Propulsão Alcubierre

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Conceito da Propulsão de Alcubierre, mostrando as regiões de expansão e contração do espaco-tempo em torno da região central

A Propulsão de Alcubierre (ou Dobra Espacial) é um modelo matemático teórico para uma forma de viagem espacial mais rápida que a luz, utilizada na série de ficção científica Jornada nas Estrelas (Brasil) e Caminho das Estrelas (Portugal).

Em 1994, o físico mexicano Miguel Alcubierre propôs um método de alongamento do espaço em uma onda que, em teoria, poderia fazer com que o tecido do espaço à frente de uma nave espacial se contraia, enquanto que o tecido que está atrás da nave se expanda.[1] A nave se deslocaria surfando esta onda dentro de uma região conhecida como bolha de dobra, onde as características normais do tecido espaço-tempo se manteriam inalteradas. Uma vez que a nave não estaria se movendo dentro desta bolha, mas transportada junto com ela, os efeitos de dilatação do tempo previstos pela Teoria da Relatividade Especial não se aplicariam à nave, mesmo com a altíssima velocidade de deslocamento em relação ao espaço normal em volta da nave. Além disso, esse método de viagem não implica realmente em se deslocar mais rápido que a luz, uma vez que no interior da bolha, a luz continuaria a ser mais rápida que a nave.

Assim, a Propulsão Alcubierre não contradiz a alegação tradicional da relatividade que proíbe que um objeto com massa seja mais rápido que a luz. No entanto, não se conhecem métodos para criar uma bolha de dobra em uma região do espaço, ou de deixar a bolha, uma vez lá dentro, de modo a Propulsão Alcubierre continua a ser um conceito teórico.

Medida alcubierre[editar | editar código-fonte]

A Medida alcubierre define a chamada propulsão de dobra espacial. Esta é um tubo de Lorentzian que, se interpretada no contexto da relatividade geral, apresenta características parecidas com a dobra espacial de Jornada nas Estrelas: uma bolha de dobra aparece no anteriormente plano tecido do espaço-tempo e se move a velocidade superluminal de forma efetiva. Os habitantes da bolha não sentem efeitos inerciais. Os objetos dentro da bolha não viajam (localmente) mais rápida do que a luz, em vez disso, o espaço à sua volta se move para que os objetos cheguem ao seu destino mais rápido do a luz viajaria, caso a viagem se fizesse em espaço normal.[2]

Alcubierre escolheu uma forma específica para a função , mas outras formas podem exibir de forma mais clara e simples os efeitos da Propulsão de Dobra.

Matemática por trás da propulsão Alcubierre[editar | editar código-fonte]

Utilizando o formalismo 3+1 da relatividade geral, o espaço-tempo é descrito por uma foliação de uma hipersuperfície com coordenada de tempo constante. A forma geral da medida de Alcubierre é:

onde é a função que dá o intervalo de tempo adequado entre hipersuperfícies próximas, é o vetor que relaciona o deslocamento espacial em diferentes sistemas de coordenadas e hipersuperfícies e é uma métrica positiva definida em cada uma das hipersuperfícies. A forma particular do estudo de Alcubierre[1] é definida da seguinte forma:

onde

e

com e são parâmetros arbitrários. Dessa forma, o formato específico da medida de Alcubierre pode ser escrita da seguinte forma:

Com esta forma particular da medida, é possível provar que a densidade energética medida por observadores cuja velocidade é a normal à das hipersuperfícies é dada por

onde é o determinante para a medida tensor. Assim, como a densidade de energia necessária é negativa, é necessário um tipo de matéria exótica para que a viagem mais rápida que a luz possa ser alcançada.[1] A existência de matéria exótica não é teoricamente excluída, o efeito Casimir e a aceleração do Universo são indícios que apoiam a existência de tal tipo de matéria.

De qualquer forma, tudo indica que a geração e a sustentação da quantidade necessária de matéria exótica para esse tipo de viagem mais rápido que a luz é impraticável.

Alguns tem argumentado que, no contexto da relatividade geral, seria impossível construir um motor de dobra espacial sem que seja utilizada alguma matéria exótica.[3] Geralmente acredita-se que uma teoria quântica da gravidade poderá resolver esse problema.

