Mais rápido que a luz

Silbia López de Lacalle*

Viajaremos mais rápido que a luz?

O motor de dobra, esse meio de transporte hiperveloz utilizado em 'Star Trek', não seria um despropósito do ponto de vista da física.

Segundo a teoria da Relatividade Geral, nada pode viajar mais rápido que a luz (300.000 quilômetros por segundo, no vácuo), o que impossibilita uma exploração espacial mais profunda baseada no envio de expedições de ida e volta: chegar à estrela mais próxima requereria, no mínimo, quatro anos de viagem, e cruzar a galáxia, nem pensar; isso levaria dezenas de milhares de anos.

Uma das possibilidades teóricas para escapar a essa limitação é o motor de dobra, que consiste em mover o próprio espaço-tempo que, em principio, pode contrair-se e expandir-se sem limite de velocidade.

Em 1994, o cientista mexicano Miguel Alcubierre transformou a viajem hiperveloz em uma possibilidade física.

O motor de dobra originou-se na ficção científica: trata-se do mecanismo que permite aos personagens do filme Jornada nas Estrelas navegar pelo espaço mais rápido que a luz ou a velocidades superluminares mediante a distorção do espaço-tempo.

Em 1994 saiu do território ficcional para o científico graças ao físico mexicano Miguel Alcubierre, que transformou a viajem hiperveloz numa possibilidade física. Para ele, era útil a flexibilidade da geometria do espaço-tempo, que se curva na presença de matéria da mesma forma que, por exemplo, uma bola colocada sobre um lençol curva o tecido ao seu redor.

No universo, os objetos mais massivos produzem curvaturas mais acentuadas, e Alcubierre idealizou o seguinte meio de transporte: uma bolha cujas paredes, compostas de matéria "exótica", produzen uma contração do espaço-tempo na proa e uma dilatação na popa similares a uma onda no mar.

Uma nave dentro da bolha alcançaria seu destino "sem mover-se", pela distorção local do espaço-tempo, como um surfista situado sobre a crista não exerce um movimento próprio mas alcança a orla graças ao mover da onda.

Não é possível

Um grande meio de transporte, não é? Pois um estudo demonstrou que não é possível. "O motor de Alcubierre já mostrava defeitos, mas há algo que não havia sido aventado e pode afetar o movimiento dessa bolha: como atuan as flutuações quânticas ante as curvaturas", observa Carlos Barceló, do Instituto de Astrofísica de Andaluzía (IAA-CSIC), um dos autores do trabalho.

Quando a bolha se move a velocidade superluminar, do ponto de vista do observador interno as paredes anterior e posterior se comportam respectivamente como un horizonte branco e um horizonte negro, similar aos dos buracos negros. Isto é: se o astronauta da nave olhar para trás não verá absolutamente nada, já que se está deslocando a velocidade superior à da luz e nenhum sinal pode alcançá-lo; por outro lado, a proa da nave receberá todos os sinais, e por isso se fala em horizonte branco.

Neste recente estudo, os físicos calcularam como se comportam as flutuações quânticas em ambos os horizontes quando a bolha se aproxima da barreira da luz, e mencionaram os efeitos que impedem a viagem.

Na teoria quântica se trabalha com o conceito de vácuo não inerte, que se descreve como o constante nascimento e aniquilação de pares de partículas, tão rápido que é impossível detectar sua presença (por isso são conhecidas como partículas virtuais).

Não obstante, sob certas condições, como uma grande distorção do espaço-tempo, essas partículas passam a ser reais. É o que ocorre em ambos os horizontes da bolha, com consequências catastróficas.

A radiação de Hawking

No horizonte negro se produz um brilho devido à radiação de Hawking, um efeito conhecido nos buracos negros, objetos com campos gravitacionais tão intensos que deles nem a luz pode escapar. Não obstante, Stephen Hawking previu, em 1974, que os buracos emiten radiação devido, precisamente, à criação e destruição de pares na proximidad do horizonte de eventos, ou região limite a partir da qual é possivel escapar: o campo gravitacional do buraco negro pode romper o par e absorber uma das partículas, enquanto a outra escapa e passa de partícula virtual a ser partícula real.

O efeito é um resplendor que procede do horizonte e cuja intensidade, no caso do horizonte negro da bolha, depende da espessura da parede: uma parede fina, mais fácil de obter em teoria, apresentaria temperaturas muito altas que poderian destruir a nave que viajasse em seu interior.

E, ainda que se pudesse construir paredes tão grossas que a temperatura produzida pela radiação de Hawking não fosse mobstáculo, o horizonte dianteiro, o branco, supõe um impedimento insuperável. A contração do espaço-tempo na parte dianteira produziria, igualmente, a ruptura dos pares de partículas, ainda que com a diferença de que todas as partículas iriam acumulando-se na parede, nela produzindo uma acumulação exponencial de energia.

"Um crescimento exponencial é incontrolável -assegura Carlos Barceló-, e torna inconsistente a construção porque tende a autodestruir-se. Outra opção consiste em não atravessar a barreira da luz, de modo que no se produzam horizontes, nem radiação de Hawking, nem altas temperaturas.

"Talvez viajar a 99% da velocidade da luz não seja tão mal, afinal de contas".

Silbia López de Lacalle é jornalista e trabalha no Instituto de Astrofísica de Andaluzia.

