A Física da Viagem Interestelar

Hoje falaremos um pouco acerca de algumas teorias baseadas no conhecimento humano sobre as leis da física. Elas podem nos ajudar a descobrir se a viagem interplanetária de seres extraterrenos seria ou não possível e se sim, quais seriam esses seres e quais as conseqüências de “uma visita”.

A primeira análise realística sobre esta matéria é fruto dos estudos do Astrofísico Nicolai Kardashev. Baseando-se nas leis da física e termodinâmica, Kardashev criou um ranking de possíveis civilizações com base no total de energia consumida por eles. Esta análise serviria como um guia preliminar para explorar as dinâmicas de civilizações avançadas:

Tipo I: Esta Civilização utiliza uma quantidade de energia equivalente à consumida por um planeta inteiro.

A raça dos "Bonequeiros" da série "Nkown Space" do escritor Larry Niven seria uma Civilização de Tipo I

Tipo II: Esta Civilização utiliza a mesma quantidade de energia que uma estrela, cerca de 10 bilhões de vezes a energia utilizada pela civilização de tipo I.

As "Também Pessoas" da Série "Dr. Who", fariam parte de uma Civilização de Tipo II.

Tipo III: Esta Civilização utiliza energias equivalentes à uma Galáxia ou cerca de 10 bilhões de vezes a energia gerada pela civilização de tipo II.

"Os Borg" de "Star Trek" seriam uma Civilização de Tipo III

Uma civilização Tipo I poderia manipular completamente as forças planetárias como, por exemplo, modificar o próprio clima manipulando os fenômenos naturais utilizando-se dessa energia (que poderia chegar a centenas de bombas de hidrogênio). Talvez vulcões e mesmo terremotos pudessem ser alterados e transformados em energia por tais Civilizações.

A Civilização de tipo II lembraria a Federação de Planetas de Jornada nas Estrelas (capazes de destruir estrelas e colonizarem pequenas frações de estrelas próximas, dentro da mesma galáxia). Poderiam até mesmo manipular os ventos solares. Uma Civilização de Tipo III poderia nos lembrar "Os Borg" ou talvez o Império de Star Wars. Eles poderiam colonizar uma galáxia inteira e retirar a energia de centenas de bilhões de estrelas.

Nesta escala seríamos uma Civilização 0, ou seja, que extraem sua energia de seres mortos e plantas (petróleo, carvão,biodiesel) crescendo cerca de 3% ao ano significando que,segundo os cálculos criados por Kardashev, poderíamos nos tornar uma Civilização de Tipo I em 100 ou 200 anos, de Tipo II em alguns milhares de anos e chegaríamos a ser uma civilização Tipo III entre 100.000 à 1.000.000 de anos. (Escala de tempo insignificante em termos Universais).

Ainda nos utilizando dessa escala podemos determinar o tipo de combustível que estas civilizações utilizariam em suas naves: Tipo 0:

Foguetes Químicos;

Motores Iônicos;

Energia de Fricção;

Propulsão Eletromagnética.

Tipo I:

Motores Ram-Jet;

Drives Photônicos

Tipo II:

Drive de Antimatéria;

Nano Sondas Von Neumann

Tipo III:

Propulsão de Energia Planck

Assim sendo, quais destas civilizações teriam mais chances de conseguirem viajar através das estrelas e nos visitar?

Conceito artístico de uma Nanosonda Intergalática

Dados os números astronômicos da quantidade de possíveis planetas em nossa Galáxia, uma civilização de Tipo II poderia tentar uma aproximação mais realista e poderiam se utilizar de pequenas sondas robóticas auto- replicantes que poderiam se proliferar através da galáxia da mesma maneira que um vírus microscópico pode se auto- replicar e colonizar um corpo humano. Tal civilização poderia enviar essas sondas à Luas distantes onde os mesmos poderiam estabelecer bases e fábricas, podendo se reproduzir aos milhares. Tal Nanosonda Von Neumann poderia ter apenas o tamanho de uma caixa de sapatos, usando nanotecnologia sofisticada para produzir circuitos e computadores à níveis atômicos. Essas cópias migrariam para outras Luas e continuariam seu ciclo de reprodução.

Talvez tais Sondas possam hibernar em Luas distantes, aguardando uma civilização primitiva Tipo 0 tornar-se Tipo I, o que poderia ser de interesse para elas. (De fato existe uma pequena, porém possível chance, que tais sondas possam ter pousando em nossa própria Lua bilhões de anos atrás por uma civilização que estivesse escaneando o espaço. Na verdade, esta é a base do filme 2001: Uma Odisséia no Espaço, que revela como seria a maneira mais realista um contato com uma civilização extraterrena inteligente). O problema é que nenhum desses sistemas de propulsão podem vencer a velocidade da Luz. Civilizações de Tipo 0, I e II podem somente enviar sondas ou criar colônias na distância de apenas alguns anos luz de seu planeta Natal. Mesmo as nanosondas só podem se espalhar e auto-replicar em uma velocidade bem aquém da Velocidade da Luz.

