A MENTE QUE SE ABRE A UMA NOVA IDEIA JAMAIS VOLTARÁ AO SEU TAMANHO ORIGINAL.
Albert Einstein

quarta-feira, 23 de fevereiro de 2011

Star trek e a dobra espacial


No universo ficcional de Star Trek, a dobra espacial  é uma forma de propulsão mais rápida que a luz. Geralmente, ela é representada como sendo capaz de impulsionar uma espaçonave ou outros objetos a muitos múltiplos da velocidade da luz, ao mesmo tempo que evita os problemas associados a dilatação do tempo. Não é capaz, via de regra, de criar uma viagem instantânea entre dois pontos a velocidade infinita, como tem sido sugerido em outras obras de ficção cientifica usando tecnologias teóricas tais como hiperdrive, salto hiperespacial e Motor de Improbabilidade Infinita. 
O conceito da dobra espacial como meio de propulsão tem sido tema de discussão teórica entre alguns físicos, embora nenhuma abordagem tecnológica concreta tenha sido proposta, nem exista qualquer meio conhecido de induzir o efeito descrito por Alcubierre.


Viagens através da dobra espacia



A teoria de viagem através de dobra espacial baseia-se no conceito acima e na Teoria da Relatividade de Albert Einstein, a qual afirma que as grandes massas de gravidade aglomeradas criariam fendas no espaço-tempo, que concentrariam não só massa e energia, mas o próprio tempo junto. Essas curvaturas seriam imperceptíveis aos nossos olhos, assim como a curvatura da Terra é para quem está nela. Essa teoria também sugere um universo multidimensional, com pelo menos 3 dimensões de espaço e 1 de tempo. Baseando-se nisso, a Teoria da Dobra Espacial sugere que aplicação de certa força poderia criar uma "ponte" entre duas partes dessa fenda por uma "quarta dimensão" e, assim, "dobraria" o espaço.
Para executar a dobra espacial, um propulsor de dobra criaria uma espécie de funil, estreito à sua frente e largo à suas costas, e logo depois dilataria sua frente, comprimindo suas costas, pelo qual passaria a espaçonave envolta em sua bolha de dobra. Para quem estivesse dentro dessa bolha, a nave estaria viajando a uma velocidade comum , mas para quem estivesse fora, ela saltaria zilhões de vezes mais rápida que a luz.

Warp Drive



Warp Drive é uma expressão ficcional, oriunda da literatura de ficção científica, mais especificamente da série de livros, cinema e de televisão Star Trek.
Tratar-se-ia, segundo os criadores da expressão, de um motor que dobraria o espaço, aproximando dois pontos quaisquer distantes anos-luz entre si, de modo a reduzir a poucas horas ou dias uma viagem no espaço que, fora das páginas de ficção científica, normalmente, demoraria milhares de anos com motores de foguete convencionais.
No universo ficcional de Star Trek, o warp drive é o meio de propulsão usado para se atingir outras estrelas e planetas na nossa galáxia. Em tal universo, a velocidade da nave estelar é dada em "factores Warp", iniciando-se em Warp 1 até 9,99 (sendo que o máximo ficcional, Warp 10, exigiria energia infinita para ser atingido).
Cumpre destacar que em alguns episódios fala-se em Warp 15, Warp 12. Isto decorre, na realidade, do uso de uma escala de velocidades diferente, utilizada durante o Século XXIII, durante o qual ocorre a acção da série original Star Trek.
Nesse universo, os avanços tecnológicos que se seguiram levaram à construção de naves cada vez mais rápidas, de forma que foi introduzida a escala mais comum, iniciando-se em Warp 1 até Warp 10 (velocidade infinita).

Cálculo do Warp Drive
Em todo o enredo de TOS (The Original Serie - A Série Original), a velocidade de Warp é regida pela equação - C = Warp ^ (10/3), onde C é a Constante, velocidade da luz e Warp é a velocidade de dobra desejada. Ou seja, quando o capitão Kirk ordena dobra 6, significa que a nave viajará a cerca de 392 vezes a velocidade da luz:

Velocidade Warp
Vezes Velocidade da Luz
KM / H
1
1
1.080.000.000
2
10
10.800.000.000
3
39
42.120.000.000
4
102
110.160.000.000
5
214
231.120.000.000
6
392
423.360.000.000
7
656
708.480.000.000
8
1024
1.105.920.000.000
9
1516
1.637.280.000.000
Nota: C = 300.000 km/s



A física da Warp Drive


O físicrico Miguel Alcubierre nasceu na Cidade do México onde ele viveu ate 1990 quando foi para Cardiff no o REINO UNIDO para se diplomar na Universidade de Gales. Ele recebeu o seu PhD naquela  instituição em 1993 realizando sua pesquisa de tese em soluções numéricas das equações da Relatividade Geral, resolvendo as equações gravitacionais de Einstein .com computadores extremamente rápidos. Ele continuou trabalhando neste campo, inventando técnicas numéricas para descrever a física relacionadas com os buracos negros.