¿Viajaremos más rápido que la luz?

El motor de curvatura, ese medio de transporte hiperveloz utilizado en 'Star Trek', no resultaba descabellado desde el punto de vista físico

Según la teoría de la Relatividad General, nada puede viajar a más rápido que la luz (300.000 kilómetros por segundo), lo que impide una exploración espacial profunda basada en el envío de expediciones de ida y vuelta: llegar a la estrella más cercana requeriría, como mínimo, cuatro años de viaje, y ni hablar de cruzar la galaxia, que exigiría varias decenas de miles de años.

Una de las posibilidades teóricas para escapar de esta limitación era el motor de curvatura, consistente en mover el propio espacio-tiempo que, en principio, puede contraerse y expandirse sin límite de velocidad.

En 1994 el científico mexicano Miguel Alcubierre convirtió el viaje hiperveloz en una posibilidad física

El motor de curvatura tiene su origen en la ficción: se trata del mecanismo que permite a los personajes de la película Star Trek surcar el espacio más rápido que la luz o a velocidades superluminares mediante la distorsión del espacio-tiempo.

En 1994 saltó al terreno científico de la mano del físico mexicano Miguel Alcubierre, quien convirtió el viaje hiperveloz en una posibilidad física. Para ello, aprovechaba la flexibilidad de la geometría del espacio-tiempo, que se curva en presencia de materia del mismo modo que, por ejemplo, una pelota situada sobre una sábana tensada curva el tejido a su alrededor.

En el universo, los objetos más masivos producen curvaturas más acentuadas, y Alcubierre diseñó el siguiente medio de transporte: una burbuja cuyas paredes, compuestas de materia "exótica", producen una contracción del espacio-tiempo en la proa y una dilatación en la popa similares a una ola en el mar.

Una nave dentro de la burbuja alcanzaría su destino "sin moverse" por la distorsión local del espacio-tiempo, igual que un surfista situado sobre la cresta no ejerce un movimiento propio pero alcanza la orilla gracias al de la ola.

No es factible

Un gran medio de transporte, ¿verdad? Pues un estudio ha demostrado que no es factible. "El motor de Alcubierre ya mostraba debilidades, pero hay algo que no se había contemplado y puede afectar al movimiento de esa burbuja: cómo actúan las fluctuaciones cuánticas ante las curvaturas", señala Carlos Barceló, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), uno de los autores del trabajo.

Cuando la burbuja se desplaza a velocidad superluminar, desde el punto de vista del observador interno las paredes anterior y posterior se comportan respectivamente como un horizonte blanco y un horizonte negro, similar al que poseen los agujeros negros. Esto es: si el astronauta de la nave mira hacia atrás no verá absolutamente nada, ya que se está desplazando a mayor velocidad que la luz y ninguna señal puede alcanzarle; en cambio, la proa de la nave recibirá todas las señales, y por ello se habla de horizonte blanco.

En este reciente estudio, los físicos han calculado cómo se comportan las fluctuaciones cuánticas en ambos horizontes cuando la burbuja se acerca a la barrera de la luz, y han hallado dos efectos que impiden el viaje.

En la teoría cuántica se trabaja con el concepto de vacío no inerte, que se describe como el constante nacimiento y aniquilación de pares de partículas, tan rápido que resulta imposible detectar su presencia (por ello se las conoce como partículas virtuales). Sin embargo, bajo ciertas condiciones, como una fuerte distorsión del espacio-tiempo, esas partículas pasan a ser reales. Esto es lo que ocurre en ambos horizontes de la burbuja, con catastróficas consecuencias.

La radiación de Hawking

En el horizonte negro se produce un resplandor debido a la radiación de Hawking, un efecto conocido en los agujeros negros, objetos con campos gravitatorios tan intensos que ni la luz puede escapar.

Sin embargo, Stephen Hawking predijo en 1974 que los agujeros sí emiten radiación debido, precisamente, a la creación y destrucción de pares en la proximidad del horizonte de sucesos, o región límite a partir de la que sí es posible la huida: el campo gravitatorio del agujero negro puede romper el par y absorber una de las partículas, mientras que la otra escapa y pasa de ser una partícula virtual a una partícula real.

El efecto es un resplandor que procede del horizonte y cuya intensidad, en el caso del horizonte negro de la burbuja, depende del grosor de la pared: una pared fina, más fácil de obtener en teoría, presentaría temperaturas muy altas que podrían destruir la nave que viajara en su interior.

Y, aunque pudieran construirse paredes tan gruesas que la temperatura producida por la radiación de Hawking no fuera un obstáculo, el horizonte delantero, el blanco, supone un impedimento insalvable.

La contracción del espacio-tiempo en la parte delantera produciría, igualmente, la ruptura de los pares de partículas, aunque con la diferencia de que todas las partículas irían amontonándose en la pared produciendo en ella una acumulación exponencial de energía.

"Un crecimiento exponencial es incontrolable -asegura Carlos Barceló-, y hace inconsistente la construcción porque tiende a autodestruirse. Otra opción consiste en no atravesar la barrera de la luz, de modo que no se produjeran horizontes, ni radiación de Hawking, ni altas temperaturas. Quizá viajar al 99% de la velocidad de la luz no esté tan mal, después de todo".

*Silbia López de Lacalle es periodista y trabaja en el Instituto de Astrofísica de Andalucía