A bordo da nave estelar Enterprise, você está saindo com os membros da tripulação, desfrutando de um jogo de pôquer. Você está viajando em velocidade de impulso durante uma exploração do espaço profundo de lazer, e todo mundo tem algum tempo de inatividade. Mas espere - de repente, o navio recebe uma mensagem urgente de um almirante da Federação, informando a tripulação sobre a eclosão de uma guerra na Zona Neutra. A Enterprise deve relatar a situação o mais rápido possível. A área em questão está a cerca de 20 anos-luz (117 trilhões de quilômetros) de distância, mas isso não é problema no universo "Star Trek". O capitão ajusta a propulsão de dobra do navio de forma adequada, e você se conforma com velocidade de dobra . Viajando mais rápido que a velocidade da luz, você deve chegar ao seu destino em apenas alguns minutos.
A seguir
Desde que os humanos olharam para o céu, o espaço nos fascinou, e astrônomos e filósofos fizeram as perguntas mais fundamentais enquanto olhavam para as estrelas. O que você está fazendo aqui, qualquer forma? Como o universo começou, e existem outros, universos paralelos que refletem o nosso? Existe vida em outras galáxias, e como seria viajar para lá?
Embora ainda não tenhamos respondido a essas perguntas, temos pelo menos ficção científica como "Star Trek" para testar a imaginação humana. Tudo, desde "The Time Machine" de H.G. Wells a "Star Trek" e a série "Firefly" de Joss Whedon, tocou nas possibilidades de viagem no tempo, teletransporte e, claro, velocidade de dobra. Mas como algo como a velocidade de dobra se encaixa na realidade e em nosso universo? A velocidade de dobra é apenas um dispositivo maluco de ficção científica, ou é teoricamente possível? Como isso funciona no universo "Star Trek"? Para tudo na velocidade de dobra, infinito e além, leia as páginas seguintes.
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Quando os escritores de "Star Trek" se sentaram para planejar a série, eles se viram confrontados com alguns problemas. Eles estavam essencialmente criando um ópera espacial , um subgênero de ficção científica que se passa no espaço e cobre a extensão de várias galáxias e milhões de anos-luz. Os filmes "Star Wars" são outro exemplo do subgênero de ópera espacial. Como a parte "ópera" do nome sugere, um programa como "Star Trek" não foi feito para ser lento ou comum - quando as pessoas pensam na série, eles provavelmente pensam em tramas melodramáticas envolvendo alienígenas, viagens espaciais e lutas de laser cheias de ação.
Então, o criador da série, Gene Roddenberry, e os outros escritores tiveram que encontrar uma maneira de mover os personagens da série ao redor do universo em tempo, moda dramática. Ao mesmo tempo, eles queriam fazer o melhor para seguir as leis da física. O maior problema era que mesmo que uma nave pudesse viajar na velocidade da luz, o tempo para ir de uma galáxia para outra ainda pode levar centenas, talvez milhares de anos. Uma jornada da Terra ao centro de nossa galáxia, por exemplo, levaria cerca de 25, 000 anos se você viajasse apenas abaixo da velocidade da luz. Esse, claro, não daria uma televisão muito emocionante.
A invenção da velocidade de dobra resolveu a parte ópera do problema, uma vez que permitiu que a Enterprise fosse muito mais rápido do que a velocidade da luz. Mas qual foi a explicação? Como eles poderiam explicar um objeto viajando mais rápido do que a velocidade da luz, algo que Einstein provou ser impossível em sua Teoria da Relatividade Especial?
O primeiro obstáculo que os escritores tiveram que enfrentar é muito mais simples do que você pensa. Uma das coisas mais importantes que você precisa saber antes de entender a velocidade de dobra é, na verdade, um dos truques mais antigos do livro de física, Terceira Lei do Movimento de Newton . Você provavelmente já ouviu isso antes - esta lei estabelece que, para cada ação, há uma reação igual e oposta. Significa simplesmente que para cada interação entre dois objetos, um par de forças está trabalhando em ambos. Por exemplo, se você rolar uma bola de bilhar direto para outra que está em repouso, ambos exercerão uma força igual um sobre o outro. A bola em movimento vai bater na bola em repouso e empurrá-la para longe, mas também será empurrado para trás por este último.
Você sente que essa lei entra em ação toda vez que acelera em um carro ou voa em um avião. Conforme o veículo acelera e avança, você sente pressão em seu assento. O assento está empurrando você, mas você também está exercendo uma força contra o assento.
Então, o que isso tem a ver com "Star Trek" e a Enterprise? Mesmo que fosse possível acelerar para algo como metade da velocidade da luz, uma aceleração tão intensa mataria uma pessoa ao esmagá-la contra o assento. Mesmo que ele estivesse empurrando para trás com uma força igual e oposta, sua massa em comparação com a da nave é muito pequena - o mesmo tipo de coisa acontece quando um mosquito atinge seu para-brisa e respinga. Então, como a Enterprise pode ir mais rápido do que a velocidade da luz sem matar os membros a bordo?
