Como funciona o motor da Enterprise?

terça-feira, agosto 18, 2015

A ficção científica é capaz de nos levar aos confins do tempo e do espaço de maneira notável. Seja com poderes quase sobrenaturais, seja com máquinas fictícias, seja com uma ciência plausível, porém inviável, podemos viajar pela galáxia com poucas dificuldades. E o motor de dobra, ou warp drive, é uma destas sonhadas máquinas que nos levarão aos recantos do cosmos. Isso se puder ser tão eficiente e seguro como é em Star Trek.





Esse post ficou no freezer por muito tempo porque é tanta informação referente ao funcionamento da Enterprise que fiquei perdida na hora de colocar as informações aqui. Por isso, pedi ajuda ao físico de plantão do Holodeck e do Twitter, o Dbhor, para dar uma refinada na coisa. O resultado, você lê abaixo.


O motor de dobra mais conhecido da ficção científica é de Star Trek. É ele que move as várias Enterprises e a Voyager, além de várias outras naves em suas missões. Mas o motor de dobra ou FTL (faster than light) é velho conhecido de muitos outros enredos, como Star Wars e Battlestar Galactica. A ideia por trás é que ele não corta caminho como o Stargate, mas cria uma bolha de dobra à frente e ao redor da nave para aproximar dois pontos distantes do espaço. A diferença entre a dobra espacial e o wormhole é que neste último a viagem é instantânea, enquanto que a Enterprise podia levar vários dias ou semanas até um determinado lugar.


Zefram Cochrane
O gênio por trás da Federação e da Frota Estelar e de sua capacidade de viajar pelo espaço emprestou também seu nome para medir as velocidades de campos de dobra. Ele sabia que para fugir dos motores não-Newtonianos era preciso ter várias camadas de campo de dobra agrupadas. Cada camada exerceria uma quantidade controlada de força contra a camada mais próxima. O efeito da acumulação impulsionaria o veículo para frente e é conhecido como manipulação de campo assimétrica e peristáltica (MCAP).

Nacele de dobra

As bobinas de campo de dobra nas naceles do motor são energizadas em ordem, da frente da nave para trás. Cada nova camada de campo se expande para longe das naceles, experimentando uma rápida aplicação e perda de força a distâncias variáveis das naceles, simultaneamente transferindo energia e se separando das camadas anteriores. Quando a força é aplicada, a energia irradiada faz a transição necessária para o subespaço, resultando em uma aparente redução de massa no veículo. Isto facilita o deslizamento da nave através das camadas sequenciais de campo de dobra.

As naceles utilizam a energia gerada pela reação de matéria e anti-matéria do reator na Engenharia para gerar, ao redor da nave, uma "bolha". A energia não convertida em campo de dobra escapa como luz visível, que são aquelas luzes azuladas que vemos nas naceles de todas as naves das séries.

USS Enterprise 1701-E e suas naceles de dobra iluminadas.

O cochrane é a unidade usada para medir a tensão de um campo subespacial e para medir a distorção de campo causada por outros dispositivos de manipulação espacial, incluindo raios tratores, escudos defletores e campos de gravidade artificial. O valor em cochranes para cada fator de dobra corresponde à velocidade aparente da nave viajando neste fator. Uma nave viajando em fator de dobra 3, por exemplo, está mantendo um campo de dobra de pelo menos 39 cochranes e está, portanto, viajando a 39 vezes a velocidade da luz.

  • Dobra 1 = 1 cochrane
  • Dobra 2 = 10 cochranes
  • Dobra 3 = 39 cochranes
  • Dobra 4 = 102 cochranes
  • Dobra 5 = 204 cochranes
  • Dobra 6 = 392 cochranes
  • Dobra 7 = 656 cochranes
  • Dobra 8 = 1024 cochranes
  • Dobra 9 = 1516 cochranes

Em 2368, cientistas da Frota Estelar perceberam que as bolhas subespaciais estavam corroendo, lentamente, o tecido do subespaço, o que levaria a danos irreparáveis ao espaço-tempo. Desta forma, eles baixaram uma diretriz para todas as naves para manterem dobra 6 em viagens de rotina, ultrapassando esse valor apenas em situações de emergência.

A propulsão de dobra, seguindo as especificações da classe Galaxy, onde todo o sistema fornece energia de aplicação primária e secundária, consiste em:

  • o conjunto de reação matéria/antimatéria,
  • dutos de condução de força e;
  • naceles do motor de dobra

O conjunto de reação matéria/antimatéria (M/A) se utilizada do cristal de dilítio, único material conhecido pela Federação que não é reagente à antimatéria quando exposto a um campo eletromagnético (EM) de alta freqüência na faixa dos megawatt, tornando-o “poroso” ao anti-hidrogênio. Ele passa diretamente por sua estrutura cristalina sem tocá-la, devido ao efeito de dínamo criado pelos átomos de ferro adicionados.


Einstein e o warpdrive
Mas de onde veio a ideia de dobrar o espaço-tempo para viajar mais rápido que a luz, afinal? Bem, ela se baseia na teoria da relatividade geral, proposta por Albert Einstein em 1915.

