Depois da descoberta do Bóson de Highs em meados do ano, 2012 terminou com um anúncio fantástico feito pela NASA. Estamos cada vez mais perto de viajar FTL - faster than light - mais rápido que a luz. Exatamente como na Enterprise de Star Trek.
- Dobra Sete Sr. Sulu, direção setor Cinco, quadrante Beta, destino minas de dilithium de Rura Penthe.
- Ok Capitão, estaremos na Zona Neutra em uma hora, trinta e quatro minutos e dezessete segundos.
Data estelar 2267.
Antes do capitão Kirk poder dar este comando de velocidade Warp em dobra sete na torre da NCC 1701 Enterprise, tanto Casimir quanto Alcubierre tiveram de fazer seu dever de casa.
Eles começaram o trabalho que nos levará a viajar FTL, acima da velocidade da luz, em missões no espaço "audaciosamente indo onde ninguém jamais esteve".
Vamos rever alguns fatos e dados das últimas décadas. Só tenha um pouquinho de paciência, nem é preciso entrar no estado de Kolinahr do Spock.
O físico holandês Hendrick Casimir determinou em 1948 a existência de uma pequena força entre duas placas metálicas paralelas. Quase cinqüenta anos depois a teoria foi confirmada experimentalmente por Steven Lamoreaux, no Laboratório Nacional de Los Alamos, em 1996.
O efeito Casimir é um dos vários fenômenos que fornecem evidências da existência do vácuo quântico. Este vácuo equivale na mecânica quântica o que na física clássica poderia ser descrito como o espaço vazio. Note bem que este vazio está longe de corresponder à noção filosófica do Nada.
Funciona assim.
O vácuo é preenchido por ondas eletromagnéticas de muitos tamanhos que estão imbuídas de uma enorme energia, invisível para nós. Casimir percebeu que entre duas placas nem todas as ondas podem ser consideradas no cálculo da energia total.
No vácuo entre as placas somente se contam as ondas cujo comprimento é um múltiplo inteiro da distância entre elas. O resto, que fica abaixo da densidade de energia do espaço ao redor, são ondas de Energia Negativa.
Quanto mais diminui a distância entre as placas mais ondas caem abaixo deste nível de densidade. Quanto mais as placas se aproximam mais surge energia negativa. O resultado é que se forma entre as placas uma pequena força que atrai uma para perto da outra. Este espaço entre as placas é conhecido como a Cavidade Casimir e a medição desta força é a prova da existência do vácuo quântico.
A grande importância da descoberta não esta apenas na força de atração entre as placas, mas na presença da Energia Negativa.
A teoria original de Casimir se aplicava apenas a placas de metais nobres ou materiais dielétricos, mas entre 1950 e 60 o físico russo Evgeny Lifshitz estendeu a teoria de Casimir para metais reais. Daí o efeito Casimir também ser conhecido como Casimir-Lifshitz.
Mais importante ainda foi que ele descobriu que a pequena força de atração também poderia ser de repulsão. A força do efeito Casimir-Lifshitz não só puxa, mas também empurra. Essa característica é fundamental na aplicação prática do efeito.
Energia Zero é por definição a densidade normal de energia no espaço vazio. Uma vez que a densidade de energia entre as placas condutoras da cavidade é menor do que o normal, ela então é negativa.
O efeito Casimir tem sido associado à possibilidade de se viajar FTL pelo fato de que a região dentro de uma cavidade Casimir ter densidade de energia negativa.
Esta densidade negativa é essencial na propulsão Warp, a velocidade de dobra-distorção, imaginada pelo físico Miguel Alcubierre, mais à frente.
Apesar da aparência esotérica de suas teorias, Casimir foi um pioneiro na aplicação prática da ciência. A maioria das suas descobertas foi feita nos laboratórios de pesquisa da Philips em Heindhoven na Holanda. Elas tiveram aplicações industriais, Henk Casimir chefiou o laboratório, fez parte da diretoria da empresa e morreu em 2000, semanas antes de completar 101 anos.
Há uma possibilidade muito interessante para quebrar a barreira de luz pela aplicação do efeito Casimir.
No espaço vazio o trajeto da luz é retardado, e sua velocidade portanto diminuída, pelas interações da luz com as ondas e partículas invisíveis que enchem o vácuo quântico. Mas dentro da região de energia de uma cavidade Casimir, a luz viaja mais rápido porque há menos obstáculos.
Em 22 de fevereiro de 1990, Klaus Scharnhorst da Universidade de Humboldt, na época Berlim Oriental, publicou alguns cálculos mostrando que sob certas condições a luz pode ser induzida a quebrar a barreira de sua velocidade normal.
Ele mostrou que a luz propagando-se perpendicularmente às placas de Casimir sofreriam uma pequena aceleração de uma parte por 10^36 ao passo que a luz se propagando paralelamente não sofreria alterações em sua velocidade.
Gabriel Barton chegou à mesma conclusão na Universidade de Sussex em Brighton na Inglaterra.
