9 de abril de 2018

Warp drive: A ficcao pode se tornar realidade.

(A velocidade de dobra de Miguel Alcubierre)

por Gelson Rocha

Este artigo mostra como, dentro da formulacao da Relatividade Geral e sem a introducao de “Buracos de Minhoca” (wormholes: mostrado em edicoes anteriores do boletim CIEX), e possivel modificar o spacetime de um modo que pode permitir uma nave espacial viajar com velocidades arbitrariamente grandes, como provavelmente fazem nossos arredios visitantes. Por uma expansao puramente local do spacetime atras da astronave e uma contracao oposta na frente dela, movimentos mais rapidos que a velocidade de luz podem ser vistos por observadores fora da regiao de transformacao. A distorcao resultante recorda a “Warp Drive” da ficcao cientifica.Porem, da mesma maneira que acontece com os “Buracos de Minhoca”, tambem e necessario materia exotica para gerar uma distorcao do spacetime.

No contexto de Relatividade Especial, a velocidade de luz e o limite absoluto de velocidade em nosso Universo para qualquer objeto que tenha uma massa real. Isto ocorre principalmente porque quando um corpo se aproxima da velocidade da luz, mais e mais da energia fornecida ao corpo aparece sob forma de massa adicional. Isto nao e apenas teoria, ha anos os fisicos que trabalham nos laboratorios com grandes aceleradores de particulas subatomicas vem observando que a massa e a velocidade dessas particulasajustam-se exatamente aos valores previstos pela teoria da relatividade.Assim, quanto mais rapido o objeto, mais a energia cinetica envolvida no movimento tem como efeito principal causar um aumento em sua massa-energia em lugar de velocidade, sendo que a massa-energia vai ao infinito nos limites da velocidade de luz. A sintese do que esta escrito acima esta expressa em uma das mais importantes equacoes da Fisica E = mc2 (energia = massa x velocidade da luz ao quadrado) A Relatividade Especial, publicada em 1905, pode ser considerada como um caso particular da Teoria da Relatividade Geral, publicada por Einstein em 1916.

A Relatividade Geral trata a RelatividadeEspecial como uma sub-teoria restrita que e aplicada localmente a qualquer regiao de espaco suficientemente pequena, onde a curvatura do espaco pode ser negligenciada. Em outras palavras, a velocidade da luz e o limite de velocidade local, mas as consideracoes mais amplas da relatividade geral podem fornecer meios de superar esta limitacao local. A ideia basica e não procurar sistemas de propulsao que possam superar a velocidade da luz, mesmo porque esta proibicao dada pela Teoria da Relatividade especial continua valida, mas sim usar a curvatura do proprio espaco-tempo, proposta pela teoria da Relatividade Geral, para superar este limite. Em vez de dizer que nada pode viajar mais rapidamente que a velocidade da luz (c), e preciso dizer que nada pode viajar mais rapidamente que a luz localmente. Isso significa que nada pode viajar mais rapidamente que a luz em relacao a sistemas de referencia locais. Entretanto, se o espaco e curvo, esses marcos de referencia locais nao precisam ser globais e, possivelmente, este limite pode ser superado. Um exemplo disto seria um “Buraco de Minhoca” que em tese pode conectar duas regioes do espaco extensamente distantes no universo. Assim, se considerarmos, por exemplo, duas regioes do Universo separadas por 20 anos-luz e unidas momentaneamente por um “Buraco de Minhoca”, um objeto mesmo respeitando o limite maximo da velocidade da luz, poderia levar somente alguns minutos para atravessar este “atalho” entre estas duas regioes distantes. Porem, atraves deste atalho (o “Buraco de Minhoca”) o objeto teria viajado 20 anos-luz em minutos, produzindo uma velocidade efetiva milhares de vezes superior à velocidade da luz. Assim, localmente a velocidade seria menor que a da luz, mas em relacao ao Universo como um todo, este limite teria sido amplamente superado. Outro exemplo de velocidade mais rapida que a luz na Relatividade Geral e a expansao do proprio Universo. Como o Universo se expande, novos espacos estao sendo criados entre diversos pontos do Universo. Os objetos podem estar em repouso com respeito ao ambiente local deles e, no entanto, a distancia entre eles pode crescer a uma taxa maior que a velocidade de luz, em funcao dessa expansao. Aqui esta a premissa basica atras da teoria “Warp Drive” de Alcubierre: Embora a Relatividade Especial proiba objetos de se moverem mais rapidamente que a luz dentro do espaco-tempo, desconhecemos o quao rapidamente o proprio espaco-tempo pode se mover.

Alcubierre propos um modo de superar o limite da velocidade da luz, parecido com a expansao do universo, mas em uma escala local. Ele desenvolveu uma “metrica” para Relatividade Geral, uma representacao matematica da curvatura de espaco, que descreve uma regiao plana do espaco proximo de uma “dobra” ou “deformacao espacial” que pode ser impulsionada adiante com qualquer velocidade arbitraria, inclusive velocidades maiores que a da luz. Na formulacao da teoria do Fisico Miguel Alcubierre, A Velocidade de Dobra e possivel de ser alcancada pela deducao, a partir da Teoria da Relatividade Geral, de um conjunto de novas equacoes, constituido por funcoes tangentes hiperbolicas as quais criam uma distorcao muito peculiar do espaco nas extremidades do volume de espaco considerado. Sem duvida, uma ideia bastante inovadora.

Se o espaco-tempo pode ser dobrado localmente de modo que se expanda atras de uma nave e se contraia adiante dela, entao a nave sera impulsionada junto com o espaco que a contem. Localmente, a nave nunca viajara mais rapido do que a luz, porque a luz tambem sera impulsionada junto com a onda de espaco em expansao. No entanto, globalmente percorrera distancias incrivelmente grandes em pequenos intervalos de tempo. Uma maneira de visualizar o que acontece e imaginar-se a bordo de uma nave. Se o espaco subitamente se expandir por detras da nave em uma escala suficientemente grande, voce percebera que a base estelar que deixou há poucos minutos agora esta a muitos anos luz de distancia. Da mesma forma, se o espaco se contrair adiante de voce, sera possivel perceber que a base em direcao a qual voce viaja, que estava a alguns anos-luz de distancia, agora esta tao proxima que podera ser alcancada em minutos, mesmo viajando a velocidade de propulsao normal. Portanto, a propria curvatura do espaco, proposta pela Teoria da Relatividade Geral e ja comprovada experimentalmente, produz uma abertura para viagens acima da velocidade da luz. Uma abertura suficientemente grande para permitir que naves alienigenas de “mundos distantes” possam chegar ate nos e, quem sabe um dia, nos permita chegar aos confins do Universo!

Bibliografia

1) Artigo: Miguel Alcubierre,

2) Artigo: John G. Cramer e

3) Livro: Lawrence M. Krauss – em A Fisica de Jornada das Estrelas.

 

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