sexta-feira, 17 de fevereiro de 2012

Ciência X Ficção: Viagem na Velocidade da Luz

Viagem Imaginária à Velocidade da Luz
O foguete que no futuro sairá dos limites da Via Láctea poderá ser assim. Ele só não existe hoje porque ainda é preciso encontrar um combustível superpotente, que seja capaz de levá-lo a velocidades muito próximas a da luz.

A bordo de uma nave capaz de cruzar o espaço com estonteante rapidez, rumo a outras galáxias, os primeiros seres humanos a sair do sistema solar verão fantásticos fenômenos luminosos e irão adquirir uma nova noção de tempo.

A maior velocidade a que o homem já conseguiu viajar até hoje é de 40 mil quilômetros por hora, alcançados pela nave espacial tripulada Apollo 11, em 1969. Que esse limite será ultrapassado, não resta dúvida. A questão, porém, é saber quão próximo o homem ficará dos 300 mil quilômetros por segundo da velocidade da luz. Viajar tão rápido é impossível, porque nessa velocidade tudo o que for matéria se transforma em energia pura. Mas, se chegar perto desse limite, o homem poderá alcançar galáxias distantes e observar fantásticos fenômenos luminosos durante a viagem. Isso só será possível quando se desenvolver um sistema de propulsão suficientemente potente para impelir uma nave a velocidades altíssimas.

Os foguetes existentes aceleram logo após o lançamento e, depois, realizam a viagem a uma velocidade constante. A aceleração inicial nunca é superior a sete vezes a aceleração causada pela gravidade que nos puxa para a Terra, ou seja, sete vezes 9,81 metros (68,67 m) por segundo. Como o organismo humano só suporta essa aceleração por pouquíssimo tempo, os cientistas acreditam que, para se atingir uma velocidade próxima à da luz, o melhor seria manter uma aceleração constante tolerável ao homem. Um foguete, cuja aceleração fosse mantida igual à gravidade da Terra, alcançaria a velocidade da luz em "apenas" um ano de vôo.

A tecnologia disponível ainda não permite a construção desse foguete com aceleração constante. Falta descobrir um combustível que, além de superpotente, possa ser armazenado em espaço razoável. Isso porque, como o físico alemão Albert Einstein provou, a massa de um corpo aumenta gradativamente em altíssimas velocidades. Quando um foguete estiver a 10% da velocidade da luz, ou 30 mil quilômetros por segundo, ou ainda 0,1 c (em Física, c é igual a velocidade da luz), sua massa começará a crescer. Logo, a força necessária para acelerá-lo será cada vez maior. Resultado: para obter uma aceleração constante, se precisará sempre de mais e mais energia. A NASA, a agência espacial norte-americana, já desenvolveu um acelerador atômico, capaz de deslocar partículas de matéria a alta velocidade. Num túnel construído em torno da cidade de Chicago, nos EUA, acelerou-se um próton, minúscula partícula de um átomo de matéria. Ao completar o percurso, a partícula estava muito próxima à velocidade da luz.

Foguete a Laser
Já se pensou em um foguete movido a laser: canhões emissores de energia refletiriam os raios do sol em direção à nave, de forma a impulsioná-la no espaço e não sendo necessário armazenar combustível.

Foguete a Hidrogênio
Há também um projeto de foguete movido a hidrogênio, capaz de abastecer-se constantemente em vôo, captando as partículas de hidrogênio que existem em abundância no Cosmos. Assim, não precisaria partir carregado de combustível.

Foguete a Íons
Outra alternativa, ainda, seria o foguete de propulsão iônica, em que se obtém energia- no caso, energia nuclear- a partir da desintegração dos íons (átomos com carga elétrica negativa muito alta). O sistema já tem sido utilizado para corrigir as órbitas dos satélites artificiais.

Foguete a Fótons
O ideal, porém, seria um foguete movido ao que os cientistas chamam de energia fotônica, gerada pela fusão de matéria e antimatéria, ou seja, fusão de partículas atômicas com massa idênticas, mas com cargas elétricas opostas. Quando essa fusão acontece, são liberados energia e fótons- partículas atômicas com carga elétrica nula. A energia obtida será tão potente que, graças a ela, um foguete de 100 mil toneladas alcançaria a velocidade de 1.100 quilômetros por segundo em menos de dez dias e meio. Claro que isso, por enquanto, é apenas um sonho. Entre outros problemas, há o de como armazenar o combustível.

