Figura 1: Imagem mostrando o Alcubierre Warp Drive
Nossa descrição teórica do espaço é todo o universo observável que se estende por 13,8 bilhões de anos-luz (porque o universo tem 13,8 bilhões de anos) em qualquer direção que olhemos (e é o mesmo de qualquer ponto de observação no universo, uma vez que o universo é infinito). Mas, quanto exploramos? A maior distância alcançada por uma máquina, a Voyager I, é a periferia do nosso Sol, que fica a poucas horas-luz da Terra, que levou 35 anos para navegar no espaço vazio, a uma velocidade surpreendente de 1100 Km/s.
Os humanos, por outro lado, não foram além da Lua (360 mil km de distância da Terra) e em breve estão planejando uma viagem a Marte. A estrela mais próxima do nosso sistema solar é o Sistema Proxima Centauri, que está a cerca de 4,2 anos-luz de distância, o que essencialmente levaria a máquina mais rápida já construída (O Satélite Voyager) a cerca de 76.000 anos, o que não é um número inspirador, dado que a esperança média de vida de um o ser humano tem cerca de 60 a 70 anos (a partir de agora).
A espécie humana pode ter se originado na Terra, mas para garantir a sobrevivência da nossa raça talvez tenhamos que nos aventurar em busca de um novo lar nas estrelas ou vasculhar o universo para encontrar outras formas de vida ou para obter uma compreensão mais profunda sobre as origens e o dinâmica do universo.
Para realizar uma ou todas estas tarefas precisaríamos de um meio de transporte que viajasse a uma velocidade que seria uma fração significativa da velocidade da luz ou até mais para distâncias maiores. Mas será que a barreira da velocidade da luz é quebrável? Se não, então por quê?
1. A velocidade da luz e a teoria da relatividade de Einstein
A velocidade da luz é de cerca de 300.000 km/s e é a velocidade com que a luz (que é uma onda eletromagnética) viaja através do vácuo. Albert Einstein apresentou um experimento mental que o levou a postular a teoria da relatividade geral e especial. Ele questionou se uma pessoa segurando um espelho com o braço estendido e viajando em um navio que se move à velocidade da luz poderia ver seu próprio reflexo. Se ele estiver viajando na velocidade da luz, a luz que sai de seu rosto não terá tempo de cobrir a distância adicional entre ele e o espelho e de volta aos seus olhos, tornando-o invisível ao espelho. Isso o levou a um avanço ao descobrir que a velocidade da luz é a verdadeira constante do universo e não pode ser quebrada por nenhum corpo que contenha massa.
Em vez disso, o tempo aumenta para desacelerar um corpo que se aproxima da velocidade da luz. Isto poderia ser entendido pela famosa equação de Einstein (que ele formulou a partir desta ideia), E=mc2, o que na verdade significa que a massa é apenas energia que foi comprimida por um valor grande (a magnitude do quadrado da velocidade da luz) e, portanto, significa que a massa não pode cruzar a barreira da velocidade da luz, uma vez que não pode ir mais rápido do que ela mesma (uma vez que massa é energia ). Tornando, portanto, a velocidade da luz a verdadeira constante do universo, em oposição à duração do tempo ser constante (tornando possível a viagem no tempo).
Fig. 2: Figura mostrando o Continuum Espaço-Tempo com Efeito de Alongamento Gravitacional
2. Tecido Espaço-Tempo
O espaço e o tempo tridimensionais são teorizados como um modelo matemático entrelaçado chamado Espaço-Tempo. É um continuum (homogêneo em todo o universo) e é necessário para compreender melhor muitas propriedades físicas importantes que acontecem no universo, como a gravidade. As três dimensões do espaço e uma dimensão do tempo (dimensão passada, presente e futura) constroem, portanto, um modelo espaço-tempo quadridimensional. Cada coisa que aconteceu, está acontecendo e acontecerá está localizada ao longo do continuum espaço-tempo que consiste em sua localização espacial localizada ao longo de uma vertente da linha passado-futuro.
O espaço-tempo é referido como tecido espaço-tempo devido à sua natureza elástica, o que significa que pode ser esticado por certos fenômenos físicos. A gravidade é uma propriedade que causa um estiramento na estrutura do espaço-tempo, o que explica por que corpos físicos menores giram em torno de corpos maiores no espaço, como a Terra gira em torno do sol, porque o sol, sendo mais massivo, estica a estrutura do espaço-tempo para uma extensão maior do que a terra, o que faz com que a terra gire ao redor do sol para evitar cair nele. Isso pode ser entendido colocando uma bola de futebol sobre um pano esticado e fazendo uma pequena bola de gude girar ao redor da bola. Se a bola de gude não girar em torno da bola de futebol, ela cairá nela.
3.O passeio de Alcubierre
Fig. 3: Apresentação gráfica da deformação do espaço-tempo
Impulso Alcubierre
O impulso de Alcubierre, proposto pelo físico mexicano Miguel Alcubierre em 1994 e derivado da equação de Einstein que descreve a formulação de espaço e tempo do tecido espaço-tempo quadridimensional na teoria geral da relatividade. Ele utiliza o fato de que o espaço-tempo pode ser esticado para contornar o limite de velocidade do universo. Ao esticar o tecido espaço-tempo de tal forma que ele se comprime na frente de uma espaçonave e se expande atrás dela, criando uma onda gravitacional na qual a espaçonave pode navegar, que pareceria estar viajando mais rápido que a luz a partir de um quadro de referência tirado fora da onda gravitacional .
