Viagem espacial na velocidade da luz: quando isso se tornará realidade?

A ideia de viajar na velocidade da luz tem fascinado não apenas escritores de ficção científica, mas também cientistas por muitos anos. A luz viaja a uma velocidade surpreendente de 299,792,458 metros por segundo. Nessa velocidade, você poderia circundar a Terra mais de sete vezes em apenas um segundo, e os humanos poderiam finalmente explorar o universo além do nosso sistema solar. Em 1947, os humanos ultrapassaram pela primeira vez a velocidade do som (que é muito mais lenta, a propósito), abrindo caminho para aeronaves comerciais como o Concorde e outros aviões supersônicos. Mas será que algum dia seremos capazes de viajar na velocidade da luz?

Com base em nossa compreensão atual da física e dos limites do mundo natural, a resposta é infelizmente não. De acordo com Albert Einstein teoria especial da relatividade, descrita pela famosa equação E=mc², a velocidade da luz (c) atua como um tipo de limite de velocidade cósmica que não pode ser ultrapassado. Assim, viajar na velocidade da luz ou mais rápido que ela é fisicamente impossível, especialmente para qualquer coisa que tenha massa, como naves espaciais e humanos.

Mesmo para coisas muito pequenas, como partículas subatômicas, a quantidade de energia (E) necessária para se aproximar da velocidade da luz representa um desafio significativo. O Large Hadron Collider (LHC), o maior e mais poderoso acelerador de partículas da Terra, acelerou prótons o mais próximo possível da velocidade da luz. No entanto, mesmo um pequeno próton exigiria energia quase infinita para atingir a velocidade da luz, e os humanos ainda precisam descobrir o que "energia quase infinita" realmente significa.

No entanto, físicos e entusiastas estão confiantes de que não há nenhuma lei fundamental da física que proíba os humanos de viajar pelo espaço – é apenas muito, muito difícil. Então, hoje, vamos discutir alguns métodos potenciais para viagens interestelares, do menos ao mais plausível, conforme visto por especialistas na área.

Leia também: Os fones de ouvido com cancelamento de ruído são prejudiciais? Insights de fonoaudiólogos

Viajando mais rápido que a velocidade da luz

Você nunca será capaz de viajar mais rápido que a velocidade da luz. Pelo menos, é isso que entendemos graças à teoria da relatividade especial de Einstein – uma teoria revolucionária que fundiu espaço e tempo, tornando-os interconectados. Embora seja fácil dizer que avanços futuros na física podem superar essa limitação, implementar tal conceito na prática pode ser muito mais complexo.

A relatividade especial é uma das teorias mais completamente testadas em toda a física. Isso ocorre porque não é apenas uma teoria; é uma meta-teoria. É um conjunto de instruções que nos ajuda a construir outras teorias físicas. A relatividade especial nos ensina como o espaço e o tempo são fundamentalmente interconectados. A natureza dessa conexão define a velocidade da luz como um limite de velocidade fundamental. Não se trata apenas de luz ou mesmo movimento; trata-se da causalidade em si.

Esta teoria estabelece a base para a conexão entre o passado, o presente e o futuro. Em outras palavras, viajar mais rápido que a luz poderia permitir a viagem no tempo, o que parece impossível em nosso universo. Como todas as outras teorias físicas modernas são construídas sobre a relatividade, toda vez que testamos uma delas, também estamos testando a teoria da relatividade. Embora possamos estar errados sobre a estrutura fundamental do espaço-tempo, é improvável que o limite da velocidade da luz seja derrubado.

Leia também: Use ou perca: como a IA está mudando o pensamento humano

Buracos de minhoca

O limite da velocidade da luz também está ligado à aparente impossibilidade de buracos de minhoca. Buracos de minhoca são atalhos no espaço que conectam quaisquer dois pontos no universo. Esses objetos estranhos são uma previsão natural da teoria geral da relatividade de Einstein, que explica como a gravidade surge da curvatura e distorção do espaço-tempo.

A relatividade geral permite buracos de minhoca distorcendo o espaço-tempo de uma forma muito peculiar. No entanto, há uma pequena ressalva: esses objetos são catastroficamente instáveis. No momento em que qualquer coisa, mesmo um único fóton, tenta passar pela garganta de um buraco de minhoca, ele imediatamente se despedaça. A única maneira conhecida de estabilizar um buraco de minhoca é introduzindo um fio de matéria exótica nele. Essa matéria tem massa negativa, o que, como a viagem no tempo, parece ser proibido em nosso universo.

