Motor de dobra e buracos negros de Schwarzschild: o que acontece ao cruzar o horizonte de eventos

Motores de dobra têm uma longa tradição de… não existir, apesar de aparecerem por toda parte na ficção científica.

A ideia foi apresentada pelo escritor John Campbell em um romance de ficção científica chamado Ilhas do Espaço. Hoje, o termo ficou particularmente conhecido graças a Jornada nas Estrelas.

Na prática, virou quase uma referência genérica para viagens superluminais pelo hiperespaço. Se um motor de dobra algum dia vai existir é uma questão de física que pesquisadores ainda tentam resolver; por enquanto, trata-se de algo teórico.

Há pouco tempo, dois pesquisadores analisaram o que aconteceria se uma nave com motor de dobra tentasse entrar em um buraco negro. O resultado é um experimento mental interessante. Isso pode não levar a motores de dobra do tamanho de uma nave estelar, mas talvez permita que cientistas criem versões menores no futuro.

Remo Garattini e Kirill Zatrimaylov propuseram que um motor desse tipo poderia sobreviver dentro de um chamado buraco negro de Schwarzschild - desde que a nave atravesse o horizonte de eventos a uma velocidade inferior à da luz.

Em teoria, o campo gravitacional do buraco negro reduziria a quantidade de energia negativa necessária para manter o motor funcionando. Se isso ocorrer, a nave poderia atravessar e, de algum modo, usar esse processo para chegar a outro lugar sem ser esmagada.

Além disso, a matemática por trás dessa ideia indica um caminho para a possível criação de mini-motores de dobra em ambientes de laboratório.

O que é um motor de dobra?

Será que cientistas conseguiriam construir um micro- ou mini-motor de dobra em laboratório? Boa pergunta. Para entender o trabalho da equipe, vale olhar para os dois protagonistas dessa linha de pesquisa: motores de dobra e buracos negros.

A inspiração vem do fato de que nada pode ultrapassar a velocidade da luz. Considerando as distâncias no espaço, viajar até a estrela mais próxima levaria anos (mesmo que pudéssemos ir à velocidade da luz). Cruzar uma galáxia, ou ir até galáxias mais distantes, exigiria anos e muitas vidas. Portanto, para uma espécie realmente espacial, seria preciso viajar mais rápido que a luz.

Como fazer isso? É aí que entram os motores de dobra. Em teoria, eles permitiriam colocar a nave dentro de uma “bolha” capaz de deslizar pelo espaço em velocidades superluminais.

É assim que as naves de Jornada nas Estrelas (e de outras histórias de ficção científica) percorrem distâncias enormes tão rapidamente. Em Jornada nas Estrelas, as naves usam uma fonte de energia em um “núcleo de dobra” para alimentar geradores do campo de dobra. Esses geradores formam a bolha de dobra no subespaço. E a nave usa isso para chegar aonde a tripulação precisa.

Físicos gostam de motores de dobra?

Um motor de dobra assim é uma ideia sedutora, mas cheia de ressalvas. Para começar, gerar um campo de dobra exigiria uma quantidade absurda de energia. Alguns físicos sugerem que isso demandaria mais energia do que somos capazes de produzir. E produzir tal energia exigiria enormes quantidades de matéria exótica - algo como “unobtânio”. Aí já aparece um grande problema.

Outros argumentam que criar um motor desse tipo contraria o nosso entendimento atual da física do espaço-tempo. Mesmo assim, isso não impediu ninguém de especular sobre maneiras de fazê-lo funcionar.

Um exemplo é o físico mexicano Miguel Alcubierre, que em 1994 apresentou uma ideia para um motor desse tipo. Ele sugeriu que seria possível criar uma bolha que deslocaria o espaço ao redor de um objeto. Desde então, ele continua pesquisando a noção de uma nave que poderia chegar a algum lugar mais rápido que a luz.

Ainda assim, ele e outros pesquisadores continuam apontando vários problemas tanto para criar quanto para sustentar um motor de dobra. Um deles é que esse motor, na prática, se isola do restante do Universo. Entre outras consequências, isso significa que a nave não consegue controlar o próprio motor que a está impulsionando. Ou seja: ainda existem alguns “bugs” a resolver.