Vamos imaginar, porém, que tais problemas já foram resolvidos e que, num luminoso dia qualquer do futuro, seres humanos estarão instalados a bordo de um foguete pronto a partir com destino a Andrômeda, a galáxia mais próxima da Via Láctea, situada à assombrosa distância de dois milhões de anos-luz da Terra (O anos-luz é uma unidade de medida de distância equivalente aos 9,4605 x 1012 quilômetros percorridos pela luz, no período de um ano). As três primeiras semanas da viagem a Andrômeda não oferecem grandes novidades- pelo menos em relação ao que virá depois. Já na quarta semana, por exemplo, tem-se o primeiro espetáculo, propiciado pela velocidade com que se realiza a viagem: as estrelas mudam de cor.

As estrelas mudam de cor
A partir de 0,23 c (23% da velocidade da luz), as estrelas que parecem aproximar-se assumem tons azulados. E, ao se afastarem, adquirem tonalidades quentes.

As estrelas que parecem aproximar-se, à medida que a nave se desloca, assumem tons de azul e violeta. Ao se afastarem, ficam avermelhadas e esverdeadas. Quanto mais rápido o foguete, maior a variedade de cores, a ponto de o espaço se assemelhar a um imenso arco-íris. É o chamado efeito Doppler: quando uma fonte de luz ou de som se movimenta em relação a um observador, ou vice-versa, a freqüência das ondas luminosas ou sonoras aumenta na aproximação e diminui no afastamento. Em relação à luz, o efeito Doppler não pode ser percebido, pela simples razão de que as maiores velocidades até agora conseguidas pelo homem são de longe insuficientes para que o fenômeno ocorra.

Mas os astronautas em viagem a Andrômeda certamente verão tudo o que estiver à frente em tons violáceos- e tudo o que tiver ficado para trás em tonalidades quentes. Isso porque a freqüência das ondas luminosas é maior no azul e menor no vermelho. Quando a velocidade da nave chegar a 0,23 c, ou 23% da velocidade da luz, Andrômeda deixará de ser apenas uma mancha leitosa- como, por sinal, pode ser vista da Terra até a olho nu, em noites límpidas- e emitirá raios amarelados. Enquanto isso, a espiral azulada da Via Láctea, casa vez mais distante, irá adquirindo tons de vermelho e púrpura.

Essa diferença na freqüência das ondas luminosas aumentam tanto que, quando o velocímetro da nave marcar 0,94 c (282.000 quilômetros por segundo), os raios procedentes de Andrômeda estarão na gama dos ultravioletas. E a freqüência das ondas luminosas da Via Láctea cairá para o infravermelho. A 0,9999994 c, ou seja, quando a nave avizinhar-se da velocidade da luz, deslocando-se a precisos 299.999,82 , quilômetros por segundo, a freqüência do brilho de Andrômeda ultrapassará a gama dos ultravioletas, ficando equivalente aos raios X. Se nesse instante fosse possível ver o foguete da Terra, num telescópio, sua imagem seria a de uma radiografia. Ou seja, a nave espacial seria visível, já que a luz de Andrômeda que chega à Terra é branca. Mas, ao mesmo tempo, seria possível enxergar através da nave e dos próprios astronautas, como se fossem transparentes, pois a luz visível de Andrômeda passa pela nave como ondas de raios X.

Os raios X de Andrômeda
A 2999.999, 82 Km/s, a luz branca de Andrômeda alcança a nave na forma de raios X. Se, nesse instante, o foguete pudesse ser vista da Terra, sua imagem seria transparente como a de uma raiografia.

Além das alternativas de cores, quando os astronautas estiverem viajando a uma velocidade próxima à da luz, haverá também mudanças no formato das coisas. As linhas se deformam, as galáxias parecem espiras. Pouco a pouco, o Universo começa a se transformar em um túnel colorido, estreito e infinito. Isso acontece por dois motivos: primeiro, por causa das diferenças na frequência das ondas luminosas; segundo, porque quando a velocidade é altíssima, logicamente a distância entre um observador e um objeto qualquer em sua direção diminui com uma rapidez tão incrível, que causa a impressão de haver distorções.

As linhas se deformam
Por causa da alta velocidade, a partir de 0,8 c, o astronauta vê imagens distorcidas: as galáxias se transformam em espiras e o foguete parece percorrer um túnel colorido.

Talvez o mais fantástico de tudo não seja esse caleidoscópio em que parece ter-se transformado o Universo. Não são apenas as ondas luminosas que aparecem diferentes para os astronautas, em relação aos observadores da Terra: o tempo também passa a ser percebido de maneira diferente. A Teoria da Relatividade, de Albert Einstein, afirma que, a partir de um movimento no Universo, pode-se medir uma parte do espaço e uma parte do tempo. O que quer dizer isso exatamente? Quer dizer que quanto mais veloz estiver a nave, não aumentará apenas a distância entre ela e a Terra, aumentará também a diferença entre o tempo medido na Terra e o tempo dentro do foguete.