A cerca de mais ou menos 10 anos atrás Alcubierre publicou um artigo notável que nasceu do seu trabalho com a relatividade geral, intitulado " Modelo padrão para espaço - tempo e gravitação ". Neste artigo, ele descreve uma solução muito incomum das equações de Einstein de relatividade geral, descrita  por ele como uma ".Warp Drive " ( algo como velocidade de dobra ), que em resumo cria argumentos palpáveis para a possibilidade de se fazer " uma modificação do espaço - tempo de modo a permitir .um meio de se viajar pelo espaço com velocidades extremamente grandes ".

No contexto de Relatividade Especial, a velocidade de luz e o limite absoluto de velocidade em nosso Universo para qualquer objeto que tenha uma massa real. Isto ocorre principalmente porque quando um corpo se aproxima da velocidade da luz, mais e mais da energia  fornecida ao corpo aparece sob forma de massa adicional. Isto não e apenas teoria, há anos os físicos que trabalham nos laboratórios com grandes aceleradores de partículas subatômicas vem observando que a massa e a  velocidade dessas partículas ajustam-se exatamente aos valores previstos pela  Teoria da Relatividade. Assim, quanto mais rápido o objeto, mais a energia cinética envolvida no movimento tem como efeito principal causar um aumento em sua massa - energia em lugar de velocidade, sendo que a massa - energia vai a infinito nos limites da velocidade de luz. A síntese do que esta escrito acima esta expressa em uma das mais importantes equações da  Física E = m.c.c (energia = massa X velocidade da luz ao quadrado).

A Relatividade Especial, publicada em 1.905 por Einstein, pode ser considerada como um caso particular da Teoria da Relatividade Geral publicada por Einstein em 1916. A Relatividade geral trata a relatividade especial como uma sub - teoria restrita que e aplicada localmente a qualquer região de espaço suficientemente pequena, onde a curvatura do espaço pode ser negligenciada. Em outras palavras, a velocidade da luz e o limite de velocidade local, mas as considerações mais amplas da relatividade geral podem fornecer meios de superar esta limitação local. A idéia básica e não procurar sistemas de propulsão que possam superar a velocidade da luz, mesmo porque esta proibição dada pela Teoria da Relatividade especial continua valida, mas sim usar a curvatura do próprio espaço - tempo, proposta pela teoria da Relatividade Geral, para superar este limite. Em vez de dizer que nada pode viajar mais rapidamente que a velocidade da luz ( c ), e preciso dizer que nada pode viajar mais rapidamente que a luz localmente. Isso significa que nada pode viajar mais rapidamente que a luz em relação a sistemas de referencia locais. Entretanto, se o espaço e curvo. Esses marcos de referencias locais não precisam ser globais e, possivelmente, este limite pode ser superado.
Um exemplo disto seria um " Buraco de Minhoca " que em tese pode conectar duas regiões do espaço extensamente distantes no universo. Assim, se considerarmos, por exemplo, duas regiões do Universo separadas por 20 anos - luz e unidas momentaneamente por um "Buraco de Minhoca", um objeto mesmo respeitando o limite máximo da velocidade da luz, poderia levar somente alguns dias ou ate mesmo minutos, para atravessar este " atalho " entre estas duas regiões distantes. Porém, através deste atalho ( o " Buraco de Minhoca " ) o objeto teria viajado 20 anos - luz em minutos, produzindo uma velocidade efetiva de milhares de vezes superior a velocidade da luz. Assim, localmente a velocidade seria menor que a da luz, mas em relação ao Universo como um todo, este limite teria sido amplamente superado.

Outro exemplo de velocidade mais rápida que a luz na Relatividade Geral é a expansão do próprio universo. Como o universo se expande, novos espaços estão sendo criados entre diversos pontos do Universo. Os objetos podem estar em repouso com respeito ao ambiente local deles e, no entanto, a distância entre eles pode crescer a uma taxa maior que a velocidade de luz, em função dessa expansão. Aqui esta a premissa básica atrás da " Warp Drive " de Alcubierre: Embora Relatividade Especial proíba objetos de se moverem mais rapidamente que a luz dentro do espaço-tempo, desconhecemos o qual rapidamente o próprio espaço-tempo pode se mover.

