NASA a desenvolver Warp Drive?

O artista gráfico Mark Rademaker, conhecido pelos seus designs de naves da série Star Trek, recebeu uma comissão da NASA para criar uma imagem emblemática do que poderia ser a futura nave espacial interestelar da NASA — que usa justamente um warp drive para transportar passageiros mais rapidamente que a velocidade da luz.

Ficção científica? Peta de 1º de Abril? Nem uma coisa nem outra. No espaço-tempo do nosso universo, é certo que nada se pode mover mais depressa do que a luz no vácuo — e as teorias da relatividade de Einstein continuam a ser constantemente verificadas quanto à sua capacidade de previsão do funcionamento do universo. Não, não se encontrou nenhum erro, nem nenhuma «falha», mas simplesmente uma forma engraçada de contornar a questão.

Há décadas que se postula a possibilidade de criar «buracos de verme» (wormholes) que conectariam zonas do espaço-tempo ligadas entre si — uma espécie de «atalhos» para quem as transpusesse: passando pelo interior, o caminho seria substancialmente mais curto, e, logo, para um observador externo, pareceria que quem atravessasse o wormhole estaria a violar o limite da velocidade da luz. Do ponto de vista da teoria, há muito que se sabe que estes wormholes não violam quaisquer equações. O problema é que nunca se observou nenhum wormhole e não se sabe se passam de meros artefactos teóricos. Para os criar em laboratório, seria necessário uma quantidade extraordinária de energia e de matéria exótica. E teria sempre um problema: um wormhole necessitaria de um ponto de abertura e um de chegada, pelo que, para chegar às estrelas mais próximas, seria necessário «carregar» com o wormhole dentro de uma nave, propulsionada convencionalmente — portanto a uma fracção da velocidade da luz — mas, uma vez estabelecido o wormhole, seria possível então naves espaciais atravessarem o mesmo a velocidades supraluminais (da perspectiva de observadores externos).

Mas em 1994, um físico mexicano — Miguel Alcubierre — propôs uma ideia muito mais engenhosa: um novo tipo de motor que «contrairia» o tecido do espaço-tempo à frente de uma nave, e «expandiria» o mesmo atrás desta. Isto não é muito fácil de imaginar. Imagine-se que temos um mapa plano com cidades e estradas desenhadas em cima. Um modelo de um automóvel que se desloque neste mapa anda a uma velocidade constante, e sabemos quanto espaço percorre por unidade de tempo. E sabemos também que o podemos acelerar, mas nunca acima da velocidade da luz.

Agora imaginemos que «enrugamos» o mapa mesmo à frente desse modelo, e que o «esticamos» da parte de trás. O que estamos essencialmente a fazer é a «puxar» o mapa por baixo do carrinho! Este fica no mesmo sítio — o mapa é que é puxado por baixo. Ora embora as teorias da relatividade proíbam que o automóvel ande mais depressa do que a luz, não existe nada nas equações que proíba que se «puxe» o mapa por baixo do automóvel mais depressa do que a luz! Isto, obviamente, é fazer batota! Faz-me lembrar aquele truque em que os mágicos conseguem tirar uma toalha em cima da mesa sem deslocar um único prato, copo, ou talher, que ficam exactamente no mesmo sítio. Não é magia: também é ciência!

Poder-se-á pensar que esta ideia louca de «puxar o espaço-tempo por baixo da nave» não tem qualquer cabimento, mas Alcubierre demonstrou matematicamente que tal coisa é possível. O problema, claro está, é colocá-la em prática. Na altura, Alcubierre propôs um modelo em que a nave espacial estaria dentro de uma «bolha» (warp bubble), onde repousaria no «espaço-tempo normal». Agora é preciso uma forma de «enrugar» o espaço-tempo à volta da bolha. Fazendo as contas, seria necessário uma quantidade de matéria exótica (com massa negativa) que requeria a energia de várias galáxias (ou talvez mesmo do Universo todo) para produzir este efeito de «enrugamento» do espaço-tempo fora da bolha. É que o espaço-tempo é extremamente difícil de «enrugar»! Mas sabemos que tal é possível, pois objectos maciços — como estrelas, por exemplo — definitivamente alteram a geometria do espaço-tempo. Coisa que sabemos desde Einstein, e que foi comprovado por centenas de observações e experiências.

