A Física de Jornada nas Estrelas
“Restringir nossa atenção aos
assuntos terrestres seria limitar o
espírito humano”.
1
O Espaço, a Fronteira Final
Quem não se lembra de:
-
Leve-nos para cima Scotty
-
Dobra fator 3, senhor Sulu
-
Vida longa e prospera
-
Continue tentando, tenente
Uhura.
Algumas perguntas que surgem:
-
-
-
É possível viagens a
velocidades próximas a da
luz?
O que é uma velocidade de
dobra?
O que é , e como se obtêm,
a antimatéria?
O que é tele-transporte e
em breve, seria possível
viajar desse modo?
È possível viajar no tempo?
Velocidade próximas a da luz
Você esta sentado no comando de
uma nave espacial e ordena:
velocidade de c/2 em uma hora.
De
repente suas mãos ficam
pesadas, você não consegue se
levantar do assento, você fica
tonto, pois o sangue não
consegue chegar na sua cabeça
e você morre!
Velocidade próximas a da luz
O que aconteceu?
-
Foram os klingons?
-
Foram os romulanos?
-
Foram os borgs?
-
Ou você foi pego por desvio
espacial interfásico?
Velocidade próximas a da luz
Nada disso!
- Você foi derrotado por Sir
Isaac Newton e suas leis de
movimento.
Mas o que aconteceu?
- Motor de fusão lança gases
em alta velocidade para
trás. Uma força de reação
empurra os motores, sua
cadeira e você para frente.
- Seu corpo é pressionado
contra o assento com a
mesma força que os
motores são empurrados
para frente.
Velocidade próximas a da luz
Velocidade próximas a da luz
Vamos pensar classicamente
Queremos atingir a velocidade C/2 em uma hora, a partir do repouso.
A aceleração será de 41.666,665 m/s2
Para um homem de 80 kg a força que vai acelerá-lo será de F = 3.333.333,2 N que será
equivalente a 4000 G. Essa força irá esmagá-lo sobre a poltrona.Para atingir essa
velocidade, sem danos fisiológicos preciso de dois meses e meio. E para parar
precisarei de mais dois meses e meio. É o mesmo problema do Super Homem
pegando a Louis Lane quando ela caiu de prédio. Esse problema foi solucionado
pelos engenheiros da Frota Estelar com os Neutralizadores de Inércia. Quanto mais
básico o problema, mais desafiadora a solução.
Velocidade próximas a da luz
 E o combustível necessário para isso?
 Motores de fusão nuclear, onde 1% da massa é convertida em
energia.
 Massa da Enterprise 196.550,00 Ton.
 Seria necessário 81 vezes a sua massa para acelerá-la e 81
vezes a sua massa para pará-la.
Velocidade próximas a da luz
Qual a solução?
Velocidade de Dobra
•
•
•
1905
–
Einstein
–
Relatividade Geral
Massa deforma o Espaço
1907 – Minkowski 4
dimensões (3 espaciais e 1
temporal). Solução mais
elegante das equações da
relatividade.
“Daqui por diante, o espaço
em si e o tempo em si estão
fadados a desaparecer em
meras sobras, e apenas uma
espécie de união dos dois
preservará a realidade
independente”.
A Velocidade de Dobra
•
•
•
•
A força gravitacional se
converte
numa
manifestação do espaço
tempo curvo.
Essa curvatura foi medida
no eclipse total do sol de
1919 (Sir Arthur Stanley
Eddington).
A
luz
se
curvava
concordando com Einstein.
Se o espaço é curvo então a
menor distância entre dois
pontos não é uma reta,
apesar de parecer ser.
Velocidade de Dobra
•
•
Isso acontece porque:
Uma formiga andando em
uma folha de papel, quase
bidimensional não notará
diferença se for colocada na
figura
de
Möebius
(tridimensional). Para ela a
superfície continua sendo
bidimensional
e
ela
continua andando em linha
reta.
Para nós que enxergamos
tridimensionalmente
o
espaço quadra-dimencional
não será notado, e a
curvatura no espaço –
tempo, também.
Velocidade de Dobra
Existe uma interdependência
entre as duas quantidades
A curvatura do espaço-tempo é
determinada pela distribuição
de massa energia, mas essa
distribuição, por sua vez, é
governada pela curvatura do
espaço tempo
Velocidade de Dobra
Conseqüências
1. Se o espaço tempo é curvo
existem diferentes maneiras
para se ligar dois pontos
2. Se o espaço tempo não é
plano o tempo poderá fluir
em velocidades diferentes
para
diferentes
observadores.
3. A massa deve influenciar na
marcação do tempo.
Velocidade de Dobra
•
•
•
•
Posso dobrar a folha e fazer
um buraco unindo as duas
pontas
(buraco
de
minhoca).
Um físico do Pais de Gales,
Miguel Alcubierre, mostrou
que é possível, pela
relatividade geral, a viagem
de dobra.
No referencial local a nave
viaja com v<<<c.
Expande atrás da nave e se
contrai adiante. Como uma
prancha de surf sobre uma
onda. Usar o espaço-tempo
como propulsão.
Velocidade de Dobra
Energias envolvidas
Para um buraco negro do
tamanho da Enterprise
seriam necessários 10%
da energia da massa do
sol. Combustível:
Matéria e Antimateria
Antimatéria
 1928 – Paul Adrian Maurice Dirac escreveu uma equação que mudou a
maneira de se ver o mundo das velocidades ultra-rápidas.
