Three ways to travel faster than light (and why physics says they are impossible)

Nobody took the idea of warp drive seriously until 1994, when a theoretical physicist Miguel Alcubierre proposed a method that could, within the realm of known physics, warp space to travel faster than light.

A descoberta de Alcubierre colocou os físicos teóricos abuzz. Seria possível viajar em FTL?

Even NASA se interessou.

P>Posto que quero fazer algo “simples” como enviar uma sonda robótica para a Alpha Centauri para verificar e reportar. A Alpha Centauri está a cerca de 4.37 anos-luz de distância. Vamos fazer quatro para simplificar. Então leva um feixe de luz 4 anos-luz para chegar lá da Terra. A menos que eu consiga ir mais rápido que a luz, uma viagem de ida e volta é de pelo menos 8 anos! E isso é ir à velocidade da luz sem contar o tempo que leva para acelerar a essa velocidade e abrandar em Alpha Centauri. A nossa sonda mais rápida de sempre, a Sonda Solar Parker da NASA lançada em 2018 só atingirá uma velocidade máxima de 200 quilómetros por segundo. A velocidade da luz é 1500 vezes mais rápida!

P>Atingir uma sonda mesmo perto dessa velocidade seria impressionante, mas, se eu pudesse ir mais rápido que a luz, talvez muito mais rápido, eu poderia reduzir esse tempo de ida e volta para meses ou até menos.

Tal possibilidade já tinha sido entretida dentro da comunidade física décadas antes com a pesquisa do que é comumente chamado de “wormholes”. Como a ideia de Alcubierre, os buracos de vermes são uma distorção do espaço, mas em vez de serem uma bolha que uma nave carrega consigo, são passagens pelo espaço que podem levá-lo de um ponto a outro em muito menos tempo do que atravessar o espaço normal, como uma ferrovia de alta velocidade.

Wormholes tinham sido descobertos em 1916, apenas um ano após Einstein ter publicado a sua teoria da gravidade chamada Relatividade Geral. Comparados à teoria do propulsor warp, eles são antigos mas dificilmente menos exóticos.

Wormholes também aparecem no Star Trek mas, exceto pelo alienígena construído no DS9, eles são considerados instáveis. Na franquia de Ficção Científica mais próxima do futuro, Stargate, no entanto, eles são a maneira de rigueur de viajar para outras estrelas e galáxias.

Para aqueles de nós que imaginam uma futura humanidade viajando para as estrelas em velocidades FTL, uma questão ardente é: qual é mais provável que se torne uma realidade? Warp drive como o Alcubierre drives ou Stargates?

Vejamos as diferenças:

O Alcubierre drive empena o espaço para que qualquer coisa dentro da sua bolha seja acelerada não por um meio de propulsão mas pela compressão do próprio espaço. Isto é como uma mini-forma de como o universo se expande mas ao contrário e local para a bolha. Porque está distorcendo o espaço e não viajando através do espaço, pode ir mais rápido que a luz.

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p> Nos últimos 26 anos, um grande número de críticas tem sido publicado sobre a ideia de Alcubierre: Ela vai precisar de um universo de energia. Irá gerar radiação intensa destruindo tanto o que está dentro da bolha warp como o que está à sua frente. Tornará impossível controlar porque não se pode enviar mensagens da parte de trás da nave para a frente sem exceder a velocidade da luz. Vai precisar de uma bolha tão fina que estaria fora da física conhecida.

P>Pára, tudo isto pareceu-me problemas de engenharia ou pelo menos potencialmente resolúvel. Certamente um engenheiro inteligente no futuro poderia projetar formas de contorná-los. Fazer uma bolha mais inteligente que precise de menos energia. Utilize bolhas de urdidura Alcubierre para enviar mensagens para a frente do navio. Talvez possa ser desenvolvida alguma protecção para a radiação ou pode ser desviada ou sugada de alguma forma. E quem pode dizer que não podemos fazer uma bolha super fina? Ainda assim, talvez os buracos de verme sejam o caminho mais fácil para as estrelas.

