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A Física de Jornada nas Estrelas

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A Física de Jornada nas Estrelas. “Restringir nossa atenção aos assuntos terrestres seria limitar o espírito humano”. O Espaço, a Fronteira Final. Quem não se lembra de: Leve-nos para cima Scotty Dobra fator 3, senhor Sulu Vida longa e prospera Continue tentando, tenente Uhura.

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a f sica de jornada nas estrelas

A Física de Jornada nas Estrelas

“Restringir nossa atenção aos assuntos terrestres seria limitar o espírito humano”.

o espa o a fronteira final
O Espaço, a Fronteira Final

Quem não se lembra de:

Leve-nos para cima Scotty

Dobra fator 3, senhor Sulu

Vida longa e prospera

Continue tentando, tenente Uhura.

algumas perguntas que surgem
Algumas perguntas que surgem:

- 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?

velocidade pr ximas a da luz
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!
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Velocidade próximas a da luz

O que aconteceu?

Foram os klingons?

Foram os romulanos?

Foram os borgs?

Ou você foi pego por desvio espacial interfásico?

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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.

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Velocidade próximas a da luz

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.

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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.
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Velocidade próximas a da luz

Propulsão não é prático

qual a solu o
Qual a solução?

Dobrar o Espaço (velocidade de dobra)

velocidade de dobra
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”.

a velocidade de dobra
A 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.

velocidade de dobra1
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.

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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

Tensor curvatura

Tensor matéria-energia

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Velocidade de Dobra

Conseqüências

Se o espaço tempo é curvo existem diferentes maneiras para se ligar dois pontos

Se o espaço tempo não é plano o tempo poderá fluir em velocidades diferentes para diferentes observadores.

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.

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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
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Antimatéria
  • 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
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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.

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Antimatéria
  • Não é possível colher antimatéria no espaço
  • É preciso fabricá-la e transportá-la!
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Antimatéria

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.

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Teletransporte

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*:

  • Travar no alvo
  • Esquadrinhar a imagem
  • Desmaterializá-la
  • Armazenar num “buffer”de padrões.
  • Transmitir o fluxo de matéria em um raio de confinamento angular.

* Manual da Enterprise

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Teletransporte
  • O que significa “Desmaterializar”?
  • Transformar cada átomo em energia.
  • Para uma pessoa de 50 kg E = 100 megatons.
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Teletransporte

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)
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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

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Teletransporte

Para um ser humano

Precisamos 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 – 1028kilobites.

Se consideramos um DVD com 5 giga de memória – 1 DVD = 5 X 109bites.

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

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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

viagem no tempo
Viagem no Tempo

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.