Alcubierre propôs um modo de superar o limite da velocidade da luz, parecido com a expansão do universo, mas em uma escala local. Ele desenvolveu uma " métrica " para relatividade geral, uma representação matemática da curvatura de espaço, que descreve uma região plana do espaço próximo de uma " dobra " que pode ser impulsionada adiante com qualquer velocidade arbitrária, inclusive velocidades maiores que a da luz, a velocidade de dobra de Alcubierre e construída por funções tangentes hiperbólicas as quais criam um distorção muito peculiar do espaço nas extremidades do volume de espaço considerado.

A idéia e inovadora. Se o espaço-tempo pode ser dobrado localmente de modo que se expanda atrás de uma nave e se contraia adiante dela, então a nave será impulsionada junto com o espaço que a contem. Localmente, a nave nunca viajara mais rápido do que a luz, porque a luz também será impulsionada junto com a onda de espaço em expansão. Mas, globalmente percorrera distâncias incrivelmente grandes em pequenos intervalos de tempo.

Uma maneira de visualizar o que acontece e imaginar-se a bordo de uma nave. Se o espaço subitamente se expandir por detrás da nave em uma escala suficientemente grande, você percebera que a base estelar que deixou há poucos minutos agora esta a muitos anos luz de distância. Da mesma forma, se o espaço se contrair adiante de você, será possível perceber que a base em direção a qual você viaja, que estava a alguns anos luz de distância, agora esta tão próxima que poderia ser alcançada em minutos a velocidade de propulsão normal.

Portanto, a própria curvatura do espaço, proposta pela Teoria da Relatividade Geral e já comprovada experimentalmente, produz uma abertura para viagens acima da velocidade da luz. Uma abertura suficientemente grande para permitir que naves alienígenas de " mundos " distantes possam chegar ate nós!!!

Baseado em artigos dos Físicos: Miguel Alcubierre, John G. Cramer e um trecho do livro A Física de  Jornada das Estrelas, escrito pelo físico Lawrence M. Krauss.

Vida longa e prospera ao amigo Sandro Freire Peixoto a quem dedico esta postagem, grande admirador da série. 

Referências...

Abaixo, está relacionada uma pequena seleção de artigos especulativos da literatura de física:


Lista de naves estelares Enterprise

  • As naves estelares Enterprise são vistas em diversas telesséries e longa-metragens de Star Trek:
    Outras duas naves Enterprise aparecem em livros e não são, portanto, consideradas "canônicas":
    • USS Enterprise (NCC-1701-F) - Aparece nas páginas dos romances Imzadi de Peter David e Millennium de Judith e Garfield Reeves-Stevens.
      • Classe:
      • Comissão:
      • Capitão:
    • USS Enterprise (registro desconhecido) - A USS Monitor classe Defiant é temporariamente renomeada no romance de William Shatner: O Retorno do Capitão Kirk.
      • Classe:
      • Comissão:
      • Capitão:

     Nome e características
    Observações


    Constitution
    Cruzador pesado
    Massa: 190.000 t (+63)
    Comprimento: 289 m
    Largura: 130 m
    Altura: 67 m.
    Tamanho: +9
    Tripulação: 435
    Passageiros: 60
    Custo: 1 trilhão
    Aquisição: 20
    Resistência: +19½+5
    Proteção: +18½+5
    Escudo: +25½
    Saúde: 0
    Qualidade: 0
    Autonomia: 5 anos
    Capacidade de carga: 19.500 t
    Tecnologia: 11
    Velocidades/mobilidades:
    Dobra máxima: 10.240 c (+50 / +46½), 2 h
    Dobra cruzeiro: 3.900 c (+48 / +46½)
    Interestelar máxima: 0,75 c (+33 /+46½), 2h
    Interestelar cruzeiro: 0,5 c (+33 / +46½)
    Interplanetária: 4.700 km/s (+27 / +30½)
    Orbital: 47 km/s (+19 / +14½)
    Atmosférica: 4.600 m/s (+15 / +14½)
    Computador de bordo: capacidade 33
    Phasers principais (6):
    Dano: 24½ / 24½
    Fogo combinado: 26 / 26
    Cadência: 1
    Omnidirecionais
    Precisão: 17
    Alcance: 31+1
    Teletransportadores:
    4 pessoal (capacidade 6, alcance 40.000 km)
    2 carga (capacidade 3 toneladas, alcance 40.000 km)
    5 emergência (capacidade 22, alcance 15.000 km)
    As 15 naves da classe Constitutionforam as mais poderosas da Federação dos Planetas Unidos ao serem lançadas, a partir de 2244. Entre 2258 e 2265, foram modificadas: as armas laser foram trocados por phasers, foram equipados com sintetizadores de alimentos e sua tripulação foi ampliada de 203 para 435.
    A mais famosa representante dessa classe (e, talvez, a nave mais famosa de toda a história da ficção científica) foi a USS Enterprise (NCC-1701), comandada sucessivamente pelos capitães Robert M. April (2245-2250), Christopher Pike (2251-2261) e James Tiberius Kirk (2264-2269).
    Entre 2265 e 2286, as 5 remanescentes dessa classe foram extensivamente modificadas, dando origem à nova classe Enterprise.