Na próxima seção, veremos como os criadores de "Star Trek" começaram a contornar o problema de enviar matéria através do espaço em velocidades superluminais.
A fim de contornar a questão da Terceira Lei do Movimento de Newton e a impossibilidade da matéria viajar mais rápido do que a velocidade da luz, podemos olhar para Einstein e a relação entre espaço e tempo. Tomados em conjunto, espaço, consistindo em três dimensões (cima-baixo, esquerda direita, e para frente e para trás) e o tempo fazem parte do que é chamado de continuum espaço-tempo .
É importante entender o trabalho de Einstein no contínuo espaço-tempo e como ele se relaciona com a viagem da Enterprise pelo espaço. No dele Teoria da Relatividade Especial , Einstein afirma dois postulados:
Juntando essas duas ideias, Einstein percebeu que o espaço e o tempo são relativos - um objeto em movimento realmente experimenta o tempo a uma taxa mais lenta do que um em repouso. Embora isso possa parecer absurdo para nós, viajamos incrivelmente devagar quando comparados à velocidade da luz, portanto, não notamos os ponteiros de nossos relógios tiquetaqueando mais devagar quando estamos correndo ou viajando de avião. Os cientistas realmente provaram esse fenômeno enviando relógios atômicos com foguetes de alta velocidade. Eles voltaram para a Terra um pouco atrás dos relógios no chão.
O que isso significa para o capitão Kirk e sua equipe? Quanto mais perto um objeto chega da velocidade da luz, esse objeto realmente experimenta o tempo em uma taxa significativamente mais lenta. Se a Enterprise estivesse viajando com segurança perto da velocidade da luz para o centro de nossa galáxia da Terra, levaria 25, 000 anos no tempo da Terra. Para a tripulação, Contudo, a viagem provavelmente levaria apenas 10 anos.
Embora esse prazo possa ser possível para os indivíduos a bordo, somos apresentados a outro problema - uma Federação tentando comandar uma civilização intergaláctica teria alguns problemas se levasse 50, 000 anos para uma nave atingir o centro da nossa galáxia e regressar.
Portanto, a Enterprise tem que evitar a velocidade da luz para manter os passageiros a bordo em sincronia com o horário da Federação. Ao mesmo tempo, também deve atingir velocidades mais rápidas do que a da luz para se mover ao redor do universo de maneira eficiente. Infelizmente, como Einstein afirma em sua Teoria da Relatividade Especial, nada é mais rápido do que a velocidade da luz. A viagem espacial, portanto, seria impossível se olharmos para a relatividade especial.
É por isso que precisamos olhar para a teoria posterior de Einstein, a Teoria Geral da Relatividade , que descreve como a gravidade afeta a forma do espaço e o fluxo do tempo. Imagine uma folha esticada. Se você colocar uma bola de boliche no meio do lençol, a folha ficará empenada à medida que o peso da bola a empurra para baixo. Se você colocar uma bola de beisebol na mesma folha, ele vai rolar em direção à bola de boliche. Este é um design simples, e o espaço não funciona como um lençol de duas dimensões, mas pode ser aplicado a algo como nosso sistema solar - objetos mais massivos como nosso sol podem deformar o espaço e afetar as órbitas dos planetas ao redor. Os planetas não caem no sol, claro, por causa das altas velocidades em que viajam.
Na próxima página, veremos como isso funciona na Enterprise.
A capacidade de manipular o espaço é o conceito mais importante em relação à velocidade de dobra. Se a Enterprise pudesse distorcer o continuum espaço-tempo expandindo a área atrás dela e contraindo a área na frente, a tripulação poderia evitar ir à velocidade da luz. Contanto que crie seu próprio campo gravitacional, a nave estelar poderia viajar localmente em velocidades muito lentas, portanto, evitando as armadilhas da Terceira Lei do Movimento de Newton e mantendo os relógios em sincronia com seu local de lançamento e destino. O navio não está realmente viajando em uma "velocidade, "per se - é mais como se estivesse puxando seu destino em sua direção enquanto empurra seu ponto de partida para trás.
Como as ideias por trás da Teoria Geral da Relatividade de Einstein são complexas e ainda abertas à interpretação, isso deixa as possibilidades em aberto para os escritores de ficção científica. Podemos não saber como dobrar o espaço e o tempo com nossa tecnologia atual, mas uma civilização fictícia ambientada no futuro pode ser completamente capaz de inventar tal dispositivo com a imaginação certa.
No universo "Star Trek", a velocidade de dobra é conseguida através do uso de um unidade de dobra . O warp drive é alimentado por reações matéria-antimatéria, que são regulados por uma substância chamada dilítio . Esta reação cria um plasma altamente energético conhecido como eletro-plasma , um tipo de matéria com seu próprio campo magnético, que reage com a nave bobinas de dobra . As bobinas de dobra são normalmente encerradas no que os escritores de "Star Trek" chamam de nacela de dobra . Todo o pacote cria um "campo warp" ou "bolha" em torno da Enterprise, permitindo que o navio e sua tripulação permaneçam seguros enquanto o espaço manipula ao redor deles.
