O Universo possui uma velocidade limite intransponível, válida para toda matéria ou informação. Esta restrição não provém de uma força particular, mas decorre diretamente da estrutura do espaço-tempo, conforme descrito pelas leis fundamentais da física.
Em 1873, James Clerk Maxwell (1831-1879) publicou seu tratado final, iniciado em 1861, "A Treatise on Electricity and Magnetism". Este tratado sintetiza e desenvolve toda a sua teoria sobre o eletromagnetismo, prevendo a existência de ondas que se propagam no vácuo.
A velocidade dessas ondas eletromagnéticas é dada pela relação: \( v = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \, \mu_0}} \) onde \(\varepsilon_0\) representa a permissividade do vácuo e \(\mu_0\) a permeabilidade do vácuo. Esta equação mostra que a velocidade \(v\) é uma propriedade intrínseca do vácuo e não uma velocidade de transporte de matéria. Ela dá exatamente o valor da velocidade da luz no vácuo, \(c\) = 299.792.458 m·s-1. A letra \(c\) para representar a velocidade da luz foi popularizada por Albert Einstein (1879-1955) em seus trabalhos de 1905 sobre a relatividade restrita.
Na época de Maxwell, os valores exatos de \(\varepsilon_0\) e \(\mu_0\) não eram definidos com a precisão atual, e a velocidade calculada era, portanto, apenas aproximada. Maxwell comparou essa velocidade com as medições conhecidas da velocidade da luz em sua época. Em 1862, Léon Foucault (1819-1868) conseguiu medir a velocidade da luz com grande precisão. Usando um dispositivo engenhoso que combinava espelhos e uma roda dentada, ele obteve um valor de aproximadamente 298.000 km/s. Maxwell, ao notar essa concordância, sugeriu que a luz é uma onda eletromagnética.
N.B.:
A permissividade do vácuo (\(\varepsilon_0\)) é uma constante física que caracteriza a capacidade do vácuo de "abrigar" um campo elétrico. Ela é expressa em farads por metro (F·m-1) e aparece na lei de Coulomb e nas equações de Maxwell.
A permeabilidade do vácuo (\(\mu_0\)) caracteriza a resposta do vácuo a um campo magnético. Ela é expressa em henrys por metro (H·m-1) e aparece na lei de Ampère e nas equações de Maxwell.
Em 1905, Albert Einstein (1879-1955) postulou que essa velocidade é idêntica para todos os observadores inerciais, fundando assim a relatividade restrita.
Nesta teoria, a energia total de uma partícula de massa \(m\) movendo-se à velocidade \(v\) é escrita como: \( E = \gamma m c^2 \) com: \(c\) a velocidade da luz e \(\gamma\) o fator de Lorentz \( \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}} \).
Assim, quando \(v\) se aproxima de \(c\), o fator \(\gamma\) cresce abruptamente e diverge para o infinito (\(\gamma \to +\infty\)):
Para um objeto de 1 g movendo-se a uma velocidade tal que \(\gamma \approx 70710\), a energia total: \(E = \gamma \, m_0 c^2\) seria: \(\approx 6,35 \times 10^{19}\ \text{J}\). Em outras palavras, um pequeno objeto de 1 g exigiria toda a energia consumida pelo planeta inteiro durante aproximadamente um mês.
Esta energia gigantesca mostra que, mesmo para um objeto muito pequeno com massa de repouso, atingir uma velocidade extremamente próxima de \(c\) requer uma energia praticamente impossível de fornecer. A velocidade \(c\) aparece, portanto, não apenas como um limite de velocidade, mas como uma barreira energética intransponível para qualquer objeto com massa de repouso.
Os fótons não têm massa de repouso (\(m_0 = 0\)), sua energia está totalmente associada à sua quantidade de movimento (\(E = pc\)). No contexto da relatividade, essa relação implica que sua velocidade é necessariamente \(c\). Eles não podem desacelerar nem exceder essa velocidade, pois qualquer variação violaria a equação relativística que relaciona energia, massa e quantidade de movimento.
| Contexto Físico | Equação | Significado | Referência |
|---|---|---|---|
| Eletromagnetismo | \( v = 1 / \sqrt{\varepsilon_0 \mu_0} \) | Velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas | James Clerk Maxwell |
| Relatividade Restrita | \( \gamma = 1 / \sqrt{1 - v^2/c^2} \) | Dilatação do tempo e aumento da energia | Albert Einstein |
| Massa-Energia | \( E = m c^2 \) | Equivalência massa-energia | Albert Einstein |
| Relatividade e Fótons | \( E^2 = (m_0 c^2)^2 + (pc)^2 \) | Para \(m_0 = 0\), \(E = pc\); velocidade do fóton = \(c\) | Albert Einstein |
Fontes: NIST - Constantes Físicas Fundamentais, Royal Society Publishing.
A Velocidade Intransponível no Universo: Quando a Energia se Torna Infinita 
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