Download - A Física de Jornada nas Estrelas
A Física de Jornada nas Estrelas“Restringir nossa atenção aos
assuntos terrestres seria limitar o espírito humano”.
1
Quem não se lembra de:
- Leve-nos para cima Scotty
- Dobra fator 3, senhor Sulu
- Vida longa e prospera
- Continue tentando, tenente Uhura.
O Espaço, a Fronteira Final
- 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?
Algumas perguntas que surgem:
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!
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
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
Inércia
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
Velocidade próximas a da luz
Propulsão não é prático
Qual a solução?
Dobrar o Espaço (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”.
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.
A 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
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
Tens
or c
urva
tura
Tensor matéria-energia
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.
Clique no ícone para adicionar gráfico
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
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
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
Antimatéria
Não é possível colher antimatéria no espaço
É preciso fabricá-la e transportá-la!
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.
Antimatéria
• 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. Travar no alvo2. Esquadrinhar a imagem3. Desmaterializá-la4. Armazenar num “buffer”de
padrões.5. Transmitir o fluxo de matéria
em um raio de confinamento angular.
* Manual da Enterprise
Teletransporte
Teletransporte
O que significa “Desmaterializar”?
1. Transformar cada átomo em energia.
2. Para uma pessoa de 50 kg E = 100 megatons.
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 humanoPrecisamos 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
Teletransporte
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.
Viagem no Tempo