Esta bolha gravitacional, em essência, não estaria violando a velocidade da luz, mas estaria ajustando o continuum espaço-tempo para que o espaço e o tempo se comprimissem na frente da espaçonave, o que aumentaria relativamente a velocidade da luz naquele quadro de referência e também o a nave espacial navegaria nesta onda como uma prancha de surf na maré. Com efeito, a nave espacial percorreria a distância a velocidades superluminais, o que nos ajudaria enormemente a realizar viagens interestelares.
Fig. 4: Imagem gráfica mostrando um navio navegando no Alcubierre Warp Drive
Uma questão que surgiria é qual o efeito que ocorrerá dentro da bolha onde a nave espacial e a tripulação estiverem presentes? Se houvesse um alongamento no espaço-tempo, a tripulação teria suportado o alongamento do espaço-tempo? Isto não é verdade, especialmente porque a bolha de dobra teria uma zona espacial normal entre as frentes de onda de expansão e compressão, que estaria livre de quaisquer forças de maré que estivessem presentes.
Devido à presença dos campos distorcidos, existe um efeito gravitacional na nave espacial, fazendo com que ela fique em queda livre contínua, mas a tripulação não experimentaria nenhum efeito inercial, como forças G. A onda exigiria a produção de uma densidade de energia negativa por trás dela, o que exigiria uma fonte de energia de matéria exótica. O campo espaço-tempo do warp drive é descrito pela chamada Métrica de Alcubierre, que é definida no contexto da Relativística Geral.
Figura 5: Efeito de alongamento contínuo no movimento de um sujeito
Fig.6: Bolha Gravitacional
4. Progresso Atual
Fig. 7: Apresentação gráfica da bolha em formato de toro modificado
Embora pareça razoável, a elasticidade do espaço-tempo é bem menor, o que significaria que exigiria muita energia. Os primeiros cálculos para a criação de uma bolha de dobra resultaram em um número bastante sombrio equivalente à energia equivalente à massa do planeta Júpiter (1,9 x 1027 Kg). Portanto, a ideia do motor de dobra foi inicialmente descartada pelos cientistas. Mas, em 2012, o físico da NASA Harold White e a sua equipa começaram a trabalhar no motor de dobra Alcubierre, que apanhou o mundo da aeronáutica de surpresa. Ele propôs um projeto que alteraria a geometria da bolha de dobra, o que poderia reduzir os requisitos de energia para a geração da bolha de dobra.
A bolha de dobra inicialmente em forma de anel na qual a nave espacial seria colocada, se substituída por um anel de Alcubierre mais grosso e curvo (em forma de donut ou toro) poderia reduzir muito o consumo de energia, segundo White, o que reacendeu o interesse em considerando-o como um candidato para impulsionar as viagens interestelares. Atualmente eles estão conduzindo testes em um Inferômetro Michelson-Morley modificado que tem duas pernas, das quais uma pequena bolha tentaria ser induzida em uma das pernas, o que faria com que ela se esticasse. Portanto, o conceito seria provado se houvesse mudança nos comprimentos da perna de teste em relação à outra.
Fig.8: Foto de Michelson-Morley Infero Dispositivo de teste
5. Problemas enfrentados
Haveria também certos problemas que estariam associados ao desenvolvimento do motor AD, um dos quais seria que ele estaria fora de comunicação com qualquer fonte fora da bolha, uma vez que a mudança local na velocidade da luz causaria uma interferência. A espaçonave não pode ser manobrada, pois deve viajar apenas ao longo da trajetória da bolha, como um trem nos trilhos. Os campos de energia necessários para o impulso de dobra de Alcubierre são necessários principalmente para criar a dobra espaço-tempo, mas não para acelerar a nave espacial e para criar esses campos de energia, exigiriam uma quantidade significativa de elementos de matéria exótica como os táquions.
Outro problema recentemente descoberto é que a massa acumulada ao longo do caminho da bolha de dobra se acumularia e dispararia em hipervelocidades quando a nave parasse (semelhante a uma onda de choque) e poderia destruir qualquer objeto físico localizado diretamente na frente da nave.
Conclusão
A tecnologia Warp Drive está a décadas ou mesmo séculos de distância do desenvolvimento completo e entra em uso, mas não é algo que provavelmente surgiria durante nossa vida. O desenvolvimento de tecnologias energéticas, a investigação de partículas subatómicas, a dinâmica do espaço superluminal e muitos outros focos avançados precisam de ser reforçados antes de se iniciar a sua investigação.
Embora esteja em seu estágio inicial agora, só de pensar nisso é incompreensível pensar em viagens interestelares. Isto poderia dar à raça humana a sua marca numa escala galáctica e poderia possivelmente apresentar-nos um novo planeta ou uma nova civilização alienígena inteira (bom ou mau é outra questão). Com a dobra de Alcubierre, a estrela mais próxima, Proxima Centauri, que fica a 4,2 anos-luz de distância, pode ser alcançada em apenas 2 semanas. Esses números certamente deveriam encorajar os cientistas a trabalhar no projeto do motor de dobra.
Fig. 9: Imagem mostrando o conceito de Enterprise Starship destinado à aplicação Warp Drive