Einstein descobriu que grandes massas criam curvaturas no espaço-tempo, concentrando não só massa e energia, mas também o tempo. O universo tem três dimensões de espaço mais o tempo. Não podemos ver a curvatura do espaço-tempo, mas podemos facilmente detectá-la usando uma caneta laser comum. A trajetória descrita pelo laser (e de fato por qualquer facho de luz) mapeiam o espaço-tempo local.

"Spacetime curvature". Licenciado sob CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Einstein descreve a dinâmica da relatividade geral através de um conjunto de equações de campo. Podemos ver de relance essas equações numa cena de Star Trek: O Filme quando o sr. Spock ajuda a equipe de engenharia a consertar uma anomalia no motor de dobra. E o que essas equações dizem? Basicamente, que a presença de massa e energia numa região do espaço altera a própria geometria do espaço, mas também que a geometria local do espaço diz à matéria e à energia como podem se mover.

A dobra espacial seria, portanto, uma forma de aplicar uma determinada força que poderia criar um tipo de ponte entre os extremos desta curvatura, "dobrando" o espaço para encurtar as viagens entre um ponto A e B. A relatividade nos diz que a velocidade da luz é o limite absoluto de velocidade em nosso Universo para qualquer objeto que tenha uma massa real. Quando um corpo se aproxima da velocidade da luz, mais e mais da energia fornecida ao corpo para continuar acelerando aparece sob a forma de inércia adicional, ou seja, fica mais difícil de acelerar.

As leis de Newton consideram que tempo e espaço são os mesmos para os diferentes observadores de um mesmo fenômeno físico. A teoria da relatividade considera que o tempo é relativo para o observador dependendo da velocidade com a qual um corpo se move. A ideia por trás do motor de dobra não é superar a velocidade da luz postulada pela relatividade especial (também chamada de relatividade restrita), que é um limite intransponível, mas superar a velocidade da luz postulada pela relatividade geral usando a curvatura do espaço-tempo sugerida pela própria relatividade geral.


Assim, em vez de dizer que nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz, precisamos dizer que nada pode viajar mais rápido que a luz localmente. Isso significa que nada pode viajar mais rapidamente que a luz em relação a sistemas de referência locais. Porém, se o espaço é curvo esses marcos de referências locais não precisam ser globais e, possivelmente, este limite pode ser superado. Embora a relatividade especial proíba objetos de se moverem mais rapidamente que a luz dentro do espaço-tempo, desconhecemos o quão rapidamente o próprio espaço-tempo pode se mover.


A Propulsão Alcubierre
O físico mexicano Miguel Alcubierre propôs, em 1994, um método de alongamento do espaço em uma onda que, em teoria, poderia fazer com que o tecido do espaço à frente de uma nave espacial se contraia, enquanto que o tecido que está atrás da nave se expanda. A nave, desta forma, se deslocaria "surfando" esta onda dentro de uma região conhecida como "bolha de dobra" onde as características normais do tecido espaço-tempo se manteriam inalteradas e os passageiros da nave não sofreriam envelhecimento ou danos.

Modelo proposto por Alcubierre.

Para entender melhor a teoria de Alcubierre, vejamos a imagem acima:

1. A dimensão vertical representa o quanto um determinado volume de espaço-tempo se expande ou se contrai no modelo de Alcubierre. Os valores positivos (em vermelho) implicam uma expansão.
2. No interior da bolha, o espaço-tempo neutro deixaria a nave livre de perturbações. Os passageiros experimentariam um ambiente calmo de gravidade zero.
3. Os valores negativos (em azul) implicam uma contração no espaço-tempo. Esta contração equilibraria a expansão do espaço-tempo, da mesma forma como uma bolha se move pra frente.

Se o espaço-tempo pode ser dobrado localmente de maneira que se expanda atrás de uma nave e se contraia à frente dela, então a nave será impulsionada junto com o espaço que a contém. Localmente, a nave nunca viajaria mais rápido do que a luz, porque a luz também será impulsionada junto com a onda de espaço em expansão. Mas, globalmente percorreria distâncias incrivelmente grandes em pequenos intervalos de tempo. Está aqui a chave para o motor da Enterprise.

O problema: esse tipo de manipulação do espaço-tempo requer o uso de “matéria exótica” e “energia negativa”, que são coisas que a física atual desconhece. Ainda é possível? Talvez. Ou talvez o segredo para a propulsão de dobra esteja escondido na formulação quântica da gravidade, ou ainda alguma outra coisa que sequer imaginamos hoje. Quem viver verá!

ENGAGE!

Até mais!



Leia mais:
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Sybylla

Fã do futuro e da ficção científica. Geógrafa, professora, blogueira, escritora de FC. Capitã da Frota Estelar. Esperando para voltar para o meu planeta. Leia mais.





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1 comentários

  1. Estou feliz em ver uma das descrições mais completas e bem feitas do sistema de propulsão de dobra~!
    Parabéns à autora e aos consultores! Um ótimo trabalho!

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