualquer momento, tornando-se uma supernova, como ilustrado à esquerda. Os cientistas especulam, que quando isso acontecer, apesar de sua grande distância, ela resplandecerá, em nosso céu, como um segundo sol por mais de 10 dias. Depois disto, pensa-se que Betelgeuse entrará em colapso, tornando-se uma pequena estrela de nêutrons de apenas 20 km de diâmetro. Mas as pessoas na Terra só poderão testemunhar este evento 640 anos depois da explosão.

Representação diagramática da frente de onda da supernova de Betelgeuse a meio caminho da Terra. Isso porque o flash da supernova, viajando à velocidade da luz, levará 640 anos para chegar até nós. À direita, o círculo branco representa a distância de Betelgeuse que o flash da supernova pode alcançar [em sua jornada para todos os observadores possíveis] cerca de 320 anos após o evento. A própria Betelgeuse não existe mais. Apenas uma pequena estrela de nêutrons, que não podemos ver, fica em seu lugar. No entanto, quando olhamos para o céu noturno, ainda vemos o grande gigante vermelho em toda a sua majestade. Isso ocorre porque a luz de sua imagem agora entrando em nossos olhos começou sua jornada até nós 320 anos antes da explosão de Betelgeuse. Por mais de 320 anos, o flash da supernova Betelgeuse continuará em sua jornada até nossos olhos.

Estou escrevendo isto no ano 2013 dC. Suponha que os nossos descendentes testemunhem a supernova Betelgeuse em 2333 dC. Para que isso aconteça, Betelgeuse deve ter explodido como uma supernova em 1693 dC. Isso significa que Betelgeuse explodiu quando Edmund Halley (o famoso astrónomo para quem o cometa foi nomeado) publicou seu artigo "Uma estimativa dos graus da mortalidade da humanidade". O julgamento das bruxas de Salem estava ocorrendo e Louis XIV estava atacando Heidelberg. Mas a humanidade não vai testemunhar este evento passado até mais de 320 anos a partir de agora.

A Noção de Tempo como Universal

Mas isto faz sentido? Essa noção do tempo está correta? É válido pensar que o tempo de Halley na Terra é o mesmo que o tempo na vizinhança de Betelgeuse quando ela explodiu como supernova? Uma declaração como "Betelgeuse explodiu como supernova em 1693" é cientificamente significativa? Se assim for, isto implica que o tempo é algum tipo de medida universal absoluta. Em outras palavras, é o mesmo em todos os lugares.

Com isso, não estou dizendo que o tempo deve ser medido nas mesmas unidades em todos os lugares. Nós usamos, como base para medir o tempo, da escala de anos Anno Domini. No entanto, o tempo poderia ser medido em várias escalas na mesma forma em que a temperatura (que tem um zero absoluto universal) pode ser expressa em diferentes escalas como Kelvin, Celsius ou Fahrenheit. Poderíamos, teoricamente, usar o período de rotação da Via Láctea ou o período da linha H-alfa de hidrogênio em gravidade zero como nossa unidade básica para medir o tempo. Mas, qualquer unidade, que usemos para dividir o tempo, estamos medindo algo que percebemos ser essencialmente o mesmo em todo o universo.

Se esse raciocínio for verdade, podemos dizer que Betelgeuse indo supernova e Edmund Halley publicando seu artigo sobre "Uma estimativa dos graus da mortalidade da humanidade" foram eventos simultâneos. Estes eventos foram simultâneos não só do ponto de vista de Halley, mas também do nosso ponto de vista aqui e agora e também do ponto de vista de nossos descendentes que testemunharão a supernova em 2333. E isto é apesar o fato que a Terra e o ponto onde Betelgeuse foi quando explodiu devem ter movidos distâncias vastas desde esse evento.

Tudo isto dá credibilidade a idéia de que o próprio tempo tem algum tipo de aspecto universal. Isso significa que o "ponto" no tempo que chamamos de 1693 (independentemente de qualquer escala em que seja medida) existe conceitualmente como o mesmo "instante" em todo o universo.

Observação versus Percepção

Suponha que, no ano de 2333 dC, o meu neto × bis¹² (eu não quis escrever "bis" 12 vezes) está ficando um bom bronzeado uma noite sob o brilho abrasador da supernova Betelgeuse. Ele pensa: "Este calor que estou sentindo agora e o brilho que estou agora vendo foi causado por um evento de curta duração que ocorreu em 1693". Ele pensa isto porque ele sabe, de conhecimento astronômico geralmente disponível, que o efeito da supernova Betelgeuse levou 640 anos para alcançá-lo.

