Os europeus, por volta do início do século, geralmente
acreditavam em composições privilegiadas de referência, que a
cultura e organização política alemã, francesa ou inglesa eram
melhores que as dos outros países; que os europeus eram
superiores aos outros povos afortunados o bastante por serem
colonizados. A aplicação social e política das idéias de Aristarco e
Copérnico eram rejeitadas ou ignoradas. O jovem Einstein
rebelou-se contra a noção de composições privilegiadas de
referência na física tanto quanto o fez em relação à política. Em
um universo repleto de estrelas correndo desordenadamente em
todas as direções, não havia nenhum local que estivesse “em
repouso”, nenhum referencial no qual a visão do universo fosse
superior às outras. Este é o significado do termo relatividade. A
idéia é muito simples, a despeito dos seus adornos mágicos: na
visão do universo, cada local é tão bom quanto qualquer outro. As
leis da Natureza são idênticas, não importa quem as esteja
escrevendo. Se isto é verdadeiro (seria surpreendente se
houvesse alguma coisa especial a respeito da nossa localização
insignificante no Cosmos), então ninguém consegue viajar mais
rápido do que a luz.
nmafa-Cosmos-D19990121
Ouvimos o estado do chicote de couro, porque sua ponta
move-se mais rápido do que a velocidade do som, criando uma
onda de choque, um pequeno boom sônico. A detonação de um
trovão tem uma origem semelhante. Pensava-se que os aviões
não pudessem viajar mais rápido do que o som. Hoje o jato
supersônico é uma realidade. Mas a barreira da luz é diferente da
do som. Não é meramente um problema de engenharia, como o
que foi resolvido pelo avião supersônico. É uma lei fundamental
da natureza, tão básica quanto a da gravidade. Não há
fenômenos em nossa experiência, como o estalo do chicote de
couro ou a detonação de um trovão que sugeriram a possibilidade
de viajar no vácuo mais rapidamente do que a luz. Pelo contrário,
há uma gama extremamente ampla de experiências, com
aceleradores nucleares e relógios atômicos por exemplo, em
acordo quantitativo preciso com a relatividade especial.
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Os problemas da simultaneidade não se aplicam ao som
como com a luz porque o som se propaga através de algum meio
material, geralmente o ar. A onda de som que nos atinge, quando
um amigo nos fala, é o movimento das moléculas do ar. Mas a luz
viaja no vácuo. Há restrições em como as moléculas do ar podemse
mover que não se aplicam ao vácuo. A luz do Sol nos atinge
atravessando o espaço vazio existente entre nós, mas não importa
o quão cuidadosamente estivermos ouvindo, pois não escutaremos
o crepitar das manchas solares ou o trovão dos flares. Pensava-se,
antes da relatividade, que a luz se propagava em um meio especial
permeado em todo o espaço, chamado “éter luminífero”. Mas a
famosa experiência de Michelson-Morley demonstrou que este éter
não existe.
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Algumas vezes ouvimos falar de coisas que viajam mais
rápido do que a luz. Ocasionalmente refere-se a algo chamado “a
velocidade do pensamento”, uma noção excepcionalmente tola, já
que sabemos que a velocidade dos impulsos dos neurônios em
nosso cérebro é quase que a mesma de uma carroça puxada por
um burro. Os seres humanos tendo sido espertos o suficiente para
conscientizar-se da relatividade, mostram que sabem pensar bem,
mas acho que não podemos jactar-nos sobre a rapidez do
pensamento. Os impulsos elétricos em um computador, entretanto,
viajam próximo à velocidade da luz.
Cosmos_by_Naviretlav
A relatividade especial, totalmente desenvolvida por Einstein
em seus vinte e poucos anos, é sustentada por cada experiência
feita para testá-la. Talvez amanhã alguém invente uma teoria
consistente com tudo o mais que sabemos que envolvem
paradoxos, de tal modo como a simultaneidade, evitando as
construções de referência privilegiada, e ainda permita uma viagem
mais rápida do que a luz. Duvido muito. A proibição de Einstein
contra uma viagem destas pode chocar-se com o nosso bom
senso. Mas por que confiamos no nosso bom senso? Por que a
nossa experiência a 10 quilômetros por hora constrangeria as leis da natureza a 300.000 quilômetros por segundo? A relatividade
estabelece limites sobre até onde os seres humanos poderão ir.
