Se você acha que as tecnologias de Star Trek parecem rebuscadas, pense de novo. Muitos dos dispositivos da aclamada série de televisão estão lentamente se tornando realidade. Embora não possamos teletransportar pessoas de naves estelares para a superfície de um planeta tão cedo, estamos nos aproximando do desenvolvimento de outras ferramentas essenciais para as futuras viagens espaciais.

Sou fã de Star Trek há muito tempo, mas também sou um pesquisador especializado na criação de novos materiais magnéticos. O campo da física da matéria condensada abrange todas as novas fases sólidas e líquidas da matéria, e seu estudo levou a quase todos os avanços tecnológicos do século passado, de computadores a celulares e células solares.

Minha abordagem para procurar novos fenômenos em materiais vem de uma perspectiva química:como podemos criar materiais que tenham novas propriedades que podem mudar nosso mundo, e, eventualmente, ser usado para explorar "estranho, novos mundos ”? Eu acredito que uma compreensão dos chamados“ materiais quânticos ”em particular é essencial para tornar a ficção científica um fato científico.

Materiais quânticos

O que torna uma substância um material quântico? Os materiais quânticos têm propriedades incomuns e fantásticas que surgem de um grande número de partículas agindo de forma combinada.

Pense em um maestro dirigindo uma sinfonia:sem alguma ordem trazida à música, tudo que você tem é barulho. Quanto mais músicos você executa fora do compasso, mais barulho você terá.

Um material quântico tem todos os músicos constituintes - neste caso, os elétrons ou átomos em um material, o que equivale a bilhões e bilhões de partículas - agindo de uma certa maneira de acordo com as regras quânticas, ou a "partitura, " Se você for.

Em vez de ruído de movimentos eletrônicos e atômicos aleatórios, com um maestro você consegue música - ou, no caso de novos materiais, uma nova propriedade que emerge. O uso dessas novas propriedades para dispositivos é o que está impulsionando as revoluções tecnológicas que vemos hoje.

Campos magnéticos e escudos

Então, como esses novos materiais podem ser usados ​​na espaçonave de amanhã? Um exemplo podem ser os escudos de força que protegem as naves em Star Trek. Campos magnéticos elevados podem ser usados ​​para proteger os corpos dos projéteis que se aproximam, especialmente se os projéteis tiverem carga elétrica.

Como você cria grandes campos magnéticos? Uma maneira é usar um ímã supercondutor. Supercondutores possuem elétrons que conduzem eletricidade sem resistência ao fluxo. Uma das consequências disso é que grandes campos magnéticos podem ser gerados - a corrente suportada por um supercondutor que gera o campo magnético pode ser enorme sem destruir a própria supercondutividade.

Esses supercondutores são usados ​​todos os dias para criar grandes campos magnéticos em lugares como hospitais para dispositivos de ressonância magnética (ressonância magnética) para ver o interior do corpo.

Supercondutores avançados podem ter novas aplicações como escudos magnéticos para espaçonaves. Imagine sua espaçonave revestida de um supercondutor que pode gerar um grande campo magnético com um toque de um botão para fazer a corrente fluir, criando um escudo de força magnética.

Isso é exatamente o que os cientistas da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, CERN, estão investigando:um novo escudo magnético para espaçonaves - diboreto de magnésio supercondutor, ou MgB₂.

Supercondutores em naves espaciais

Uma espaçonave revestida de ímãs supercondutores geraria uma "magnetosfera" ao redor da nave, que poderia ser usada para desviar projéteis nocivos. Embora não tenhamos que nos preocupar com torpedos Klingon ainda, temos que nos preocupar com os raios cósmicos nocivos no espaço sideral para futuras viagens espaciais.

Os raios cósmicos são normalmente partículas carregadas que podem interferir na eletrônica de uma espaçonave, e mais importante, dar aos astronautas uma dose letal de radiação durante longos voos espaciais.

Proteger futuras espaçonaves desses raios é crucialmente importante para o futuro de qualquer programa espacial, incluindo viagens a Marte nas próximas décadas. E quem sabe, com os escudos magnéticos supercondutores, você poderá escapar de um ataque Romulano no caminho.

Obstáculos técnicos

Existe um problema, Contudo. Supercondutores não funcionam em altas temperaturas e não há supercondutores em temperatura ambiente. Acima de uma certa temperatura chamada de "temperatura crítica, "o supercondutor torna-se" normal "e os elétrons experimentam uma resistência para fluir novamente. Para o diboreto de magnésio, isso ocorre em uma temperatura muito baixa - em torno de -248 ℃. Na verdade, isso é bom para o espaço interestelar onde a temperatura de fundo é muito mais fria de -270 ℃ ou mais, mas não é propício para espaçonaves visitando outros planetas mais quentes.

Cientistas como eu estão procurando supercondutores de "temperatura ambiente" que permitiriam que esses escudos funcionassem em temperaturas muito mais altas. Isso também permitiria novos avanços para a sociedade, como cuidados de saúde mais baratos, por exemplo, já que ninguém precisaria de baixas temperaturas para os instrumentos de ressonância magnética funcionarem.

Contudo, supercondutividade de alta temperatura tem sido um mistério por décadas, e o progresso ocorre em incrementos lentos. Como alguém que trabalha na fronteira entre a física e a química, Acredito que a resposta estará na descoberta de novos materiais. Historicamente, é aqui que houve progresso para aumentar a temperatura crítica para um acima do ponto de ebulição do nitrogênio líquido de -196 ℃.

Esses supercondutores seriam ótimos para usar como dispositivos de escudo magnético se você estivesse explorando muitas áreas da galáxia. Mas eles não funcionariam em planetas mais quentes como Marte sem uma quantidade significativa de criogênios para manter os ímãs frios.

Computadores quânticos e revolução social

A tecnologia supercondutora também teria uma variedade de outros usos a bordo de naves estelares. Os computadores quânticos podem realizar operações de ordens de magnitude mais rápido do que os computadores convencionais, e sem dúvida seria usado em uma nave estelar moderna. Precisa enviar uma mensagem criptografada para a Frota Estelar? Se os Klingons têm um computador quântico, eles podem ser capazes de interceptar e hackear sua mensagem, então é melhor você ter certeza de que entende a tecnologia.

E os sistemas elétricos supercondutores seriam naturalmente usados ​​para os dispositivos mais eficientes, desde motores de naves espaciais até tricorders usados ​​em missões longe. O surgimento de supercondutores em temperatura ambiente desencadearia uma transformação de nossa sociedade que rivalizaria com a era do silício da eletrônica moderna. A descoberta deles é um obstáculo essencial a ser cruzado para a próxima parte de nossa evolução como espécie para uma nova era tecnológica.

Seria altamente lógico continuar nossa busca por um supercondutor de temperatura ambiente. Se ao menos pudéssemos fazer isso. Os materiais quânticos oferecem estranhos novos mundos de descoberta e talvez o mais empolgante sejam as tecnologias que ainda não descobrimos - que explorarão os efeitos quânticos em escala que os humanos podem ver facilmente.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.