Física da propulsão Alcubierre[editar | editar código-fonte]

Para aqueles familiarizados com os efeitos da relatividade especial, tal como a dilatação do tempo, a métrica Alcubierre aparentemente tem alguns aspectos peculiares. Em particular, Alcubierre demonstrou que, mesmo quando a nave espacial está acelerando, ela viaja em queda livre. Em outras palavras, uma nave usando a dobra para acelerar e desacelerar estará sempre em queda livre, e a tripulação não teria nenhuma sensação de aceleração. Enormes forças gravitacionais estarão presentes junto à fronteira da bolha de dobra, devido à grande curvatura do espaço lá, mas de acordo com a especificação da medida, estas seriam muito pequenas dentro do volume ocupado pela nave.

A forma original da teoria de dobra, e as variações mais simples dela, foram escritas com o formalismo de Arnowitt, Deser e Misner, que é frequentemente utilizado em discutir a forma inicial da relatividade geral. Isto pode explicar o equívoco generalizado de que este espaço-tempo é uma solução da equação de campo relatividade geral. Métricas escritas dentro do formalismo ADM são adaptadas a uma determinada família de observadores inerciais, mas os observadores não são fisicamente distinguíveis das outras famílias. Alcubierre interpretou esta "bolha de dobra" em termos de contração do espaço à frente da bolha e expansão atrás. Mas essa interpretação pode ser ilusória,[4] uma vez que a contração e expansão atualmente se referem ao movimento relativo próximo de observadores do tipo da família ADM.

Na relatividade geral, primeiramente se especifica uma distribuição de matéria e energia de forma plausível, e em seguida se verifica a geometria do espaço-tempo associado. Mas também é possível solucionar as equações de campo de Einstein na outra direção: primeiro especificando uma medida e, em seguida, encontrando um tensor associado a ela. Foi isso que Alcubierre fez. Esta forma significa que a solução pode violar diversas condições de energia e requerer matéria exótica. A necessidade de matéria exótica leva à questão de se é realmente possível encontrar uma forma de distribuir a matéria em um espaço-tempo inicial onde não exista uma "bolha de dobra", de forma a criar essa bolha posteriormente. Mas ainda existe outro problema, de acordo com Serguei Krasnikov,[5] pode ser impossível criar a bolha sem que se force a matéria exótica a se mover mais rápido que a luz, o que implicaria na existência de táquions. Alguns métodos têm sido sugeridos para evitar o problema da movimento taquiônico, mas provavelmente iriam gerar uma singularidade nua na frente da bolha.[6][7]

Dificuldades[editar | editar código-fonte]

Construindo o caminho[editar | editar código-fonte]

Krasnikov propôs que, se a matéria taquiônica não puder ser encontrada ou usada, então uma solução poderia ser a disponibilizar grandes massas ao longo do trajeto da nave a ser posta em movimento de forma que o campo requerido seja produzido. Mas neste caso, a nave com propulsão Alcubierre não seria capaz de se deslocar à vontade pela galáxia. Ele só seria capaz de percorrer caminhos que, como uma estrada de ferro, teriam sido construídos com as infra-estruturas necessárias.

O piloto dentro da bolha é desconectado de suas paredes e não pode realizar qualquer ação fora da bolha. No entanto, seria necessário colocar os dispositivos ao longo da rota com antecedência e, uma vez que o piloto não pode fazer isso ao mesmo tempo em que viaja, as bolhas não podem ser utilizados para a primeira viagem a uma estrela distante. Em outras palavras, para viajar para a estrela Vega (que dista 26 anos-luz da Terra) primeiramente tem-se de organizar tudo para que se possa utilizar uma bolha que se desloque com velocidade superluminal. A primeira viagem levaria mais de 26 anos, já que não seria possível fazer essa viagem a uma velocidade superluminal .[5]

É preciso um para construir uma[editar | editar código-fonte]

Coule tem argumentado que esquemas como o proposto por Alcubierre não são viáveis, pois a matéria a ser colocada na estrada tem de ser previamente colocados à velocidade superluminal. Assim, de acordo com Coule, uma propulsão Alcubierre é necessária a fim de construir uma propulsão Alcubierre. Uma vez que já é provado que não existe nenhum, então a propulsão é impossível de construir, mesmo que a medida seja fisicamente significativa. Coule argumenta que uma objeção análoga será aplicável a qualquer proposta de método de construção de uma unidade Alcubierre.[7]

Resolvendo dificuldades[editar | editar código-fonte]