Para romper a velocidade da Luz, uma destas Civilizações necessitaria utilizar plenamente a Relatividade Geral e a Teoria Quântica. Este tipo de viagem necessita de um tipo de energia muito avançado, que somente uma civilização mais avançada do Tipo II ou, o que seria mais aceitável, o domínio científico de uma civilização do Tipo III. Existem 2 maneiras, segundo a Relatividade Geral, para que possamos romper a velocidade da Luz.

A primeira seria via Buracos de Minhoca ou Superfícies Riemann multiplamente conectadas, que poderiam criar um atalho através do tempo e espaço. Uma maneira possível para se criar um buraco de minhoca é juntar grandes quantidades de energia estelar em um anel rotatório (Buraco Negro Kerr). A Força Centrífuga impediria o colapso. Quem passasse pelo anel não seria destruído, mas seriam arremessados em uma parte completamente desconhecida do Universo, como o espelho de Alice, com o centro do buraco negro sendo a moldura do espelho, e o reflexo sendo o Buraco de Minhoca

Outra maneira seria separar o Buraco Negro da "Espuma Quântica", o que os físicos acreditam ser a força que fabrica o tecido do tempo e espaço na escala Planck (10 a -33cm). Contudo ocorrem inúmeros problemas com os Buracos de Minhoca:

1- Uma versão requere uma quantidade enorme de energia positiva. Ex: Buraco Negro.

Buracos de Minhoca de Energia Positiva tem um Evento Horizonte e nos permitem fazer apenas uma viagem de ida. Outra versão necessitaria de 2 Buracos Negros ( 1 para a viagem original e outro para a volta) para poder tornar a viagem Interestelar prática. É bem possível que apenas uma Civilização de Tipo III pudesse ter este conhecimento e poder.

2- Os Buracos podem ser Instáveis podendo se fechar assim que você tenta entrar. Os efeitos radioativos podem te atingir assim que você os penetrasse e você morreria.

3- Uma versão exige uma imensa quantidade de energia negativa. Ela EXISTE (Na forma do Efeito Casimir), mas imensas quantidades de energia negativa estão muito, mas muito além da nossa tecnologia, talvez por mais de um milênio. A vantagem da energia negativa é que elas não produzem Evento Horizonte e são mais fáceis de atravessar.

4- Outra versão exige uma grande porção de Matéria Negativa. Infelizmente, matéria negativa nunca foi observada na natureza. Qualquer matéria negativa na Terra extinguiu-se bilhões de anos atrás, tornando a Terra um planeta estéril de Matéria Negativa. A 2ª possibilidade seria usar uma imensa quantidade de energia para continuamente esticar o tempo e espaço. Desde que apenas espaço vazio pode se contrair ou expandir, é possível superar a velocidade da luz através deste método. (Espaço vazio pode atravessar o espaço mais rápido que a Luz. Por exemplo, O BIG BANG se expandiu muito mais rápido que a Velocidade da Luz). O problema é que deste jeito, de novo, é que a vasta quantidade de energia necessária só poderia ser obtida por uma Civilização de Tipo III.

Em último lugar existe o problema fundamental da "Mudança de Topologia" que é possível dentro da Relatividade Geral (que também possibilita Máquinas do Tempo, ou curvas temporais fechadas). A Relatividade Geral permite essas pontes e os Buracos de Minhoca, mas infelizmente falha na quantidade imensa de energia dentro dos Buracos Negros ou no Instante da Criação dos mesmos.

Nesses casos, o Quantum domina os efeitos gravitacionais clássicos, caminhando para "A Teoria dos Campos Unificados" da Gravidade Quântica. Outras possibilidades só poderão vir à tona através da Teoria Quântica, Teoria do Tudo... etc.
A maioria dos cientistas duvidam da viagem interestelar pois a barreira da luz é muito difícil de ser rompida. De qualquer maneira, para ir mais rápido que a luz é necessário ir da Relatividade Especial para a Relatividade Geral e além, através da teoria Quântica. Assim sendo, não se pode colocar leis na viagem Interestelar caso uma civilização avançada o suficiente consigua desestabilizar o Espaço-Tempo.

Talvez só uma civilização do Tipo III possa lidar com Energia Planck, a energia que torna o tempo e espaço instáveis. Muitas propostas foram feitas em como se quebrar a barreira da luz (incluindo Buracos de Minhoca e Espaços Esticados e Manipulados) mas todas requerem uma quantidade de energia encontradas apenas em Civilizações Galáticas do Tipo III. Em Nível Matemático, em último caso, devemos aguardar por uma Teoria Mecânica Quântica da Gravidade (Assim como a Teoria da Supercorda) para responder a essas perguntas fundamentais, assim como se poderíamos criar um Buraco de Minhoca e se seriam eles estáveis o suficiente para permitir uma viagem Interestelar.

© Copyright Welcome to Explorations in Science with Dr. Michio Kaku 2010. All rights reserved.