É inteiramente possível que nossos futuros descendentes descubram uma maneira alternativa de estabilizar buracos de minhoca e tornar a viagem interestelar uma realidade. No entanto, o tempo que pode levar para descobrir os avanços necessários na física pode ser maior do que a jornada até as próprias estrelas.

Leia também: 6 fatos fascinantes sobre ondas gravitacionais e LIGO

Navios de gerações

Embora enviar uma nave espacial para outra estrela possa não representar um problema fundamental de física, ele apresenta vários desafios de engenharia. Uma das ideias fascinantes para viagens interestelares envolve a criação de naves de geração — embarcações grandes e lentas, onde a maioria dos passageiros não viveria para chegar ao seu destino. Em vez disso, eles viveriam por gerações a bordo de uma nave-cidade autossustentável, que eventualmente alcançaria outra estrela.

Tecnicamente, a humanidade já é uma espécie interestelar. Muitos anos atrás, a sonda espacial Voyager 1 cruzou a heliopausa, o limite do nosso Sistema Solar, e entrou no espaço interestelar. A boa notícia é que levou apenas algumas décadas para que esse feito fosse realizado. A má notícia, no entanto, é que isso é apenas o começo. Mesmo a uma velocidade incrível de mais de 57,940 km/h, se a Voyager 1 estivesse indo em direção a Proxima Centauri (embora não esteja), nossa estrela vizinha mais próxima a uma distância de cerca de 4.2 anos-luz, levaria cerca de 40,000 anos para a sonda chegar ao seu destino. Esse período de tempo é anterior ao desenvolvimento das primeiras cidades e ao advento da agricultura. A boa notícia, no entanto, é que a Sonda Solar Parker, graças às manobras de assistência gravitacional, atualmente mantém a velocidade mais alta de 700,000 km/h. Se estivesse indo para Proxima Centauri, levaria cerca de 6,500 anos para chegar. O progresso é evidente.

Então, uma “nave de geração” não é apenas um punhado de gerações, mas centenas delas, todas precisando viver autossuficientemente no vazio entre as estrelas, sem fontes adicionais de água, combustível, comida ou peças de reposição. Porque mesmo 6,500 anos é um imenso período de tempo.

Leia também: Tudo sobre Microsoft'S Majorana 1 Processador quântico: avanço ou evolução?

Um navio muito, muito rápido

Outros entusiastas argumentam que para alcançar outras estrelas mais rápido, você não precisa de uma nave gigante e pesada. Em vez disso, ela deve ser a menor possível. Dessa forma, foguetes ou outros tipos de combustível podem atingir velocidades maiores, encurtando a jornada. Além disso, a teoria da relatividade ajuda em altas velocidades. Devido à constância da velocidade da luz, o movimento no espaço difere do movimento no tempo. Quanto mais rápido um objeto se move pelo espaço, mais devagar ele se move pelo tempo. À medida que a velocidade se aproxima da da luz, um ano para o viajante pode encolher para meses, dias ou até minutos.

Infelizmente, esses efeitos relativísticos só entram em ação quando um objeto atinge mais de 90% da velocidade da luz, um marco que a humanidade ainda não atingiu. No entanto, aceleradores de partículas aceleram partículas regularmente a velocidades próximas à da luz, então isso certamente não é impossível.

O desafio está no fato de que estamos lidando com partículas minúsculas, não com naves espaciais massivas. Para acelerar algo do tamanho de um humano a 90% da velocidade da luz, pode ser necessária mais energia do que o Sol produz em mil anos. Mas isso é mais um problema de engenharia do que uma limitação física fundamental.

Leia também: Mudanças tectônicas na IA: Microsoft apostar em DeepSeek?

Conceito tradicional de dobra espacial

O conceito tradicional de ficção científica de um propulsor de dobra envolve a deformação do espaço-tempo de uma forma muito específica: comprimindo-o na frente da nave e expandindo-o atrás. Teoricamente, isso permitiria que uma nave espacial viajasse efetivamente mais rápido que a luz sem realmente exceder o limite de velocidade local. No entanto, pesquisas anteriores sobre essa ideia sugeriram que formas exóticas de matéria com "densidade de energia negativa" seriam necessárias para tornar isso possível. Esses materiais exóticos são puramente teóricos e não foram observados, e eles representam desafios significativos em termos de sua criação e estabilização.