À velocidade da luz, o tempo deixa de existir

Dezessete minutos marcados pelo relógio do astronautas equivalerão a uma hora na Terra, quando a nave atingir 96% da velocidade a luz. A 0,97 c, a hora terrestre ficará ainda menor no foguete: apenas doze minutos. Enfim, à velocidade de 0,99 c, uma hora terrestre inteira valerá irrisórios seis minutos a bordo. Em resumo, o tempo na nave é mais lento que na Terra. Se o foguete conseguisse voar à velocidade da luz, aconteceria algo espantoso: o tempo simplesmente deixaria de existir para quem estivesse a bordo.

Evidentemente, o astronauta não tem a sensação de que o tempo transcorre mais devagar. Para ele, o relógio parece funcionar como sempre, marcando uma hora a cada sessenta minutos.
O fenômeno pode ser explicado ao se imaginar dois observadores: um dentro de um trem a alta velocidade e outro, parado na estação. No teto desse trem foi colocado um espelho, que reflete a luz de uma lanterna deixada no chão do vagão. Para o passageiro do trem, o feixe de luz forma uma linha perpendicular com comprimento equivalente à altura da cabine. Já para o observador da estação, o feixe luminoso forma um triângulo: até que a luz consiga alcançar o teto, o espelho está mais adiante, porque o trem se movimenta; da mesma maneira, quando a luz é refletida pelo espelho e volta em direção a lanterna, esta também já se deslocou a frente, pelo mesmo motivo. Assim, a distância percorrida pela luz parece ser muito maior para o homem da estação, que vê duas linhas inclinadas formando o triângulo. Então, embora na verdade a luz tenha a mesma velocidade para os dois observadores, como a distância entre a lanterna e o espelho é menor para quem está no trem, em relação a quem está na estação, logicamente o tempo necessário para a luz ir e voltar refletida é menor para o passageiro, em relação ao homem da plataforma. O fenômeno da luz refletida é o mesmo para os dois observadores, mas o tempo parece diferente.

Esse mesmo exemplo permite notar que, em altas velocidades, aumenta a relação entre espaço e tempo. Pois a velocidade nada mais é do que determinado espaço percorrido em determinada unidade de tempo. Se não fosse assim, o espaço seria absoluto para os astronautas e a distância entre o planeta Terra e a Galáxia de Andrômeda nada teria a ver com a velocidade do foguete. Nesse caso, mesmo viajando à velocidade da luz, um terrestre levaria dois milhões de anos para chegar à galáxia. Como, porém, a distância é relativa, se o astronauta viajasse a 99% da velocidade da luz, gastaria apenas 28 mil anos até seu destino- fantástica economia de tempo em comparação com a hipótese anterior. Mas isso não é nada: a 99,999999% da velocidade da luz, a viagem duraria 283 anos; e a 99,9999999999% levaria um piscar de olhos- brevíssimos três anos.

Duração da viagem: seis anos ou quatro milhões???

Essa contração das distâncias só pode ser observada a velocidades muito altas. Mas, graças a ela, o ser humano pode cultivar a esperança de viajar até galáxias distantes. O último desafio será sempre o da enorme quantidade de energia necessária para movimentar o foguete. À metade da velocidade da luz, a massa da nave espacial aumentará 15%. À velocidade da luz, ela seria infinita. Em conseqüência, a nave se transformaria num buraco negro, atraindo para si tudo o que há no Universo. Tudo se fundiria em um estado conhecido por singularidade, onde não há tempo nem espaço reais. Um final mais do que catastróficos para a viagem a Andrômeda sem dúvida.

A nave vira um buraco negro
Se o foguete atingisse os 300.000 Km/s da velocidade da luz, sua massa cresceria tanto que acabaria não tendo fim. Seria uma catástrofe: a nave viraria um buraco negro!!!

Mas, como o foguete imaginário seguirá quase à velocidade da luz, sem alcançá-la, o limite entre o tempo e o espaço ficará preservado e a nave poderá voltar à Via Láctea. Entre a partida e o regresso, pouco mais de seis anos terão transcorrido para o astronauta. Para quem ficou no planeta, porém terá se passado a bagatela de quatro milhões de anos- bastante para que o astronauta sequer reconheça a Terra onde nasceu...

Fonte: Revista Superinteressante, out. 1987.

Postado por Anderson Drumond

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