Um buraco de verme é como um túnel mas com uma dimensão a mais do que o normal. Ele consiste em duas aberturas em forma de bola separadas no espaço. Ao contrário das representações em Stargate e Star Trek, a abertura não é um disco bidimensional mas uma bola que você pode entrar de qualquer direção. As duas bolas são conectadas por uma abertura chamada “garganta” que é a superfície de uma esfera que existe fora do espaço normal. Esta esfera é análoga a uma junta circular entre dois tubos, mas em mais uma dimensão.

Ao entrar em uma esfera, você não passa por um túnel comum. Ao invés disso, você entra num espaço distorcido onde ao invés de passar através da esfera e sair pelo outro lado, a direção que você está percorrendo é dobrada fora do espaço normal. A dobra faz com que você passe pela garganta e saia pela outra bola. Você nunca vê as “paredes” do túnel porque as paredes são tridimensionais, e você passa o tempo todo “sobre” a parede como uma formiga rastejando dentro de uma ampulheta. (Você pode até enviar um sinal em linha reta por dentro e ele irá circular em volta e voltar para você). É difícil de visualizar e é provavelmente por isso que a ficção científica raramente acerta.

Soluções de buraco de verme para as equações de Einstein, incluindo aquela que o próprio Einstein descobriu na década de 1930 era impossível de percorrer porque a “garganta” do buraco de verme era apertada mais rápido do que até mesmo a luz poderia percorrer. Só em 1973 é que Homero Ellis descobriu um buraco de minhoca “atravessável”, pelo qual se podia realmente viajar, nas equações de Einstein.

P>P>Percurso de urdidura, a construção de um buraco de minhoca também se revelaria um desafio. Para criar uma distorção tão grande no espaço-tempo, você precisaria conectar dois buracos negros (um para cada extremidade). Para fazer isso, você precisaria fundir as duas singularidades dos buracos negros enquanto mantém os próprios buracos negros separados. Então você precisa explodir a singularidade fundida de um ponto para uma garganta esférica para uma abertura.

A teoria quântica pode ajudar com isso através do “enredamento” onde objetos podem ser conectados juntos a uma distância. Outros têm sugerido que buracos de vermes quânticos que ocorrem naturalmente podem aparecer no vácuo do espaço em um reino subatômico chamado de espuma quântica e ser encorajados a aumentar para permitir que algo passe através. Até agora nenhum desses mecanismos se mostrou fisicamente possível no tamanho necessário para que qualquer coisa clássica passasse como uma sonda. Wormholes acabam por ser difíceis.

Um terceiro método que eu ainda não vi na ficção científica é o tubo Krasnikov. Esta ideia foi proposta em 1995 como uma alternativa ao disco Alcubierre. Nele, uma nave distorceria o espaço à medida que passa a velocidade sub-luz de uma estrela para outra. Em vez de tornar a viagem mais curta como um wormhole, o tubo é uma máquina do tempo.

Vejamos como funciona:

Suponha que a minha sonda espacial robótica vai 99% da velocidade da luz para Alpha Centauri. Para nós, 4 anos-luz a essa velocidade é 4,04 anos, mas para a sonda são apenas 7 meses. A razão tem a ver com a relatividade e o paradoxo dos gémeos. Você vê este princípio na série Ender de livros de Orson Scott Card. Ender e sua irmã viajam tanto que vivem milhares de anos do tempo da Terra.

O tubo Krasnikov é projetado para distorcer o tempo atrás da sonda para que as pessoas na Terra não tenham que esperar tanto tempo pelo retorno da sonda. Quando a sonda chega ao seu destino e está pronta para retornar, ela entra no tubo e viaja de volta da mesma forma que veio. A única diferença é que, à medida que viaja, o tempo corre ao contrário. Isto tem o efeito de permitir que ela chegue logo após a sua partida!