Não obstante, como cientista, meu neto × great¹² só pode (objetivamente) observar o efeito da supernova de Betelgeuse em seu "aqui e agora". A causa deste efeito — o evento de 1693 na Constelação de Orion — é algo com o qual ele nunca pode se conectar. Não é parte do universo dele, nunca foi, e nunca será. Em outras palavras, está fora do passado horizonte de eventos pessoal dele. É algo que ele só pode deduzir do axioma científico de que um efeito tem uma causa, mesmo que a causa seja fundamentalmente fora do domínio de observabilidade do observador.

Ele percebe, assim, com o olho da sua mente, algo que ele nunca pode observar. A publicação do artigo de Halley e a explosão de Betelgeuse são, portanto, uma simultaneidade percebida, não observada. No entanto, eu penso que seria arrogante de qualquer cientista afirmar que o que quer que esteja fora do próprio passado horizonte de eventos dele não existe — mesmo no contexto de um universo puramente material. Em outras palavras, há muito mais para o universo material do que o passado horizonte de eventos da humanidade, como observado apartir de nossa pequena bola espacial azul.

Simultaneidade: Observada vs Percebida

No capítulo 9 de seu livro "Relatividade — A Teoria Geral e Especial", Albert Einstein usa um trem "em movimento" e um aterro de linha ferroviária "estacionário" como dois quadros de referência em movimento relativo para ilustrar a noção da relatividade da simultaneidade. Os dois eventos "simultâneos" do Einstein não são supernovas, mas quedas de raios de relâmpago. Para ilustrar a relatividade da simultaneidade observada, prefiro não complicar a questão usando quadros de referência em movimento relativo. Prefiro, em vez disso, usar um único quadro de referência e simplesmente mover o observador de um lugar para outro dentro do quadro. Eu também prefiro manter minhas supernovas em vez de mudar para relâmpago.

Frentes de onda de supernova para Betelgeuse e seu gêmeo fictício, Bugjuice, equidistante da Terra em linha reta. Suponha que Betelgeuse tenha um gêmeo chamado Bugjuice, que também está a 640 anos-luz da Terra, mas na direção oposta de Betelgeuse. Ambos tornam-se supernova no mesmo instante em 1693. Meu neto × bis¹² deve ver ambas as supernovas ocorrerem simultaneamente no ano 2333, como mostrado à esquerda.

As duas supernovas também devem ser vistas simultaneamente em qualquer lugar na linha que contém todos os pontos que são equidistantes das duas supernovas. Na verdade, a linha é uma representação em um diagrama bidimensional do que é, na realidade, um plano no espaço tridimensional.

Frentes de onda de supernova para Betelgeuse e seu gêmeo fictício, Bugjuice, equidistante da Terra em direções diferentes. Se a Terra estiver localizada na posição mostrado no diagrama à direita, os eventos serão vistos mais tarde, talvez durante a vida do meu neto × bis¹⁵. Se sabemos, por algum meio que não a velocidade da luz (como por medidas de paralaxe históricas), que essas duas estrelas são equidistantes da Terra, então, pelo axioma de que um efeito tem uma causa, podemos afirmar que, no contexto do universo como um todo, estes eventos eram simultâneos.

Claro, se a Terra estiver em qualquer lugar do espaço que não seja no plano de equidistância das duas supernovas, então as duas supernovas não aparecerão simultaneamente, mesmo que ambos Betelgeuse e Bugjuice explodiram em 1693.

Frentes de onda para Betelgeuse e seu gêmeo fictício, Bugjuice, a diferentes distâncias da Terra na mesma linha reta que vai supernova em momentos diferentes. Possariam as duas supernovas parecer simultâneas quando não são simultâneas no sentido universal? Suponha que Bugjuice seja apenas 320 anos-luz da Terra. O flash da supernova de Bugjuice levará apenas 320 anos-luz para chegar à Terra. No entanto, meu neto × bis¹² vê todos os efeitos mensuráveis de ambas as supernovas que chegam simultaneamente. Para que isso aconteça, Betelgeuse ainda teria que ir a supernova em 1693. Bugjuice, no entanto, deve estar indo supernova agora em 2013. Os dois eventos não podem ter ocorrido no mesmo "tempo". Se meu neto × bis¹² sabe por medidas de paralaxe históricas que Bugjuice é apenas metade da distância da Terra que Betelgeuse, ele deduzirá perceptivamente que as duas supernovas não eram simultâneas, mesmo que todos os efeitos que emanam dos dois eventos sejam vistos, sentidos e medidos simultaneamente.

