Paradoxo: leva-se mais tempo para viajar até as galáxias mais distantes a mil vezes a velocidade da luz do que a quase à velocidade da luz

O ano é 1874: um jovem chamado Max Planck decide estudar física em Munique – com o respeitado físico e matemático Philipp von Jolly, mas o professor o desaconselha. Não porque duvidasse da capacidade de Planck, mas porque estava convencido de que a física já havia sido quase completamente pesquisada. Para jovens cientistas, disse ele, não havia mais nada de inovador a ser descoberto nesse campo.

Ele dificilmente poderia ter errado mais. Apenas algumas décadas depois, Max Planck e um certo Albert Einstein, com suas teorias (física quântica e relatividade), abalariam os fundamentos da física e iniciariam uma mudança de paradigma.

A propósito, von Jolly não estava sozinho nesse erro de julgamento. Na segunda metade do século XIX, muitos físicos acreditavam que a grande aventura já havia terminado. Até mesmo Lord Kelvin, que dá nome à escala de temperatura, compartilhava dessa opinião.

Mas a física clássica, que vigorava até então, logo atingiu seus limites. Por exemplo, o fenômeno que é o tema deste artigo não poderia ser explicado de forma alguma sem a teoria da relatividade de Einstein.

Por mais louco que pareça: de acordo com o conhecimento atual, seria teoricamente mais realista alcançar o limite do universo observável dentro de uma vida humana – desde que ele não se afastasse constantemente de nós à velocidade da luz devido à expansão cósmica – do que usar uma unidade de dobra espacial para alcançar o sistema estelar mais próximo, Alfa Centauri, que fica a apenas 4,24 anos-luz de distância.

O universo tem cerca de 13,7 bilhões de anos, mas por que o raio do universo observável é de 46 bilhões de anos-luz? O motivo: enquanto a luz avançava em nossa direção, o próprio espaço se expandia. Como um elástico que se estica durante a propagação de um sinal – não confundir com o efeito Doppler.

A luz que recebemos hoje de galáxias distantes foi emitida logo após o Big Bang, quando essas galáxias estavam muito mais próximas. Mas, enquanto ela se movia, o espaço continuou a se expandir. Portanto, a distância real hoje é de cerca de 46 bilhões de anos-luz.

Com 1g através da galáxia

Aqui as coisas ficam emocionantes: suponha que tivéssemos uma nave espacial com propulsão por fusão. Parece ficção científica, mas não é tão absurdo. Projetos como o ITER na França, o Wendelstein 7-X na Alemanha e o NIF nos EUA estão basicamente trabalhando nisso. Com tal propulsão, provavelmente seria possível acelerar constantemente a 1g, ou seja, a aceleração devido à gravidade. A tripulação teria gravidade artificial automaticamente, sem anéis giratórios ou truques complicados.

Existem algumas limitações às quais voltaremos mais tarde, mas, em sua essência, trata-se de uma suposição incrivelmente realista – sem quaisquer substâncias milagrosas exóticas, como matéria com densidade energética negativa, que seria necessária para uma propulsão de dobra espacial segundo o conceito de Alcubierre, por exemplo.

Após menos de um ano dessa aceleração, já estaríamos na faixa de velocidades relativísticas, ou seja, uma fração significativa da velocidade da luz – de cerca de 10% ou 30.000 km/s.

Mas a velocidade por si só não é a chave, e sim os efeitos que a acompanham: acima de tudo, a dilatação do tempo e a contração do comprimento – mas também o ganho de massa. Este último leva a um grande "mas" ainda maior, que falaremos em breve.

Quando o tempo quase para

De acordo com a Teoria da Relatividade Especial de Einstein (1905), espaço e tempo estão inseparavelmente entrelaçados num espaço-tempo quadridimensional. Aqueles que se movem quase à velocidade da luz mudam a maneira como o tempo e o espaço são vivenciados.

Para a tripulação, o tempo passa normalmente. Para um observador externo, no entanto, parece que o tempo corre mais devagar dentro da nave. Em casos extremos, o tempo parece até quase parar.

Ao mesmo tempo, o comprimento da nave diminui para quem está de fora. Ela parece comprimida como um acordeão fechado.

Finalmente, o aumento de massa faz com que a nave se torne cada vez mais pesada com o aumento da velocidade, como se tivesse que carregar uma bagagem invisível a mais a cada passo.