Em laboratório este aumento de velocidade é incrivelmente pequeno, mas novas tecnologias vão oferecer maneiras de aumentar o efeito Casimir fazendo a luz viajar ainda mais rápido.
Scharnhorst, um berlinense oriental, três meses depois da quebra do Muro, quebrou uma barreira muito maior.
Quatro anos depois a ideia de viajar FTL foi sugerida pelo físico teórico Alcubierre, em 1994.
Ele parte da noção implícita na teoria geral da relatividade de Einstein de que a matéria causa uma curvatura na superfície do espaço-tempo. Isso ficou comprovado em Sobral no Ceará durante o eclipse solar de 29 de Maio de 1919 quando se mediu experimentalmente os efeitos da Teoria da Relatividade.
Naquela quinta-feira se observou que a luz que nos chegava das estrelas por atrás do Sol se curvava ao passar em volta de sua enorme gravidade.
Alcubierre se diplomou na Universidade de Gales e recebeu em 1993 um PhD realizando soluções numéricas das equações da Relatividade Geral. Ele resolveu as equações gravitacionais de Einstein com computadores extremamente rápidos, depois criou técnicas numéricas para descrever a física relacionada com os buracos negros.
Mais tarde publicou um artigo sobre a relatividade geral: Modelo Padrão Para Espaço-Tempo e Gravitação. No artigo ele descreve uma solução incomum das equações de Einstein, descrita como Warp Drive, velocidade de dobra. Estavam sendo criadas as condições de se fazer uma modificação do espaço-tempo de modo a se viajar em velocidades maiores que a da luz.
Abre Parênteses.
Qualquer coisa acima da velocidade da luz é tabu científico.
Vide o escândalo recente quando em Setembro de 2011 duas equipes do CERN na Suíça disseram que medições realizadas ao longo de três anos mostraram que neutrinos enviados pelo laboratório viajaram até o LNGS - Laboratori Nazionali del Gran Sasso - na Itália, em um tempo 60 nanossegundos inferior ao que a luz demoraria para fazer o mesmo percurso.
No contexto da Relatividade Especial a velocidade de luz é o limite absoluto de velocidade em nosso Universo para qualquer objeto que tenha massa real.
Isto acontece porque quando a velocidade de um corpo se aproxima da velocidade da luz, mais e mais da energia usada para acelerar o corpo aparece sob forma de massa adicional.
Quanto mais rápido o objeto mais energia é necessária ao movimento. Quanto mais rápido o movimento maior o aumento de massa do próprio objeto. Para se acelerar uma partícula até o limite da velocidade da luz seria necessária uma energia infinita e sua massa se tornaria também infinita. Seria necessário usar toda a energia do universo e a partícula ficaria com toda a massa do universo.
Um paradoxo físico e pronto, não se fala mais sobre isso.
Físicos que trabalham com grandes aceleradores de partículas subatômicas notam que a massa e a velocidade das partículas ajustam-se exatamente aos valores da Teoria da Relatividade.
Por isso o enorme escândalo causado pelo anúncio de partículas viajando da Suíça para a Itália acima da velocidade da luz foi ainda maior, pois a afirmação partiu exatamente de cientistas do CERN o maior dos aceleradores de partículas existente.
Uma explicação aceitável seria que os neutrinos acelerados entre o CERN e o Gran Sasso podem ter viajado dentro de uma cavidade Casimir. Em outras palavras, o laboratório que já foi acusado de criar buracos-negros artificiais, poderia ter criado contrações/dilatações no espaço-tempo. Isso de certa forma poderia explicar os “desaparecimentos” de alguns neutrinos que poderiam ter passado para dimensões paralelas, o que é cientificamente possível.
Uma aplicação prática para Luca Stanco e seus 15 colegas no projeto Opera do laboratório de Gran Sasso poderia ser mandar a dívida italiana, e naturalmente o Silvio Berlusconi junto, para outra dimensão.
Rápido. Em dobra 10.
Fecha Parênteses.
Voltando a Alcubierre. Ele desenvolveu um modelo matematicamente válido para um campo gravitacional que permite uma propulsão superluminosa.
Ele concluiu que esta propulsão seria viável se a matéria pudesse ser rearranjada de forma a expandir o espaço atrás da nave e contrai-lo em frente dela, formando uma bolha.
Mais precisamente uma onda, parecida com as do mar, onde a parte de trás do espaço sobe e a da frente desce. Graficamente a nave pareceria surfar, dentro de uma bolha, uma onda do espaço-tempo.
A dilatação do espaço atrás da nave deixaria o ponto de partida a alguns anos luz de distância dela e a contração em frente traria o local de destino para perto da nave.
A bolha ficaria então “estacionada” entre as duas distorções do espaço. A nave continuaria viajando em velocidades normais dentro desta bolha, sem nenhuma quebra das leis da física. Dentro da nave a tripulação não sentiria nenhum efeito de altíssimas acelerações e desacelerações por que elas não estariam acontecendo dentro da bolha. Muito menos sentiria o efeito relativístico de contração ou dilatação do tempo.
