Propulsão Alcubierre
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.
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.
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Medida Alcubierre
A Medida Alcubierre define a chamada propulsão de dobra espacial. Esta é um tubo de Lorentzian que, se
interpretada no contexto darelatividade 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.
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.
[editar]Matemática por trás da Propulsão Alcubierre
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 parametros arbritários. 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 dematéria 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.
[editar]Física da Propulsão Alcubierre
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 equaçõs 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 ditribuir 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 detáquions. 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]
[editar]Dificuldades
[editar]Construindo o caminho
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]
[editar]É preciso um para construir uma
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]
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