 A equação descreve o comportamento relativístico do elétron em termos
totalmente quânticos.
 Para manter a consistência matemática era necessário a existência de uma
nova partícula, de massa equivalente mas com carga oposta ao elétron, o
pósitron
Antimatéria
•
•
•
•
Essa
antipartícula
foi
descoberta
por
Carl
Anderson em 1932, entre os
raios
cósmicos
que
bombardeiam a Terra.
A eq. de Dirac prevê que
todas as partículas tem sua
antipartícula.
Devido a simetria deveria
haver igual número de
matéria e antimatéria no
universo. Mas não é assim.
Andrei Sakharov – haveria
no Big Bang 1.000.000.001
partículas
para
cada
1.000.000.000
de
antipartículas.
Antimatéria
Não é possível colher
antimatéria no espaço
É preciso fabricá-la e
transportá-la!
Antimatéria
Qual seria o preço para fabricá-la?
- Fermilab produz 300 trilhões de antipartículas por 48 milhões de
dólares. Ou seja, 20 milhões de antipartículas por 1 dólar.
- Essas 20 milhões de antipartículas produzem 0,0001 joule que aquecem ¼ de grama
de água a 0,0001 0 C. Para acender uma lâmpada seriam necessários 100.000
dessas fontes. Ou seja 100.000X 48.000.000 =4.800.000.000.000.00 dólares.
-
Solução dos Físico e engenheiros da Federação: “dispositivos reversores de carga
quântica”. Qualquer matéria pode virar antimatéria, com uma perda de
aproximadamente 24%.
- A taxa de aniquilamento matéria antimatéria é de 25:1, graças ao cristais de dilítio.
A antimatéria vem pronta da fabrica da Federação dos Planetas Unidos.
Teletransporte
•
•
•
•
Como mover 1028 átomos de
matéria combinados de padrões
complexos que formam o ser
humano?
Duas situações: transportar dados
ou bits?
E se transportássemos átomos
E = mc2.
Como funciona o teletransporte da
Enterprise*:
1.
2.
3.
4.
Travar no alvo
Esquadrinhar a imagem
Desmaterializá-la
Armazenar num “buffer”de
padrões.
5.
Transmitir o fluxo de matéria
em um raio de confinamento
angular.
* Manual da Enterprise
Teletransporte
O que significa
“Desmaterializar”?
1.
2.
Transformar cada átomo
em energia.
Para uma pessoa de 50 kg
E = 100 megatons.
Teletransporte
•
•
•
O Átomo
Elétrons + espaço vazio +
Núcleo (muito denso).
Por que então a matéria é
sólida?
• Repulsão Elétrica
A energia para desmaterializar
deverá ser superior a:
• As energias das ligações
(explosão).
• Forças elétricas
• Energia de ligação entre as
partículas
(prótons
e
elétrons)
• Energia de ligação entre as
partículas
elementares
(Quarks)
Teletransporte
•
•
•
Como fazer
Seria necessário aquecer a
matéria a 1 trilhão de graus
Celsius = 1 milhão de vezes
a temperatura do Sol.
Depois de desmaterializar é
necessário transportá-la a
velocidade da luz, que será
comparável a 10 vezes a sua
massa em repouso. Estamos
considerando
que
a
desmaterialização se dá a
nível de elétrons, prótons e
nêutrons.
Transformaríamos matéria
em radiação
Teletransporte
Para um ser humano
Precisamos armazenar essa informação num “buffer”
Precisamos localizar espacialmente cada partícula (x,y,z)
Precisamos registrar o estado interno (nível de energia, as ligações, se a molécula está
girando ou vibrando, etc.)
-
Se armazenarmos as informações de um átomo em 1 kilobite – 1028 kilobites.
Se consideramos um DVD com 5 giga de memória – 1 DVD = 5 X 109 bites.
Precisaríamos de 2,0 X 1018 DVDs.
Se cada DVD tiver  1 mm de espessura, formaríamos um pilha de 2,0 X 1012 km de
altura.
Se distância ao Sol é de 15 x 107 km, seria quase duas vezes a distância Terra-Sol.
A velocidade para ler e gravar e ler e descarregar teria que ser fantástica.
O Princípio da Incerteza de Heisenberg
Teletransporte
O que temos de teletransporte
•
•
•
•
Pesquisadores da IBM – 1994
Teletransporte de informação e não
de matéria. Estados quânticos.
Essa proposta consiste em codificar
uma informação em um elétron, por
exemplo, e através de um efeito
puramente quântico, chamado
“emaranhamento” (que ocorrem
entre duas ou mais partículas muito
pequenas, tais como em elétrons), a
informação codificada é transmitida
para outro elétron distante mesmo
sem haver interação entre esses
elétrons.
Essa
proposta
foi
realizada
experimentalmente pela primeira
vez em 1997 usando fótons
(partículas de luz). Desde então
muitos
outros
experimentos
confirmando o teletransporte foram
feitos usando diferentes tipos de
partículas.
www.tecnosapiens.com.br
Viagem no Tempo
Viagem no Tempo
• Abertura superior fixa
• Abertura superior se
movendo.
• Abertura superior no
presente e abertura
inferior no passado.
• Os relógios na abertura
inferior
estariam
atrasados.
• É necessário um “buraco
de minhoca “estável.