Não requer que o universo esteja em perfeita harmonia com a
ambição humana. A relatividade especial remove a nossa
capacidade de agarrar um caminho para chegar às estrelas, a nave
que pode mover-se mais rápido do que a luz. Atormentadoramente
sugere um outro método inesperado.
Seguindo George Gamow, imaginemos um local onde a
velocidade da luz não seja 300.000 quilômetros por segundo, mas
sim 40 quilômetros por hora, realmente cumpridos. (Não há
castigos por romper as leis da natureza porque não há crimes: a
natureza é auto-reguladora e arruma os fatos de modo que as
proibições são impossíveis de serem transgredidas.) Imagine-mos
que você esteja se aproximando da velocidade da luz em uma
prancha motorizada. (A relatividade é rica em frases iniciando-se:
Imaginemos… Einstein chamava este tipo de exercício de
Gedanken experiment, um experimento idealizado através do
pensamento). À medida que a sua velocidade aumenta, você
começa a ver nos cantos os objetos passando. Enquanto você está
rigidamente olhando em frente, as coisas que estão atrás de vocêaparecem dentro do seu campo de visão em evidência. Perto da
velocidade da luz, do seu ponto de vista, o mundo parece muito
estranho, tudo espremido dentro de uma pequena janela circular,
que permanece à sua frente. Do ponto de vista de um observador
parado, a luz refletida por você é vermelha quando você parte e
azul quando volta. Se você viajar em direção ao observador a
uma velocidade quase igual à da luz, você ficará envolto em uma
radiação cromátíca sobrenatural; sua emissão infravermelha
geralmente invisível será desviada para comprimento de ondas
menores e visíveis. Você se tornará comprimido na direção do
movimento, sua massa aumentará e o tempo diminuirá, uma
conseqüência ofegante de viajar a uma velocidade próxima à da
luz chamada dilatação do tempo. Mas do ponto de vista de um
observador movendo-se com você — talvez a prancha tenha um
segundo assento — não ocorrerá nenhum destes efeitos.
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Estas previsões peculiares e a princípio perplexas da
relatividade especial são verdadeiras no sentido mais profundo de
que tudo na ciência é verdade. Dependem do seu movimento
relativo, mas são reais e não ilusões de óptica. Podem ser demonstradas
pela matemática simples, principalmente pela álgebra
elementar e, portanto, entendíveis por qualquer pessoa com
alguma instrução. São também consistentes com muitas
experiências. Relógios de alta precisão, colocados em aviões,
atrasam um pouco comparados a outros estacionários. Aceleradores
nucleares são projetados para permitir o aumento da
massa em decorrência do aumento da velocidade; se não forem
projetados deste modo, as partículas aceleradas se despedaçariam
nas paredes do aparato e pouco haveria para ser feito na
física nuclear experimental. Velocidade é a distância dividida pelo
tempo. Uma vez que próximo à velocidade da luz não podemos
simplesmente adicionar velocidades, como costumamos fazer no
mundo do dia-a-dia; as noções familiares de espaço e tempo
absolutos, independente do seu movimento relativo, devem
mudar. Esta é a razão por que você encolhe. Esta é a razão da
dilatação do tempo. Viajando a uma velocidade próxima à da luz, você dificilmente
envelheceria, mas seus amigos e parentes sofreriam o
processo no ritmo normal. Quando você retornasse da sua
viagem relativística que diferença haveria entre seus amigos e
você, tendo eles envelhecido décadas e você não! É uma viagem
tipo elixir da vida. Em virtude do tempo ficar vagaroso próximo à
velocidade da luz, a relatividade especial nos fornece meios de ir
até as estrelas. Mas será possível, em termos de engenharia
prática, viajar próximo à velocidade da luz? Haverá uma espaçonave
exeqüível?
apod-nasa
A Toscana não foi somente o caldeirão de alguns dos pensamentos
do jovem Albert Einstein; foi também a casa de outro
grande gênio que viveu 400 anos antes, Leonardo da Vinci, que
adorava subir as colinas de Toscana e ver o solo de uma grande
altura como se estivesse voando como os pássaros. Desenhou as
primeiras perspectivas aéreas de paisagens, cidades e fortificações.