Em nossa experiência cotidiana, a energia é sempre vista como positiva. Mesmo no vácuo, há uma pequena quantidade de energia positiva conhecida como “energia do vácuo” ou “energia do ponto zero”. Isso resulta de Princípio da incerteza de Heisenberg na mecânica quântica, que afirma que sempre há flutuações de energia em um sistema, mesmo no menor estado de energia possível.

A existência de densidade de energia negativa é altamente especulativa e problemática dentro da estrutura da física conhecida. As leis da termodinâmica e as condições de energia na relatividade geral parecem proibir a existência de grandes quantidades de densidade de energia negativa. Algumas teorias, como a Efeito Casimir e certas teorias quânticas de campo, sugerem a presença de pequenas quantidades de densidade de energia negativa sob condições específicas. No entanto, esses efeitos são geralmente muito pequenos e limitados a escalas microscópicas.

É aqui que novas pesquisas entram em cena. Pesquisadores em física aplicada identificaram uma nova abordagem que pode um dia tornar a tecnologia de propulsão de dobra possível. A equipe introduziu o conceito de um “motor de propulsão de dobra de velocidade constante”, alinhado com os princípios da relatividade.

O novo modelo elimina a necessidade de energia exótica, em vez disso, usa uma combinação complexa de métodos gravitacionais tradicionais e novos para criar uma bolha de dobra capaz de transportar objetos em altas velocidades dentro dos limites da física conhecida. “Esta pesquisa muda nossa compreensão dos propulsores de dobra”, disse o autor principal Dr. Fuchs. “Ao demonstrar o primeiro modelo desse tipo, mostramos que os propulsores de dobra não são relegados à ficção científica.”

O modelo teórico do novo tipo de bolha de dobra emprega métodos gravitacionais tradicionais e inovadores, possibilitados por sua ferramenta disponível ao público, a Warp Factory. Esta solução permite o transporte de objetos em velocidades altas, mas abaixo da luz, sem a necessidade de fontes de energia exóticas. Isto é alcançado projetando o propulsor de dobra do espaço-tempo para se comportar gravitacionalmente como matéria comum, marcando a primeira solução desse tipo.

“Embora tal design ainda exija uma quantidade significativa de energia, ele demonstra que os efeitos de dobra podem ser alcançados sem formas exóticas de matéria”, acrescentou o Dr. Christopher Helmerich, coautor do estudo. “Essas descobertas abrem caminho para futuras reduções nos requisitos de energia para propulsores de dobra.”

Ao contrário de aviões ou foguetes, os passageiros a bordo de uma nave de dobra não experimentariam nenhuma força gravitacional. Isso contrasta fortemente com algumas representações de ficção científica. A pesquisa da equipe demonstra como tal nave poderia ser construída usando matéria comum. "Embora ainda não estejamos fazendo as malas para viagens interestelares, essa conquista sinaliza uma nova era de possibilidades", explicou Gianni Martire, CEO do Departamento de Física Aplicada. "Continuamos a fazer progresso constante à medida que a humanidade entra na era das viagens de dobra."

A equipe de Física Aplicada agora está focada em enfrentar esses desafios, continuando a refinar seus modelos e colaborando com várias disciplinas e instituições para transformar o que antes era um sonho fantástico em realidade.

Leia também: As inovações robóticas mais fascinantes de 2024

Conclusões

À medida que nos aproximamos de uma nova era na exploração espacial, a perspectiva de criar propulsores de dobra é mais tentadora do que nunca. A cada nova descoberta e avanço, nos aproximamos um passo mais das estrelas e das oportunidades ilimitadas que nos aguardam na vasta extensão do espaço. À medida que a humanidade embarca na busca por viagens mais rápidas que a luz, potencialmente usando propulsores de dobra, só podemos imaginar as incríveis aventuras e descobertas que o Universo tem reservado para nós.

No futuro distante, assumindo que nossa compreensão atual da física se mantenha (pelo menos em termos de viagens mais rápidas que a luz e buracos de minhoca), a humanidade provavelmente enviará apenas um punhado de missões modestas para outras estrelas e planetas habitáveis. No entanto, dentro do nosso próprio Sistema Solar, há inúmeros lugares — centenas de luas e milhares de asteroides — que um dia poderiam ser chamados de lar. É um vasto espaço, cheio de mistérios ainda a serem descobertos.

Não há lugar como o lar.

Leia também:

• Biomimética: como a natureza inspira engenheiros a inovar
• Resíduos Nucleares: O que é e como é descartado