Dadas as quantidades de energia envolvidas, e a produção de matéria exótica (com massa negativa) que necessitaria, não se deu muita atenção a esta proposta de Alcubierre. Mas houve físicos que continuaram a melhorar os cálculos, e já neste milénio, propunham-se pequenas alterações que diminuíam a energia necessária apenas para uma galáxia; depois para uma mão cheia de estrelas; depois apenas para uma massa equivalente à do Sol; e, mais recentemente, meramente para uma massa igual à de Júpiter. Mas foi só quando em 2012 que Harold White, cientista da NASA, começou a especular que, em vez de usar uma «bolha», se poderia usar um campo gerado por um tórus em rotação, que os cálculos passaram a ser mais interessantes: bastaria apenas uns meros 700 kg de matéria exótica para mover uma nave com algumas centenas de toneladas, capaz de transportar dezenas de astronautas em segurança.

Ora por esta altura a NASA começou realmente a interessar-se pela ideia. Mesmo assim o problema principal é que não sabemos «produzir» matéria exótica com massa negativa; e mesmo que o fizéssemos em laboratório, estaríamos a falar de alguns gramas por ano. É então que Harold White propõe algo de ainda mais louco — em vez de se estar a produzir essa matéria exótica, que tal usar matéria perfeitamente normal que, em certas circunstâncias especiais, se comporta como se tivesse matéria negativa? Isto é teoricamente plausível, e existe justamente o efeito Casimir que permite criar forças repulsivas; portanto sabemos que esta possibilidade não é tão louca como parece.

Em 2013, a NASA anunciou que White e a sua equipa (White anda envolvido em mais ideias loucas inspiradas também no Star Trek) andam realmente a experimentar em laboratório o warp drive. Para já isto é muito menos excitante do que se possa pensar. Estão meramente a fazer passar fotões emitidos por um laser e a usar um toróide em rotação para criar a warp bubble — e a usar um interferómetro para tentar verificar se o espaço-tempo em redor do toróide efectivamente é «enrugado» à frente e «expandido» atrás. Como seria de esperar, estamos a falar de perturbações insignificantemente pequenas, mas desde que consigam ser demonstradas a esta escala, pode-se comprovar a teoria científica — e o resto, como White diz, são principalmente problemas de engenharia e tecnologia. Não será decerto algo para estar pronto depois de amanhã 🙂

Do ponto de vista do desenvolvimento, abandonou-se a fase da conjectura, e está-se apenas na fase da especulação: há um possível modelo teórico, mas sem sequer ter uma validação experimental — mesmo que parcial — do mesmo, nem sequer ainda se pode falar de «ciência». Para lá caminhamos, mas ainda a passos muito lentos.

Entretanto, White pediu a Rademaker que propusesse um modelo conceptual da nave usando um warp drive. Com certeza que o modelo final não terá este aspecto, mas pelo menos deve-se referir que este modelo 3D não é um «disparate completo»: levou realmente muito trabalho de cálculo e adaptação, baseado no conhecimento que a equipa de White tem neste momento. Não é por acaso que esta nave se parece muito com os modelos do Star Trek — afinal de contas, trata-se de um artista gráfico que está habituado a desenhar naves para a série! No entanto, a diferença é que esta tem, pelo menos, uma base teórica (mesmo que muito especulativa).

Desde o Verão do ano passado, em que White apresentou as suas propostas teóricas, este modelo tem sido muito contestado. Em primeiro lugar, como é lógico, toda a gente pergunta sempre o que acontece às pessoas que vão dentro da nave — envelhecem a um ritmo diferente das pessoas de quem se despediram quando embarcaram na sua viagem? A resposta é não. O que é um pouco difícil de compreender é que a nave não se está a mexer. Está absolutamente estática, e o tempo passa no interior precisamente da mesma forma que passa para um observador externo. O que se está a «mexer» é o espaço, não a nave! Assim, numa hipotética viagem a Alfa Centauri, esta levaria duas semanas de ida e duas semanas de volta — e, na Terra, também se teria passado o mesmo mês. A aparente contradição com os efeitos relativísticos é que estes se aplicam a objectos em movimento a velocidades próximas da luz. Mas a nave com o warp drive não se mexe!

