A Física de Jornada nas Estrelas“Restringir nossa atenção aos

assuntos terrestres seria limitar o espírito humano”.

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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.

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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