Eu percebo, portanto, que os efeitos que eu observo serem simultâneos, dentro dos limites do meu passado horizonte-de-eventos pessoal, não necessariamente têm causas simultâneas dentro do universo em geral.

A Filosofia da Realidade

Se o sol de repente deixou de existir, apareceria para nos que brilhe por mais 8 minutos. Este é o montante de tempo que a luz leva para nos alcançar aqui na Terra. Mas, mais do que isto, sua gravidade também continuará a nos manter em a sua órbita por mais 8 minutos. O tecido do espaço, como estressado pela massa do sol, não se relaxaria até que uma "onda de gravidade", que viajar à velocidade da luz, chegaria a relaxe este estresse. Em essência, não é apenas a luz que é constrangida ao limite de velocidade universal de 'c'. As informações sobre todos os fenômenos e eventos só pode viajar de uma causa para um observador afetado a essa velocidade máxima.

O resultado é que, do meu ponto de vista, como observador dentro do universo, a realidade é limitada ao que existe no meu próprio passado horizonte-de-eventos. O meu passado horizonte-de-eventos é o todo do meu reino da realidade. Nada além disso faz parte do meu universo. Conseqüentemente, o que é fundamentalmente possível para mim observar — efeitos relativistas e tudo — é para mim a totalidade da realidade.

Mas qual é a forma e a natureza desse reino da realidade? Objetos e eventos próximos de mim existem e ocorrem no meu presente. À medida que objetos e eventos se tornam mais distantes de mim, eles tornam-se mais velhos. Eles estão mais no meu passado. Não os vejo como são, mas como eram. Eu os vejo muito mais jovens do que são "agora". Mas "agora" não existe "lá fora" dentro do meu próprio passado horizonte-de-eventos. Não existe dentro do meu domínio da realidade. Apenas um passado progressivamente mais antigo de objetos e eventos mais jovens existe no meu universo.

Isso levanta uma questão interessante: onde é o lugar mais antigo do meu universo? Se eu definir o universo como sendo o todo, e sendo limitado a, o que pode me afetar, então o lugar mais antigo do universo é a singularidade do ponto em que a minha autoconsciência se interage com o meu passado horizonte-de-eventos pessoal. Nada fora disso pode se comunicar de forma alguma com o meu ser sentiente.

Assim, a realidade de cada pessoa é o seu passado horizonte-de-eventos pessoal. O que está dentro disto é real. Qualquer coisa fora disto não é. Isto, para mim, é a visão objetiva de observador do universo relativista.

Mas isto me deixa com um enigma. Embora toda a minha existência material esteja presa dentro do meu passado horizonte-de-eventos pessoal, minha mente consciente pode, no entanto, conceber uma realidade plausível fora dele. Na verdade, eu irei até dizer que minha mente consciente está ciente de uma realidade plausível além das paredes da minha prisão relativista.

Por exemplo, eu posso me transportar mentalmente para a vizinhança de Betelgeuse em 1693 dC e vê-lo explodir. Além disto, isto é consistente com o efeito observado pelo meu neto × bis¹² em 2333 dC. Ambos os eventos - uma causa e um efeito - estão fora do meu passado horizonte-de-eventos pessoal. Mas, para que ocorram, não viola nenhuma das leis físicas estabelecidas no meu domínio físico da realidade. Não há nada dentro do meu escopo de observação, dentro da minha prisão relativista, que proíbe a possibilidade de minha história hipotética para acontecer.

Eu, portanto, especularei razoavelmente que o universo contém, mas não está limitado a, o meu passado horizonte-de-eventos pessoal. E minha intuição me empurra para supor que o meu passado horizonte-de-eventos pessoal é apenas um aspecto minúsculo do universo real. O que vejo, portanto, é uma visão restrita, que é distorcida pelo próprio tecido do qual é feito.