O fascinante: dentro da nave, os humanos poderiam viajar até os confins do universo conhecido em algumas décadas (com a limitação mencionada), enquanto do lado de fora, bilhões de anos se passariam.

No entanto, para conseguir sair, seria necessário frear com 1g pelo mesmo tempo que acelerar. Teoricamente, isso seria possível em duas vidas.

Mas o mais surpreendente é o seguinte: uma nave espacial, não importa o quanto e por quanto tempo acelere, nunca pode atingir a velocidade da luz. Em termos técnicos, diz-se que ela se aproxima dela assintoticamente.

Mas quanto mais perto se chega desse limite, mais fortes se tornam os efeitos relativísticos. A dilatação do tempo se expande até que, quando vista de fora, os relógios da nave praticamente param de funcionar, a contração do comprimento se torna mais extrema e o aumento da massa cresce até o infinito.

Dobra vs. Realidade

Uma comparação interessante mostra o quão insana é a nossa realidade em contraste com a ficção científica: em Jornada nas Estrelas: Voyager, a nave de mesmo nome, comandada pela Capitã Janeway, precisaria de cerca de 70 anos na velocidade máxima de dobra contínua para retornar do Quadrante Delta à Terra – uma distância de cerca de 75 mil anos-luz. Isso corresponde a cerca de mil vezes a velocidade da luz.

Parece impressionante, mas se Janeway tentasse chegar aos limites do universo observável, mesmo nessa velocidade ela embarcaria em uma jornada de cerca de 46 milhões de anos (na verdade, muito mais, porque o espaço continua a se expandir; mas que assim seja).

E mesmo se a Voyager voasse permanentemente em dobra 9.9, o que corresponde a mais de 20 mil vezes a velocidade da luz, de acordo com o episódio Die 37er (via Memory Alpha), a jornada levaria cerca de 2,3 milhões de anos.

O conceito de viagem espacial relativística de repente parece muito mais atraente – e, paradoxalmente, também mais realista. Aqui, a dilatação do tempo permite viagens a regiões que levariam um tempo inimaginavelmente longo, mesmo com propulsores hiperluz fictícios.

Os grandes poréns

Mas existem enormes obstáculos:

• O primeiro grande porém: Apenas uma vida se passa para os viajantes, mas, da perspectiva do universo, mais de 46 bilhões de anos se passam (porque a expansão futura do cosmos também teria que ser levada em consideração aqui; por uma questão de simplicidade, no entanto, deixaremos isso de lado). O objetivo seria alcançado, mas em um futuro cósmico no qual provavelmente não haveria mais uma constelação familiar. Qualquer lembrança tênue de entes queridos teria sido extinta há eras.
• O segundo grande porém: Quanto mais perto da velocidade da luz, mais a energia necessária aumenta – imensuravelmente. Em algum momento, uma espaçonave não seria mais capaz de reunir essas quantidades de energia, mesmo que o hidrogênio fosse coletado no caminho.
• O terceiro grande porém: A radiação contrária à direção do voo se tornaria um perigo mortal. Os escudos protetores teriam que ser muito espessos e essa massa também teria que ser acelerada.
• O quarto grande porém: mesmo uma minúscula partícula de poeira se tornaria uma bala mortal em tais velocidades, um projétil cósmico que poderia destruir uma nave espacial em uma fração de segundo, a menos que alguma medida de proteção fosse tomada.

Resultado

Por mais fascinante que seja o experimento mental, uma viagem aos confins do universo em uma vida continua sendo um sonho que falha devido a obstáculos físicos e técnicos.

No entanto, isso não exclui de forma alguma viagens em velocidades relativísticas. Mesmo que pudéssemos atingir apenas 30% da velocidade da luz, sistemas estelares vizinhos seriam alcançáveis em uma vida humana – distâncias que levaríamos dezenas de milhares de anos para percorrer com a tecnologia de foguetes atual.

Em outras palavras, mesmo que o portão para o infinito permaneça fechado, poderemos ser capazes de abrir a porta para a vizinhança do nosso Sol em um futuro não muito distante.

E se você vincular essa ideia ao conceito de naves espaciais geracionais, ou seja, naves nas quais sociedades inteiras vivem e viajam por muitas gerações, então até mesmo a colonização da Via Láctea não parece mais pura ficção científica, mas sim um capítulo distante, mas concebível, na história da humanidade.