Entre os muitos interesses e realizações de Leonardo —
pintura, escultura, anatomia, geologia, história natural, engenharia civil e militar — ele tinha uma grande paixão: inventar e
fabricar uma máquina que pudesse voar. Fez desenhos, construiu
modelos e protótipos em tamanho natural, e nenhum deles
funcionou. Não existia um engenho suficientemente poderoso e
leve. Os projetos, contudo, eram brilhantes e encorajavam os
engenheiros que vieram depois. Leonardo ficava deprimido com
esses fracassos, mas não era culpa sua. Ele viveu no século XV.
Um caso similar ocorreu em 1939 quando um grupo de
engenheiros, que se cognominava Sociedade Interplanetária
Britânica, desenhou uma nave para levar pessoas à Lua, usando a
tecnologia de 1939. Não era idêntica ao desenho da espaçonave
Apoio, que realizou exatamente esta missão três décadas mais
tarde, mas sugeriu que uma missão à Lua poderia um dia ser uma
possibilidade prática da engenharia.
Hoje em dia temos esboços preliminares de naves para
levar pessoas para as estrelas. Não se imagina que estas espaçonaves
saiam diretamente da Terra, mas serão construídas na órbita
da Terra de onde serão lançadas para suas longas viagens
interestelares. Uma delas foi chamada Projeto Órion, em homenagem
à constelação, um lembrete de que o objetivo da nave é
uma estrela. Órion foi projetada para utilizar explosões de bombas
de hidrogênio, armas nucleares contra uma placa inerte, cada
explosão fazendo um ruído de puff-puff, um imenso motor nuclear
de barco no espaço. Órion parece totalmente exeqüível do ponto de
vista da engenharia. Pela sua natureza, teria produzido imensas
quantidades de debris radioativos, mas pela missão conscienciosa,
ela só os produz no vácuo do espaço interplanetário ou interestelar.
A Órion estava sofrendo um desenvolvimento importante nos
Estados Unidos até a assinatura de um tratado internacional que
proíbe a detonação de armas nucleares no espaço. Para mim éuma grande pena. A nave estelar Órion é o melhor meio que posso
imaginar para armas nucleares.
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O projeto Daedalus é um dos mais recentes da Sociedade
Interplanetária Britânica. Supõe a existência de um reator de fusão
nuclear, algo muito mais seguro e eficiente do que os projetos de
propulsão a fusão. Ainda não temos reatores de fusão, mas são
esperados nas próximas décadas. Órion e Daedalus devem viajar a
10% da velocidade da luz. Uma viagem a Alfa Centauro, a 4,3 anosluz
de distância, levará então quarenta e três anos, menos do que a
duração de uma vida. Estas naves não podem deslocar-se a uma
velocidade próxima à da luz, porque a dilatação de tempo
relativística especial torna-se importante. Mesmo com as projeções
otimistas no desenvolvimento de nossa tecnologia, não parece
provável que Órion e Daedalus, ou cada um deles seja construído
antes da metade do século XXI, embora se quiséssemos,
construiríamos a Órion agora.
Para viagens além das estrelas mais próximas, algo mais
deverá ser feito. Talvez Órion e Daedalus possam ser utilizadas
como naves de multigerações, de modo que os que chegarem a um
planeta ou a uma outra estrela serão os descendentes remo-tos
daqueles que iniciaram alguns séculos antes. Ou talvez seja
encontrado um meio seguro de hibernação para seres humanos, de modo que os viajantes do espaço possam ser congelados
e então despertados séculos depois. Estas naves espaciais
não-relativísticas, tão dispendiosas, parecem relativamente fá-
ceis de serem projetadas, construídas e utilizadas, comparadas
às naves estelares que se deslocam a uma velocidade próxima à
da luz. Outros sistemas estelares são acessíveis à espécie humana,
mas somente após grandes esforços.