Talvez seja possível resolver as dificuldades utilizando-se das propriedade quânticas do espaço. Cientistas descobriram com um experimento denominado Efeito Casimir, onde as chamadas partículas virtuais presentes no vácuo quântico ajudariam a diminuir e expandir o espaço. Em um experimento onde duas placas de metais são colocadas lado a lado, as partículas virtuais expandem o espaço fora das placas e contraem o espaço interno entre as placas empurrando-as uma contra a outra pelo fato de em volta das placas estarem em maior quantidade que as partículas virtuais entre as placas.[8] Com este fato torna possível criar o motor de dobra espacial. Para tanto bastaria aproveitar as partículas virtuais presentes no vácuo quântico. isso poderia ser de três formas, gerando as partículas virtuais atrás da nave, empurrando as partículas virtuais da frente para trás da nave, ou um motor de dobra espacial absorveria as partículas virtuais da parte da frente da nave contraindo o espaço a frente e expeliria as partículas virtuais atrás da nave expandindo o espaço atrás. Isso poderia acontecer pelo fato que quando absorvesse as partículas virtuais a frente da nave e expelisse as partículas virtuais atrás da nave a pressão das partículas virtuais atrás da nave se tornaria maior que a parte da frente da nave e do lado oposto do planeta de partida em relação a nave, pelo fato de ter maior quantidade de partículas virtuais empurrando-os e assim expandindo o espaço entre eles, e pela quantidade menor de partículas virtuais entre a nave e o planeta de destino a pressão se tornaria menor que a das partículas virtuais da parte de trás da nave e das partículas virtuais lado oposto do planeta de destino em relação a nave e assim as partículas virtuais empurrariam a nave e o planeta de destino um em direção ao outro contraindo o espaço. entre eles

A Nasa informou que produziu um motor parcialmente como descrito na segunda possibilidade de motor descrito acima [9]

Nesse sistema de movimentação não se criaria a bolha de dobra, assim não teria o problema de criar ou desligar tal bolha.

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Veja também[editar | editar código-fonte]

Referências[editar | editar código-fonte]

  1. a b c Alcubierre, Miguel (1994). «The warp drive: hyper-fast travel within general relativity». Class. Quant. Grav. 11: L73–L77. doi:10.1088/0264-9381/11/5/001  See also the «eprint version». arXiv. Consultado em 23 de junho de 2005 , and also at iop.org
  2. S. Krasnikov (2003). «The quantum inequalities do not forbid spacetime shortcuts». Physical Review D. 67. 104013 páginas. doi:10.1103/PhysRevD.67.104013  See also the «eprint version». arXiv 
  3. Low, Robert J. (1999). «Speed Limits in General Relativity». Class. Quant. Grav. 16: 543–549. doi:10.1088/0264-9381/16/2/016  See also the «eprint version». arXiv. Consultado em 30 de junho de 2005 
  4. Natario, Jose (2002). «Warp drive with zero expansion». Class. Quant. Grav. 19: 1157–1166. doi:10.1088/0264-9381/19/6/308  See also the «eprint». arXiv. Consultado em 23 de junho de 2005 
  5. a b S. Krasnikov (1998). «Hyper-fast travel in general relativity». Physical Review D. 57. 4760 páginas. doi:10.1103/PhysRevD.57.4760  See also the «eprint version». arXiv 
  6. Broeck, Chris Van Den, "On the (im)possibility of warpbubbles", 18 May 2000, See eprint,arXiv, retrieved 12 April 2008
  7. a b Coule, D H, "No Warp Drive", Class Quantum Grav 15, 1998, pp2523-2537, retrieved [1] 12 April 2008
  8. http://www.ift.unesp.br/users/matsas/sab.pdf
  9. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=motor-espacial-quantico&id=010130140805#.WzJ3oKdKjcs
  • Lobo, Francisco S. N.; & Visser, Matt (2004). «Fundamental limitations on 'warp drive' spacetimes». Class. Quant. Grav. 21: 5871–5892. doi:10.1088/0264-9381/21/24/011  See also the «eprint». arXiv. Consultado em 23 de junho de 2005 
  • Hiscock, William A. (1997). «Quantum effects in the Alcubierre warp drive spacetime». Class. Quant. Grav. 14: L183–L188. doi:10.1088/0264-9381/14/11/002  See also the «eprint». arXiv. Consultado em 23 de junho de 2005 
  • Berry, Adrian (1999). The Giant Leap: Mankind Heads for the Stars. [S.l.]: Headline. ISBN 0-7472-7565-3  Apparently a popular book by a science writer, on space travel in general.
  • T. S. Taylor, T. C. Powell, "Current Status of Metric Engineering with Implications for the Warp Drive," AIAA-2003-4991 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Huntsville, Alabama, July 20-23, 2003

Ligações externas[editar | editar código-fonte]