O novo conceito de Motor de Dobra (Warp Drive) distorce o espaço e não nos move muito rápido

Uma equipe de físicos descobriu que é possível construir um motor de dobra físico real e real e não quebrar nenhuma regra conhecida da física. Uma advertência: a nave que faz a deformação não pode exceder a velocidade da luz, então você não chegará a nenhum lugar interessante tão cedo. Mas esta pesquisa ainda representa um avanço importante na nossa compreensão da gravidade.

Movendo-se sem movimento

A teoria geral da relatividade de Einstein é um kit de ferramentas para resolver problemas envolvendo gravidade que conecta massa e energia com deformações no espaço-tempo. Por sua vez, essas deformações do espaço-tempo instruem a massa e a energia sobre como se mover. Em quase todos os casos, os físicos usam as equações da relatividade para descobrir como uma determinada combinação de objetos se moverá. Eles têm algum cenário físico, como um planeta orbitando uma estrela ou dois buracos negros colidindo, e perguntam como esses objetos deformam o espaço-tempo e qual deveria ser a evolução subsequente do sistema.

Mas também é possível inverter a matemática de Einstein, imaginando algum movimento desejado e perguntando que tipo de deformação do espaço-tempo pode torná-lo possível. Foi assim que o físico mexicano Miguel Alcubierre descobriu a base física para um motor de dobra – há muito um elemento básico da franquia Star Trek.

O objetivo de um warp drive é ir de A a B no intervalo entre os intervalos comerciais, o que normalmente envolve um movimento mais rápido que a luz. Mas a relatividade especial proíbe expressamente velocidades mais rápidas que a da luz. Embora isso nunca tenha incomodado os escritores de Star Trek , irritou Alcubierre. Ele descobriu que era possível construir um motor de dobra através de uma manipulação inteligente do espaço-tempo, organizando-o de modo que o espaço na frente de uma nave ficasse comprimido e o espaço atrás da nave se estendesse. Isto gera movimento sem, estritamente falando, movimento.

Parece uma contradição, mas é apenas um dos muitos aspectos maravilhosos da relatividade geral. O motor de dobra de Alcubierre evita violações do limite da velocidade da luz porque nunca se move através do espaço; em vez disso, o próprio espaço é manipulado para, em essência, aproximar o destino da espaçonave.

Embora tentador, o projeto de Alcubierre tem uma falha fatal. Para fornecer as distorções necessárias do espaço-tempo, a espaçonave deve conter alguma forma de matéria exótica, normalmente considerada matéria com massa negativa. A massa negativa tem alguns problemas conceituais que parecem desafiar nossa compreensão da física, como a possibilidade de que, se você chutar uma bola que pesa 5 quilogramas negativos, ela voe para trás, violando a conservação do momento. Além disso, ninguém jamais viu nenhum objeto com massa negativa existindo no Universo real.

Estes problemas com massa negativa levaram os físicos a propor várias versões de “condições energéticas” como suplementos à relatividade geral. Eles não estão incluídos na relatividade em si, mas são necessários complementos porque a relatividade geral permite coisas como massa negativa que parecem não existir em nosso Universo – essas condições de energia as mantêm fora das equações da relatividade. São a resposta dos cientistas ao facto perturbador de que a GR baunilha permite coisas como o movimento superluminal, mas o resto do Universo não parece concordar.

Fator de Distorção Zero

As condições de energia não são comprovadas experimentalmente ou por observação, mas são afirmações que estão de acordo com todas as observações do Universo, por isso a maioria dos físicos as leva bastante a sério. E até recentemente, os físicos viam essas condições de energia como algo que deixava absolutamente 100% claro que não é possível construir um motor de dobra, mesmo que realmente o queiramos.

Mas há uma maneira de contornar isso, descoberta por uma equipe internacional de físicos liderada por Jared Fuchs, da Universidade do Alabama, em Huntsville. (A equipe também é afiliada ao Laboratório de Propulsão Aplicada de Física Aplicada, um think tank virtual dedicado à pesquisa, entre muitas outras coisas, de motores de dobra.) Em um artigo aceito para publicação na revista Classical and Quantum Gravity , os pesquisadores investigou profundamente a relatividade para explorar se alguma versão de um motor de dobra poderia funcionar.

As equações da relatividade geral são notoriamente difíceis de resolver, especialmente em casos complexos como o warp drive. Então a equipe recorreu a algoritmos de software; em vez de tentarem resolver as equações manualmente, exploraram numericamente as suas soluções e verificaram que estavam em conformidade com as condições de energia.

A equipe não tentou realmente construir um dispositivo de propulsão. Em vez disso, exploraram várias soluções para a relatividade geral que permitiriam viajar de um ponto a outro sem que uma embarcação sofresse qualquer aceleração ou experimentasse quaisquer forças de maré gravitacionais esmagadoras dentro da embarcação, para o conforto de quaisquer passageiros imaginários. Em seguida, verificaram se essas soluções atendiam às condições energéticas que impedem o uso de matéria exótica.

Os pesquisadores descobriram de fato uma solução para o motor de dobra: um método de manipulação do espaço para que os viajantes possam se mover sem acelerar. Contudo, não existe almoço grátis, e a fisicalidade deste motor de dobra traz uma grande ressalva: a embarcação e os passageiros nunca poderão viajar mais rápido que a luz. Também decepcionante: o facto de os investigadores por detrás do novo trabalho não parecerem preocupar-se em descobrir que configurações da matéria permitiriam que a deformação acontecesse.

O Futuro da Gravidade

Por um lado, isso é uma decepção gigantesca. Já temos muitos métodos para viajar mais devagar que a luz (foguetes, caminhar, etc.), então adicionar mais um à lista não é tão emocionante. Além disso, mesmo que quiséssemos construir este motor de dobra, o abismo entre este trabalho hiperteórico e um mecanismo de propulsão físico real é o mesmo que a diferença entre escrever as leis de Newton e construir um Falcon 9.

Mas isso não significa que este novo desenvolvimento não seja interessante. Não compreendemos totalmente a gravidade e sabemos que a teoria de Einstein está incompleta. Uma das indicações que temos para uma compreensão futura da gravidade é o facto de a relatividade geral permitir soluções interessantes e exóticas – como motores de dobra – que parecem violar outros domínios da compreensão física.

Nós, físicos, gostamos quando todas as nossas teorias se alinham e concordam sobre a natureza do Universo. Portanto, se as condições de energia estabelecem limites reais para a física – limites onde coisas como massa negativa simplesmente não existem , mas não podem existir – então gostaríamos de uma teoria física que dissesse isso desde o início, em vez de confiar na adição como as condições de energia.

Explorar como um motor de dobra pode (não) funcionar e sob quais condições e restrições é um passo nessa direção. Durante anos, os físicos pensaram que as condições energéticas proibiam todos os tipos de impulsos de dobra, mas a nova investigação mostra uma forma possível de contornar isso. O que vem a seguir será uma vitória, não importa o que aconteça; quer tenhamos ou não um sofisticado motor de dobra superluminal. Isso porque, independentemente do que resultar de futuras linhas de investigação nestas direções, aprenderemos mais sobre a força da gravidade e possivelmente revolucionaremos a nossa compreensão dela.

E quem sabe o que conseguiremos quando entendermos melhor a gravidade.

Gravidade Clássica e Quântica, 2024. DOI: 10.1088/1361-6382/ad26aa.

 

Fonte: arstechnica

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