O vôo espacial interestelar rápido, com a velocidade da
nave próxima à da luz, é um objetivo não para daqui a cem anos,
mas para mil ou dez mil anos. Mas, a princípio, é possível. Um
tipo de jato interestelar foi proposto por R. W. Bussard, que
reúne a matéria difusa, principalmente átomos de hidrogênio que
flutuam entre as estrelas, acelera-a em uma máquina de fusão e
a ejeta pela parte traseira. O hidrogênio pode ser utilizado como
combustível e como massa de reação. Mas no espaço há
somente cerca de um átomo em cada dez centímetros cúbicos,
volume do tamanho de uma uva. Para o foguete andar, é
necessário um coletor frontal de centenas de quilômetros de
diâmetro. Quando a nave atingir velocidades relativísticas, os
átomos de hidrogênio estarão se movendo em relação à espa-
çonave próximo à velocidade da luz. Se não forem tomadas as
devidas precauções, a espaçonave e seus passageiros ficarão
frigidos por esses raios cósmicos induzidos. Uma solução proposta
utiliza um laser para retirar os elétrons dos átomos interestelares
e torná-los carregados eletricamente enquanto ainda
estiverem a alguma distância, e formar um campo eletromagné-
tico extremamente poderoso para afastar os átomos carregados
no coletor para longe do resto da espaçonave.
É um projeto de
engenharia sem precedentes na Terra. Estamos nos referindo a
máquinas do tamanho de pequenos mundos. Vamos nos deter por um momento e pensar sobre uma
dessas naves. A Terra as atrairá gravitacionalmente com uma
certa força, se falharmos em uma experiência como a acelera-
ção. Quando caímos de uma árvore, o que deve ter acontecido a
muitos dos nossos ancestrais proto-humanos, nos precipitaremos
cada vez mais rápido, aumentando a nossa velocidade da
queda dez metros por segundo, a cada segundo. Esta
aceleração, que caracteriza a força da gravidade que nos atém à
superfície da Terra, é chamada 1 g, g = gravidade. Sentimo-nos
confortáveis com acelerações de 1 g; crescemos com elas. Se
vivêssemos em espaçonaves interestelares que acelerassem a 1
g, estaríamos em um ambiente perfeitamente natural. Na verdade,
a equivalência entre as forças gravitacionais e as que
sentiríamos em uma espaçonave acelerando é a principal característica
da última teoria da relatividade geral de Einstein. Com
uma aceleração contínua de 1 g, após um ano no espaço, estaríamos
viajando a uma velocidade bem próxima à da luz [ (0,01
km/s
2
) x (3 x 10
7
s) = 3 x 10
5
km/s].
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Suponhamos que esta espaçonave acelere 1 g,
aproximando-se cada vez mais da velocidade da luz até o meio
da viagem; então ela gira e desacelera a 1 g até chegar ao seu
destino. Durante a maior parte da viagem a velocidade estaria
próxima à da luz, e o tempo seria diminuído enormemente. Uma
missão com destino próximo, um sol que talvez possuaplanetas, é a estrela de Barnard, a cerca de seis anos-luz. Pode ser
atingida em oito anos, medidos por relógios a bordo da nave; o
centro da Via-láctea em vinte e um anos; a M31, a galáxia de
Andrômeda, em vinte e oito anos. Naturalmente as pessoas
deixadas na Terra veriam as coisas diferentes. Em vez de vinte e
um anos até o centro da galáxia, mediriam um tempo decorrido de
30.000 anos. Quando chegássemos em casa, poucos dos nossos
amigos estariam para nos receber. Em princípio uma viagem
destas, somando os pontos decimais para cada vez mais próximos
à velocidade da luz, talvez nos permitisse até cincunavegar o
universo conhecido em cinqüenta e seis anos no tempo na nave.
Retornaríamos em dez bilhões de anos para achar a Terra como a
cinza de um carvão, e o Sol morto. O vôo espacial relativístico torna
o universo acessível às civilizações adiantadas, mas somente para
os que vão na viagem. Parece não haver como fazer a informação
voltar ao que ficou para trás de modo mais rápido do que a
velocidade da luz.

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