Alcubierre mostra que para isso é necessário fazer uma manipulação da matéria com energia de densidade negativa. A mecânica quântica admite a existência de energia negativa em determinadas circunstancias, como no efeito Casimir.
Uma análise mais aprofundada do conceito de Alcubierre foi levada adiante. Chris Van Den Broeck da Universidade Católica de Leuven, na Bélgica, deixou as viagens FTL ainda mais perto. Pelos cálculos dele a energia necessária para a criação da bolha são muito menores que o determinado nos estudos de Alcubierre.
Em meados de 2010, o físico Igor Smolyaninov da Universidade de Maryland apresentou um modelo matemático baseado em metamateriais na zona de 100 GHz onde ele obteve velocidades 25% mais rápidas que a luz. Dobra 1,25 é pouco para a Enterprise, mas já é um bom começo. Ao invés de 350 dias já daria para chegar em Marte em 2 minutos e 37 segundos. Na Lua em 1,024 segundos.
Resumindo. Essas são as três premissas básicas da Warp Drive, a velocidade de dobra de Alcubierre:
Primeiro. A curvatura do espaço, comprovada experimentalmente no eclipse solar em Sobral, mostra que o espaço-tempo pode se contrair ou expandir na dependência da velocidade da luz no local.
Segundo. Dentro da cavidade de Casimir a Energia Negativa permite que a luz viaje em velocidades maiores que o padrão.
Terceiro. A velocidade da luz determina o formato do espaço e vice-versa. Um está diretamente ligado ao outro.
Conclusão. Variações na velocidade da luz determinam uma expansão ou contração do espaço. Variações de expansão ou contração do espaço determinam variações na velocidade da luz.
Simples assim. Já se sabe disso há mais de cem anos.
Aplicação Prática.
Manipulando campos de Energia Negativa pode-se criar duas distorções no espaço. Uma de expansão, outra de contração. As duas formam uma onda como no mar. No meio delas forma-se uma bolha que surfa descendo da primeira para a segunda em velocidades acima da luz.
A nave fica dentro da bolha viajando FTL junto com ela.
Agora a boa nova. A excelente boa nova do fim de 2012.
Desde Novembro alguns experimentos foram anunciados por Harold White, que trabalha em um laboratório do Centro Espacial Johnson da Nasa, para tornar as viagens interestelares possíveis. White partiu do princípio de Alcubierre de que é possível curvar o espaço, compactando-o e esticando-o.
Acontece que o próprio Alcubierre escreveu um artigo em 1994 sugerindo que apesar de possível o feito exigiria níveis de energia equivalentes à massa de Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar. Mas agora White descobriu que, mudando a configuração da criação do campo de dobra, é possível obter o efeito com muitíssimo menos energia. White que está montando um experimento de laboratório para testar a ideia diz que:
- As descobertas mudam o status da pesquisa de impraticável para plausível e merecedora de mais investigação.
A solução pode estar em alterar a geometria da dobra espacial otimizando a espessura da bolha de dobra mudando sua forma de anel para uma forma de rosca e oscilando sua intensidade. Isso alteraria a rigidez do espaço-tempo e poderia reduzir a energia necessária para fazê-la funcionar.
White ajustou a forma de anel, feita inicialmente por Alcubierre, transformando o esferoide de formato de halo plano para algo mais grosso e curvo.
Usando lasers e uma bobina com forma de anel, White espera criar a primeira demonstração experimental de uma dobra espacial, que tentará distorcer o espaço-tempo em escalas submicroscópicas.
Mesmo com a redução da energia necessária ainda resta um problema: as distorções para a dobra espacial de Alcubierre exigem o uso da densidade de energia negativa do Efeito Casimir que vimos no começo e ainda não se sabe como utilizá-la de forma intensiva e constante. Ainda. Tempus Fugit.Se o CERN em Genéve acabou de descobrir o campo e o Bóson de Highs, a Partícula de Deus, não está muito longe o dia se operacionalizar o efeito de Casimir e a velocidade de dobra de Alcubierre, a Velocidade de Deus.
Esta cada vez mais próximo o dia de se realizar o sonho de infância de Einstein que era viajar pelo espaço sentado num raio de luz. O sonho de uma criança que mudou nossas vidas, que sonhando a velocidade de Deus nos mostrou de que matéria são feitos nossos sonhos. Certo, Shakespeare?
Poesia e Ciência são apenas faces da mesma dimensão humana.
PS.: A data estelar, os dados de velocidade, tempo de viagem, direção, quadrante e destino da USS Enterprise NCC-1701, nave da classe Constituition, citados no começo do post estão absolutamente corretos. Eles podem ser checados nos arquivos dos diários de bordo da Federação do período de cinco anos entre 2265 a 2270 quando a nave esteve sob o comando do capitão James Tiberius Kirk.