Uma outra frequente questão é o que acontece se a nave, dado que vai a velocidades acimas da luz (do ponto de vista de observadores externos!), o que acontece se chocar com um meteorito? Ou um planeta? Ou, se não formos tão trágicos — podemos imaginar um bom navegador a traçar uma rota bem longe de todos os objectos conhecidos — qual seria o feito de um micrometeorito, ou uma nuvem de gás, ou mesmo de uns poucos átomos de hidrogénio (por poucos que sejam!), com os quais a nave chocaria a velocidades muito superiores à da luz?

A resposta é que na realidade, como a nave não está em movimento, também não pode chocar com nada! Isto torna-a igualmente a forma mais segura de viajar no espaço: nada pode atingir a nave quando está em warp drive (mas já sabíamos isto do Star Trek, não é?), porque na realidade a nave não está a passar pelo espaço. Se quisermos pensar isto doutra forma, é como se enrugássemos o espaço onde a nave está de tal forma que Alfa Centauri é «puxada» até ficar mesmo ao lado da nave. Ou seja, estamos a levar um bocadinho de espaço do «nosso» sistema solar para Alfa Centauri, mas meramente porque andamos a enrugar o espaço — não porque estejamos, efectivamente, a mexermo-nos.

Pensemos no exemplo do carrinho em cima de um mapa. Se quisermos, no mapa, ir de Lisboa ao Porto, e enrugarmos de tal forma o mapa — sem mexer no carrinho! — até que Lisboa «toque» no Porto, o carrinho só precisa de andar uns milímetros. É isso que o warp drive faz!

Seja como for, há riscos. Para quem está dentro da nave, não há qualquer problema — excepto quando se desligar o warp drive. Uma equipa da Universidade de Sydney recentemente fez um modelo matemático da acumulação da radiação e partículas ao longo do trajecto «enrugado» à frente da «bolha de warp» e concluiu que esta vai aumentar sempre, mais e mais, sem um limite teórico máximo. Quando se desligar o warp drive, toda esta energia é libertada de forma explosiva. Ups. Acabámos de inventar o torpedo warp: a energia libertada é suficiente para vaporizar um planeta inteiro, ou mesmo uma estrela, dependendo da distância percorrida: quanto mais longe formos, maior é a acumulação de energia.

Claramente que não vamos querer que isto aconteça nos nossos subúrbios. Portanto também temos de viajar primeiro para uma grande distância dos planetas mais próximos, e só depois ligar o warp drive. Da mesma forma, ao desligar o warp drive, convém estarmos bem longe do planeta de destino. Aqui as coisas complicam-se um bocado porque, por exemplo, neste momento estamos a ver apenas a posição de Alfa Centauri como estava há quatro anos e pouco atrás. Teremos de ter bons sistemas de navegação! Não gostaríamos de «terminar» o salto no meio de um sol ou de um planeta — seria catastrófico para todos!

Também esta radiação acumulada, embora não afecte os passageiros em trânsito — é visível para quem estiver muito perto do trajecto da nave: a deformação do espaço-tempo vai causar um bombardeamento de raios ultravioleta, e, pior, raios gama. Ou seja, não convém mesmo nada estar ninguém nas proximidades. Com certeza que o espaço é vasto, e, uma vez a uma distância «segura», em que não houvesse nenhum objecto habitado (um planeta, outra nave…) nas proximidades, então podia-se ligar o warp drive em segurança.