Sobre buracos negros

Em geral, estamos mais acostumados a falar de buracos negros de massa estelar e de buracos negros supermassivos. Esses objetos também exibem discos de acreção, que conduzem material para dentro do buraco negro.

Por exemplo, o buraco negro supermassivo central da nossa Via Láctea, chamado Sagitário A*, periodicamente devora matéria. Depois, emite um “arroto” de radiação. Outras galáxias mais ativas lançam jatos de material à medida que o buraco negro supermassivo central se alimenta continuamente.

Um buraco negro é uma concentração de massa com gravidade tão intensa que nada - nem mesmo a luz - consegue escapar. No estudo sobre buracos negros e motores de dobra, os autores trabalharam com buracos negros de Schwarzschild.

Esses buracos negros “estáticos”, considerados simples, curvam o espaço-tempo, não têm carga elétrica e não giram. Na prática, são boas aproximações para explorações matemáticas das características de objetos no espaço que giram lentamente.

Quando uma nave com motor de dobra cruza um buraco negro

O buraco negro de Schwarzschild é o buraco negro “perfeito” para esta exploração teórica de um motor de dobra atravessando o horizonte de eventos. Para montar o cenário, Garattini e Zatrimalov decidiram combinar matematicamente as equações que descrevem o buraco negro com as equações que descrevem o motor de dobra.

Entre outros resultados, eles concluíram que é possível “embutir” o motor de dobra na região externa do buraco negro. A própria bolha de dobra é muito menor do que o buraco negro e precisa estar se movendo na direção dele. A gravidade do buraco negro altera as condições de energia necessárias para criar e sustentar o motor de dobra.

Com isso, em teoria, dá para reduzir a quantidade de energia negativa exigida para manter a bolha de dobra. Além disso, os pesquisadores sugerem que, se a bolha de dobra estiver se movendo a menos que a velocidade da luz, ela efetivamente apaga o horizonte do buraco negro.

A equipe também descreveu a possibilidade de que esse tipo de ocorrência provoque a conversão de partículas virtuais em partículas reais em um campo elétrico. Se isso acontecer, poderia abrir caminho para a criação de mini-motores de dobra em laboratório.

Mudando um pouco o buraco negro

Curiosamente, a equipe também sugere que, se a bolha de dobra estiver se movendo lentamente e for muito menor do que o horizonte do buraco negro, isso pode aumentar a entropia do buraco negro. No entanto, como eles afirmam nas considerações finais, “existem questões potencialmente problemáticas em outras situações físicas: a saber, quando o motor de dobra é completamente absorvido pelo buraco negro, ele pode diminuir sua massa e, portanto, sua entropia.

Da mesma forma, quando uma bolha de dobra maior passa por um buraco negro, ela produziria um efeito de ‘blindagem’ e, de fato, eliminaria o horizonte, tornando impossível definir a entropia do buraco negro no sentido de Hawking. Se motores de dobra forem possíveis na natureza, esses problemas indicam que ainda não os compreendemos do ponto de vista termodinâmico.”

A tecnologia de motor de dobra ainda é uma incógnita

Assim, embora esta pesquisa possa ser valiosa do ponto de vista teórico - e possa levar à produção, em laboratório, de mini buracos negros - muitas perguntas continuam sem resposta.

Talvez, no futuro, quando entendermos a mecânica quântica por trás desses dois objetos, a tecnologia de dobra se torne algo óbvio. Se isso acontecer, então, à medida que naves viajassem por buracos negros, poderíamos viver situações estranhas no tempo.

Por exemplo, sinais vindos do interior de um buraco negro poderiam ser levados para fora por uma bolha de dobra emergindo da singularidade. Isso permitiria enviar imagens ou gravações de como é estar dentro do horizonte de eventos - algo que ninguém conhece hoje.

Também existe a possibilidade de que esses buracos negros assustadores tornem um motor de dobra menos difícil de alcançar, já que ele não precisaria de tanta “energia negativa” exótica como material de fonte.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.