Se a humanidade quiser viajar entre as estrelas, as pessoas precisarão viajar mais rápido que a luz. Uma nova pesquisa sugere que pode ser possível construir unidades de dobra e superar o limite de velocidade galáctica

A viagem mais rápida do que a luz é a única maneira pela qual os humanos poderiam chegar a outras estrelas em um período de tempo razoável. Crédito: Les Bossinas / NASA / Wikimedia Commons

A estrela mais próxima da Terra é Proxima Centauri. Está a cerca de 4,25 anos-luz de distância, ou cerca de 25 trilhões de milhas (40 trilhões de quilômetros). A nave espacial mais rápida de todos os tempos, agora no espaço a Parker Solar Probe atingirá uma velocidade máxima de 450.000 mph. Levaria apenas 20 segundos para ir de Los Angeles a Nova York nessa velocidade, mas levaria cerca de 6.633 anos para a sonda solar chegar ao sistema solar vizinho mais próximo da Terra.

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Se a humanidade quiser viajar facilmente entre as estrelas, as pessoas precisarão ir mais rápido que a luz. Mas, até agora, a viagem mais rápida que a luz só é possível na ficção científica.

Na série Fundação de Issac Asimov, a humanidade pode viajar de planeta a planeta, estrela a estrela ou através do universo usando drives de salto. Quando criança, eu li o maior número dessas histórias que pude encontrar. Agora sou um físico teórico e estudo nanotecnologia, mas ainda estou fascinado pelas maneiras como a humanidade poderia um dia viajar no espaço.

Alguns personagens, como os astronautas dos filmes “Interestelar” e “Thor” - usam buracos de minhoca para viajar entre sistemas solares em segundos. Outra abordagem familiar para os fãs de “Star Trek” é a tecnologia de unidades de dobra. As unidades de dobra são teoricamente possíveis se ainda forem uma tecnologia rebuscada. Dois artigos recentes fez manchetes em março, quando pesquisadores afirmaram que têm que superar um dos muitos desafios que se interpõem entre a teoria das pulsões de urdidura e realidade.

Mas como esses impulsos teóricos de dobra realmente funcionam? E os humanos estarão dando o salto para a velocidade de dobra em breve?

Esta representação bidimensional mostra a bolha plana e não distorcida do espaço-tempo no centro onde uma unidade de dobra ficaria rodeada por um espaço-tempo comprimido à direita (curva para baixo) e espaço-tempo expandido à esquerda (curva para cima). Crédito: AllenMcC / Wikimedia Commons

Compressão e expansão

A compreensão atual dos físicos do espaço-tempo vem da teoria da relatividade geral de Albert Einstein. A relatividade geral afirma que o espaço e o tempo estão fundidos e que nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz. A relatividade geral também descreve como a massa e a energia distorcem o espaço-tempo, objetos pesados como estrelas e buracos negros curvam o espaço-tempo ao seu redor. Essa curvatura é o que você sente como gravidade e por que muitos heróis viajantes do espaço se preocupam em “ficar presos” ou “cair” em um poço gravitacional. Os primeiros escritores de ficção científica John Campbell e Asimov viram essa distorção como uma forma de contornar o limite de velocidade.

E se uma nave estelar pudesse comprimir o espaço à sua frente enquanto expande o espaço-tempo atrás dela? “Star Trek” pegou essa ideia e chamou-a de warp drive.

Em 1994, Miguel Alcubierre, um físico teórico mexicano, mostrou que comprimir o espaço-tempo na frente da espaçonave enquanto a expande para trás era matematicamente possível dentro das leis da Relatividade Geral. Então, o que isso significa? Imagine que a distância entre dois pontos é de 10 metros (33 pés). Se você está no ponto A e pode viajar um metro por segundo, levaria 10 segundos para chegar ao ponto B. No entanto, digamos que você pudesse de alguma forma comprimir o espaço entre você e o ponto B para que o intervalo agora seja de apenas um metro. Então, movendo-se através do espaço-tempo em sua velocidade máxima de um metro por segundo, você seria capaz de alcançar o ponto B em cerca de um segundo. Em teoria, essa abordagem não contradiz as leis da relatividade, pois você não está se movendo mais rápido do que a luz no espaço ao seu redor. Alcubierre mostrou que o warp drive de “Star Trek” era de fato teoricamente possível.

Proxima Centauri aqui vamos nós, certo? Infelizmente, o método de Alcubierre de compressão do espaço-tempo tinha um problema: requer energia negativa ou massa negativa.

Esta representação bidimensional mostra como a massa positiva curva o espaço-tempo (lado esquerdo, terra azul) e a massa negativa curva o espaço-tempo em uma direção oposta (lado direito, terra vermelha) Crédito: Tokamac / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Um problema de energia negativa

O impulso de dobra de Alcubierre funcionaria criando uma bolha de espaço-tempo plano ao redor da nave e curvando o espaço-tempo em torno dessa bolha para reduzir as distâncias. O mecanismo de dobra exigiria massa negativa, um tipo de matéria teorizada, ou um anel de densidade de energia negativa para funcionar. Os físicos nunca observaram massa negativa, de modo que deixa a energia negativa como única opção.

Para criar energia negativa, um warp drive usaria uma grande quantidade de massa para criar um desequilíbrio entre partículas e antipartículas. Por exemplo, se um elétron e um antielétron aparecerem perto do mecanismo de dobra, uma das partículas ficaria presa pela massa e isso resultaria em um desequilíbrio. Esse desequilíbrio resulta em densidade de energia negativa. O impulso de dobra de Alcubierre usaria essa energia negativa para criar a bolha do espaço-tempo.

Mas para um impulso de dobra gerar energia negativa suficiente, você precisaria de muita matéria. Alcubierre estimou que um motor de dobra com uma bolha de 100 metros exigiria a massa de todo o universo visível.

Em 1999, o físico Chris Van Den Broeck mostrou que expandir o volume dentro da bolha, mas mantendo a área da superfície constante, reduziria as necessidades de energia significativamente, para quase a massa do Sol. Uma melhoria significativa, mas ainda muito além de todas as possibilidades práticas.

Um futuro de ficção científica?

Dois artigos recentes: um de Alexey Bobrick e Gianni Martire e outro de Erik Lentz - fornecem soluções que parecem aproximar as unidades de dobra da realidade.

Bobrick e Martire perceberam que, ao modificar o espaço-tempo dentro da bolha de uma certa maneira, eles poderiam eliminar a necessidade de usar energia negativa. Essa solução, entretanto, não produz uma unidade de dobra que pode ir mais rápido que a luz.

De forma independente, Lentz também propôs uma solução que não requer energia negativa. Ele usou uma abordagem geométrica diferente para resolver as equações da relatividade geral e, ao fazer isso, descobriu que uma unidade de dobra não precisaria usar energia negativa. A solução de Lentz permitiria que a bolha viajasse mais rápido do que a velocidade da luz.

É essencial apontar que esses desenvolvimentos interessantes são modelos matemáticos. Como físico, não vou confiar totalmente nos modelos até que tenhamos uma prova experimental. Ainda assim, a ciência das unidades de dobra está aparecendo. Como fã de ficção científica, agradeço todo esse pensamento inovador. Nas palavras do capitão Picard, as coisas só são impossíveis até que não sejam.

Fonte: Astronomy