White tende a ser um pouco irónico quando se colocam estes problemas técnicos, e responde dizendo que ainda só se está na fase em que se está a testar os modelos teóricos. De qualquer das formas, existe uma solução, que ironicamente é empregue num jogo de role playing, 2300 AD: em vez de se fazer um único «salto», fazem-se vários saltos curtos de cada vez, dissipando-se a radiação antes desta chegar a níveis críticos. É curioso que um jogo de 1988 já «previa» esta situação da descarga da radiação acumulada em «saltos warp» — seis anos antes de Alcubierre sequer ter postulado o warp drive!

É certo que estamos mesmo muito, muito no início. Mas é encorajador de ver que a NASA não tem qualquer problema — e até encontra financiamento! — para estas tecnologias completamente radicais.

White, então, é o menino-prodígio das tecnologias radicais inspiradas no Star Trek! O warp drive é apenas uma. A outra é justamente resolver o tal problema: se só podemos ligar o warp drive bem longe da Terra (e dos restantes planetas!), então é preciso primeiro ter uma forma rápida de nos deslocarmos dentro do nosso sistema solar. Bom, já temos os motores iónicos, como o que propulsiona a New Horizons, o objecto criado pelo homem mais rápido do sistema solar. A única chatice dos motores iónicos é que precisam sempre de qualquer coisa que sirva de propulsor. E os propulsores usados em naves deste tipo são infelizmente radioactivos. Ou seja: primeiro precisamos de acelerar a nave para bem longe da órbita da Terra, usando um foguete convencional; depois precisamos de ligar o motor iónico, para chegarmos rapidamente a um ponto longe de tudo; e só depois poderíamos ligar o warp drive. Mas mesmo assim, usando um sistema parecido com o da New Horizons, levaríamos uns dois meses a chegar a Marte e um ano para chegar a Júpiter — e teríamos de levar muito propelente connosco.

O que White anda a estudar é uma forma de deslocar naves espaciais sem usar propelente. Ora isto é bastante radical, pois é um desvio da forma usual de mover naves espaciais. A tecnologia pode variar, mas o objectivo costuma ser sempre o mesmo: usar uma fonte de energia para propulsionar um material qualquer a alta velocidade, que depois fará a nave deslocar-se no sentido oposto. Este é o método habitual para viajar no espaço.

Há evidentemente uma alternativa, que não requer propelente: usar velas solares, aproveitando o vento solar para imprimir movimento a uma nave. Isto faz com que não seja sequer preciso levar uma grande fonte de energia; aliás, com uns painéis solares, uma nave destas em princípio pode ficar «para sempre» no espaço, pois obtém a energia que precisa do sol, e o movimento do vento solar! Tem, claro, um problema: isto só funciona a uma distância razoavelmente perto do Sol..

A equipa de White está, pois, a investigar uma coisa chamada quantum vacuum plasma thruster (Q-thruster). Isto tem um nome muito mais parecido com alguma coisa saída directamente do Star Trek. Na sua essência, este «motor» utilizaria como propelente as próprias partículas que surgem espontaneamente das flutuações quânticas do vácuo. A existência destas partículas já foi amplamente verificada experimentalmente. As partículas criadas pelas flutuações quânticas são aquecidas e tornadas em plasma; este, por sua vez, é sujeito a um cruzamento de campos eléctricos e magnéticos, que deslocaria o sistema inercial do conjunto. Na prática, este plasma seria «expulso» pelo sistema, pelo que se comportaria como um propelente; no entanto, a nave não precisaria de levar qualquer propelente consigo! Só precisaria de ter uma fonte de energia eléctrica para aquecer o plasma e gerar os campos magnéticos e eléctricos. Mas White é mais ambicioso: é que ele espera usar as próprias flutuações quânticas do vácuo como fonte de energia — tanto para este motor «convencional» (que é tudo menos isso!) como para o warp drive! Isto teoricamente não é impossível (não viola nenhuma lei física…) mas coloca algumas questões curiosas: os físicos ainda andam a discutir se não há violação da lei de conservação do momento de inércia… E há também a dúvida se isto poderia ser usado dentro da atmosfera terrestre ou não. Seja como for, as velocidades seriam impressionantes: umas horas para chegar à Lua; 2-3 dias para Marte; 4-5 para o cinturão de asteróides e para Júpiter. Assim já se conseguiria realmente colonizar o sistema solar!