A Paralelidade do Tempo

Suponha que eu seja meu neto × bis¹² no ano 2333 dC. Estou testemunhando a supernova Betelgeuse. Eu sei que Betelgeuse está a 640 anos-luz de distância. Concluímos, portanto, que o evento que presenciei aconteceu há 640 anos. Eu me transporte mentalmente através do tempo e do espaço. Estou na proximidade de Betelgeuse 640 anos atrás. Eu vejo a poderosa estrela explodir. Pergunta: é, ou não é, cientificamente significativo para mim dizer "Agora, neste momento na Terra, ao julgamentos das Bruxas de Salem estão ocorrendo"?

Ambos os eventos: a supernova de Betelgeuse e os julgamentos das Bruxas de Salem ocorreram 640 anos antes do ano 2333 dC da Terra. Intuitivamente, eles devem ter ocorreram. A diferença entre estes dois eventos é que a supernova de Betelgeuse (que, em 2333 dC, agora vejo) ocorreu dentro do meu horizonte de eventos passado, enquanto que os julgamentos das Bruxas de Salem não. Estou testemunhando a supernova Betelgeuse. Mas eu não posso, de modo algum, observar diretamente os julgamentos das Bruxas de Salem. No entanto, que ambos estes eventos realmente ocorreram 640 anos atrás, não tenho dúvidas.

O meu passado horizonte de eventos é um domínio de espaço que contém todos os pontos a partir dos quais eu posso sofrer efeitos transmitidos para mim através do intermédio de espaço à velocidade da luz. Se a velocidade da luz fosse infinita, isto incluiria todo o universo e eu experimentaria tudo como é "agora". Mas por que a velocidade da luz é finita, cada ponto no espaço do meu passado horizonte do eventos está ligado a um tempo específico, dependendo da sua distância de mim. Eventos que ocurrem ao dois pontos no meu horizonte de eventos passado que são equidistantes de mim, mas em diferentes direções ocorrem à mesma montante de tempo no meu passado.

Suponha que esses dois eventos ocorreram T anos atrás dentro do meu passado horizonte de eventos. Observe que eu digo o meu passado horizonte de eventos. Posso visualizar esses dois eventos "simultâneos" como ocorrendo em uma espécie de "superfície" geométrica no meu passado horizonte de eventos. Esta superfície contém todos os pontos do meu passado horizonte de eventos que se situam T anos dentro do meu passado.

Como observador na Terra no ano de 2333 dC, a supernova de Betelgeuse está em um ponto na superfície T=−640 anos no meu horizonte de eventos passado. Sugiro que a Terra em 1693 dC durante o julgamentos das Bruxas de Salem também esteja na superfície T=−640 anos. Mas pareceria que a parte desta superfície em que este evento está localizado não está dentro do meu passado horizonte de eventos.

Pareceria que a superfície, T=−640 anos, cruza-se com o meu passado horizonte de eventos, mas se estende para além dele para dentro de um domínio que é, para mim, fundamentalmente inobservável. Nem a luz, nem qualquer outro veículo natural de informação, pode intimar-me qualquer coisa sobre isso. Então, como posso saber sobre os julgamentos das Bruxas de Salem?

Parece que a informação pode, de algum modo chegar a mim (um observador) de fora do meu passado horizonte de eventos e sem viajar pelo espaço à velocidade da luz. As informações que chegam por este modo, no entanto, são fundamentalmente diferentes e são altamente suscetíveis a muitas formas de distorção. É o que chamamos da história. Mas a validade e confiabilidade da história é um outro asunto. Basta dizer que a história é suficientemente confiável para verificar, com grande certeza, que um domínio além do meu próprio passado horizonte de eventos realmente existe.

Horizonte do Tempo de Observador

Parece, portanto, que o meu horizonte de eventos einsteiniano enclausura apenas um pequeno setor do que eu chamarei de meu horizonte de tempo pessoal. Isso compreende um contínuo de esferas concêntricas que incluem a esfera em que T=−640 anos. Talvez eu possa melhor nomear esta esfera particular "S=agora−640 anos", em que "agora" é o momento em qual minha consciência está atualmente localizada.