Em algum momento entre a primeira série de televisão ("Star Trek:The Original Series") e a segunda ("Star Trek:The Next Generation"), os escritores decidiram atribuir um limite para a velocidade de dobra - usando uma escala de Warp-1 a Warp-10, a Enterprise não tinha permissão para viajar para qualquer lugar a qualquer hora, visto que isso tornaria a trama muito fácil. No espectáculo, Warp-10 tornou-se uma velocidade máxima impossível, um infinito em que a nave estelar estaria em todos os pontos do universo ao mesmo tempo. Warp-9.6, de acordo com o manual técnico "Next Generation", é a maior velocidade atingível permitida - é definida em 1, 909 vezes a velocidade da luz. Embora haja algumas inconsistências, a seguir lista as diferentes velocidades no universo "Star Trek":
Fator de distorção
Número de vezes a velocidade da luz 1 1 2 10 3 39 4 102 5 215 6 392 7 656 8 1, 024 9 1, 516 9,6 1, 909 10 Infinity
Na próxima seção, vamos dar uma olhada em alguns dos problemas encontrados pelo conceito de velocidade de dobra.
Então, Einstein ajudou os escritores de "Star Trek" a manipular o espaço em um universo de ficção científica, mas é realmente possível construir uma nave espacial que possa impulsionar pessoas através de vastas galáxias em um período de tempo relativamente curto?
O físico Miguel Alcubierre sugeriu o uso da chamada "matéria exótica, "um tipo teórico de matéria com energia negativa. Se pudesse ser encontrado ou criado, a matéria exótica faria o trabalho de repelir o espaço e o tempo e criar o campo gravitacional.
Infelizmente, isso é o mais longe possível para possíveis fontes de combustível - há mais problemas do que soluções quando se trata do conceito de aumentar a velocidade de dobra. Mesmo se a Enterprise viajasse em velocidades de sublight, conhecido como impulso impulsivo para os fãs de "Star Trek", a quantidade de combustível e energia necessária para viajar rapidamente pelo espaço seria demais para uma única nave estelar. O impulso da Enterprise é movido por fusão nuclear, o mesmo tipo de reação que ilumina o sol e cria enormes explosões de certas bombas nucleares. De acordo com o Dr. Lawrence Krauss, um físico teórico e autor de "The Physics of Star Trek, "se o capitão Kirk quisesse viajar à metade da velocidade da luz (150, 000 quilômetros por segundo), a nave precisaria queimar 81 vezes sua massa em hidrogênio, o combustível usado para a fusão nuclear. O manual técnico para "Star Trek:The Next Generation" lista a empresa com mais de 4 milhões de toneladas métricas de peso, portanto, o navio precisaria de mais de 300 milhões de toneladas métricas de hidrogênio apenas para seguir em frente. Claro, para desacelerar até parar, a nave precisaria de mais 300 milhões de toneladas métricas de combustível, e uma viagem potencial através das galáxias precisaria de 6, 642 vezes a massa da "Enterprise".
Algumas pessoas propuseram um sistema em que um dispositivo reúne hidrogênio enquanto a nave viaja, renunciando à necessidade de armazenar grandes quantidades de combustível, mas Krauss sugere que esse dispositivo deveria ter cerca de 40 quilômetros de largura para capturar qualquer coisa que valha a pena usar. Mesmo que o hidrogênio seja o elemento mais abundante na galáxia, há apenas cerca de um átomo de hidrogênio para cada polegada quadrada cúbica.
Fazer o warp drive funcionar seria outra coisa. O impulso de dobra em "Star Trek" obtém seu poder reagindo matéria com antimatéria - o resultado é a aniquilação completa e a liberação de energia pura. Uma vez que a antimatéria não é muito comum em todo o nosso universo, a Federação teria que produzi-lo, algo que podemos fazer hoje no Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) em Illinois. Novamente, o problema acaba sendo uma questão da quantidade de combustível necessária para alimentar um mecanismo de dobra. Kruass observa que o Fermilab é capaz de produzir 50 bilhões de antiprótons em uma hora - o suficiente para produzir 1/1000 de um watt. Você precisaria de 100, 000 Fermilabs para alimentar uma única lâmpada. Produzir antiprótons suficientes para dobrar o continuum espaço-tempo parece quase impossível no que diz respeito à nossa tecnologia atual.
Embora haja pouca chance durante este século de os humanos desenvolverem uma nave espacial que possa dobrar o espaço e viajar para galáxias distantes mais rápido do que a velocidade da luz, isso não impediu cientistas e fãs da série de pensar sobre o potencial. Recentemente, em novembro de 2007, a Sociedade Interplanetária Britânica reuniu vários físicos para uma conferência chamada "Mais rápido que a luz:quebrando a barreira da distância interestelar" [fonte:Guardian].
A ciência de "Star Trek"Para mais informações sobre viagens espaciais e intergalácticas, veja a próxima página.
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