Seja como for, enquanto que para o warp drive estão a decorrer as experiências em laboratório, para o Q-thruster ainda não há experiências previstas. Veremos o que acontece nas próximas décadas.

Agora isto obviamente que nos levanta mais uma vez a questão do paradoxo de Fermi. Na discussão colocada na página da Wikipedia, assume-se obviamente que nenhuma civilização consiga desenvolver um método de transporte mais rápido que a luz. Muita da argumentação em torno do paradoxo de Fermi parte sempre do pressuposto que possam existir outras civilizações, mas como levam demasiado tempo a viajar entre as estrelas, a probabilidade de nos encontrarem — ou de nós encontrarmos sinais da sua presença — seria sempre baixíssima. Basta pensar que a velocidades subluminais, com a tecnologia presente, levar-se-iam aproximadamente 40 a 50 anos até chegar à estrela mais próxima, e uma centena de anos até chegarmos à seguinte!

Mas o warp drive mudaria tudo isso. Poderíamos chegar a estrelas a centenas de anos-luz de distância em poucos anos. Poderíamos explorar estrelas a milhares de anos-luz em décadas, o que seria «normal» para nós (afinal de contas, mandamos sondas para Plutão que levam 9 anos e meio a lá chegar). Ora isso já cobre uma área significativa de espaço! É certo que uma viagem até ao outro lado da galáxia ainda levaria um milénio, mas… uma vez percebendo melhor como é que realmente funciona o warp drive, penso que seria mais fácil, ao fim de décadas de investigação, «dobrar mais» o espaço, proporcionando viagens ainda mais curtas para distâncias progressivamente mais longas. Ora se estamos neste momento já a experimentar esta ciência — mesmo que estejamos tão no princípio que praticamente tudo que se possa dizer sobre o assunto ainda não passa de especulação — isto quer dizer que outras civilizações podem igualmente ter feito o mesmo. Nesse caso deveriam andar por aí… Penso que vamos ter de refazer o paradoxo de Fermi e reajustar as equações de Drake: é que, mesmo que consigamos alcançar as estrelas mais próximas, explorar toda a Galáxia, mesmo que esta tecnologia estivesse já amadurecida e fosse usada de forma banal, levaria imensos séculos. Há mesmo muito, muito espaço por explorar… mesmo que, pelo menos, consigamos atingir as estrelas mais próximas «em breve».

Talvez curioso, no meio disto tudo, é ver como «subitamente» a NASA (e as outras agências espaciais também, claro) começaram uma espécie de Segunda Idade do Ouro da Exploração Espacial — no sentido de se estar a explorar cada vez mais coisas, com tecnologia cada vez mais barata. A ironia é que tudo isto começou porque… se cortaram os fundos de forma dramática às agências espaciais! Ao contrário do que acontecera nos anos sessenta, em que a exploração espacial era politicamente decisiva, fazendo com que os governos dos blocos da Guerra Fria investissem fortemente em tecnologia aeroespacial graças a chorudos subsídios… hoje em dia, as agências espaciais recebem uns tostões, e muito a contragosto daqueles que as financiam. O que as agências tiveram de passar a fazer foi abandonar os acordos com os gigantes da indústria aeroespacial, que absorviam os milhares de milhões em subsídios à investigação da tecnologia aeroespacial, e, em vez disso, procurar soluções cada vez mais baratas e melhores. Isto criou, em simultâneo, a oportunidade dos privados entrarem no negócio. É irónico que quanto menos dinheiro existe para a exploração espacial, mais entidades surgem a propôr ideias cada vez mais loucas e mais baratas — e países como Portugal, que nos anos sessenta mal conseguia ter recepção de TV para ver o primeiro homem a pisar a Lua, hoje em dia é, estranhamente, uma potência modesta da indústria aeroespacial (sim, a sério!). Talvez não possamos construir cá os primeiros warp drives, mas é possível que fabriquemos algumas das suas peças…

Em conclusão, e para terminar, cito a «maldição do futurista»: nascemos um século cedo demais!