Do meu ponto de vista, como observador na Terra em 2333 dC, a supernova de Betelgeuse e os julgamentos das Bruxas de Salem não foram eventos simultâneos. Ambos ocorreram em 1693. Os julgamentos das Bruxas de Salem, no entanto, ocorreram fora do meu horizonte de eventos einsteiniano. Então, para mim, como observador relativista, eles nunca existiram. Não obstante, ambos os eventos estão na mesma esfera (S=agora−640) dentro do meu horizonte de tempo. Então, posso afirmar com segurança que, em relação a mim, eram simultâneos, mesmo que o próprio universo nunca pudesse transmitir-me diretamente qualquer visão dos julgamentos das Bruxas de Salem.

Agora tomarei licença filosófica para especular que a esfera S=agora−640 no meu passado horizonte de eventos não contém a "agora" de ninguém. Nada do que vejo lá existe, no seu estado atual, no momento no qual a minha consciência está atualmente localizada. Somente pode ter sido a "agora" de alguém ao momentos durante o meu passado.

A noção de "agora", no entanto, é problemática. É um conceito artificial que pode não realmente existir. Pode ser pensado somente como uma infinitamente pequena extensão de tempo δt. Mas é estritamente apenas um instante, o que não é realmente uma extensão de tempo. Apesar de sua extensão infinitamente pequena, "agora" é o que acomoda plenamente a consciência sentiente de cada observador do universo e tudo o que existe e acontece dentro dele.

Diagrama mostrando que, dentro dos horizontes de evento separados do meu e da minha amiga, nossos respectivos AGORAs nunca podem ser simultâneos. Estou sentado a frente do meu computador digitando essas palavras. Minha amiga está sentado a frente do seu computador digitando um e-mail. Nossas cabeças estão separadas a cerca de um metro de distância. Quando olho para ver o que ela está fazendo, percebo que o que eu vejo não está acontecendo agora. Aconteceu cerca de três nanosegundos antes. Dentro do meu pessoal horizonte de eventos, a agora dela (como eu a vejo) é 3 nanosegundos por trás (depois) da minha agora. Reciprocamente, a minha agora, como ela me vê, é três nanosegundos atrás da agora dela. Dentro de cada um dos nossos respectivos horizontes de eventos, nossos dois agoras pessoais não são simultâneos. No entanto, essa reciprocidade simétrica me sugere que nossos dois agoras devem ser sincronizados dentro de algum tipo de estrutura enigmática que transcenda ambos nossos horizontes de eventos pessoais.

A Esfera da Agora-Universal

Isso me leva a especular ainda que o ponto S = "agora", no qual a consciência sentiente reside, é apenas um ponto em uma agora-superfície matemática, que contém todos os pontos em que as consciências sentientes individuais fazem ou podem residir. Como um auxílio à concepção, deixe esta superfície ser esférica. A superfície S=agora torna-se assim a esfera universal da simultaneidade consciente. Sua dimensão radial é o tempo. A área de superfície bidimensional da esfera representa conceitualmente o espaço real tridimensional. O raio da esfera está aumentando continuamente com a passagem do tempo. A sua superfície (espaço real tridimensional) deve, portanto, também expandir-se com a passagem do tempo.

Nessa estrutura conceitual, o ponto no centro desta esfera representa o início dos tempos. Lembre-se, no entanto, de que essa esfera é conceitual, sua superfície bidimensional representando o espaço tridimensional. Isso torna o centro da esfera um ponto de fuga conceitual da mesma maneira que as bordas estendidas de um cubo se encontram em dois pontos de fuga quando desenhados em uma folha de papel bidimensional. A forma da estrutura não determina que o tempo deveria, ou que não deveria, ter um começo.

Uma conseqüência desse quadro conceitual é que o pessoal horizonte de eventos, de cada observador sentiente no universo, deve ser necessariamente representado por um pequeno volume limitado que se encontra dentro dessa esfera. Posições anteriores da superfície do agora-esfera, portanto, cruzarão-se com o pessoal horizonte-de-eventos de cada observador. Por isso, enquanto olho para o meu pessoal horizonte de eventos, vejo estados cada vez mais cedo do universo real. Isso é explicado mais completamente na minha visão pessoal do universo.

O meu pensamento aqui me levou a favorecer a idéia de que, embora não exista uma simultaneidade universal entre os eventos que ocorrem dentro dos sobrepostos horizontes-de-eventos de diferentes observadores relativistas, pode haver um domínio de simultaneidade universal em que todas as suas agências de consciência residir. E este domínio é o que eu tentei aqui representar conceitualmente como a agora-esfera.