    Graus de habilidade típicos da tripulação:
    Pilotos: +4
    Navegadores: +4
    Artilheiros: +4
    Operadores do escudo: +4
    Operadores dos sensores: +4
    Lança-torpedos (2):
    Dano: 29 / 29
    Cadência: ¼
    Omnidirecionais
    Munição: 120
    Precisão: 22
    Alcance: 36+1 (mínimo 17)
    Navetas: 12
    Raios tratores (2):
    Dano: 27 / 27
    Cadência: contínuo
    Frontal: 1 Traseiro: 1
    Precisão : 15
    Alcance: 17+12
    Sensores:
    Dobra: +52 (+69) / +1
    Varredura: +32 / +1



    Enterprise
    Cruzador pesado
    Massa: 230.000 t (+63½)
    Comprimento: 305 m
    Largura: 140 m
    Altura: 75 m.
    Tamanho: +9
    Tripulação: 416
    Passageiros: 60
    Custo: 1,5 trilhão
    Aquisição: 20½
    Resistência: +20+5
    Proteção: +18½+5
    Escudo: +26
    Saúde: 0
    Qualidade: 0
    Autonomia: 5 anos
    Capacidade de carga: 22.500 t
    Tecnologia: 11
    Velocidades/mobilidades:
    Dobra máxima: 15.160 c (+51 / +48½), 2 h
    Dobra cruzeiro: 6.560 c (+49 / +48½)
    Interestelar máxima: 0,8 c (+34/+48½), 2h
    Interestelar cruzeiro: 0,55 c (+33 / +48½)
    Interplanetária: 6.300 km/s (+27 / +32½)
    Orbital: 63 km/s (+19 / +16½)
    Atmosférica: 6.100 m/s (+15 / +16½)
    Computador de bordo: capacidade 34
    Phasers principais (18):
    Dano: 24 / 24
    Fogo combinado: 26½ / 26½
    Cadência: 1
    Omnidirecionais
    Precisão: 17
    Alcance: 31+1
    Teletransportadores:
    4 pessoal (capacidade 6, alcance 40.000 km)
    2 carga (capacidade 3 toneladas, alcance 40.000 km)
    4 emergência (capacidade 22, alcance 15.000 km)
    A nova classe Enterprise foi criada a partir do remodelamento de 5 velhas naves Constitution a partir de 2269. Outras 35 foram construídas de acordo com o novo padrão até 2286. Permaneceram em serviço até 2298.
    Depois que a Enterprise original foi destruída em 2285, a USS Yorktown(NCC 1717), dessa mesma classe foi rebatizada USS Enterprise-A (NCC-1701-A) e permaneceu em serviço, sob o comando do capitão Kirk, até 2293.

    Graus de habilidade típicos da tripulação:
    Pilotos: +4
    Navegadores: +4
    Artilheiros: +4
    Operadores do escudo: +4
    Operadores dos sensores: +4
    Lança-torpedos (4):
    Dano: 29 / 29
    Cadência: ¼
    Omnidirecionais
    Munição: 120
    Precisão: 22
    Alcance: 36+1 (mínimo 17)
    Navetas: 12
    Raios tratores (2):
    Dano: 27 / 27
    Cadência: contínuo
    Frontal: 1 Traseiro: 1
    Precisão: 15
    Alcance: 17+12
    Sensores:
    Dobra: +52 (+69) / +1
    Varredura: +32 / +1


    Excelsior
    Encouraçado
    Massa: 720.000 t (+68½)
    Comprimento: 467 m
    Largura: 185 m
    Altura: 100 m.
    Tamanho: +10
    Tripulação: 810
    Passageiros: 40 (evacuação, 8.500)
    Custo: 4,5 trilhões
    Aquisição: 21½
    Resistência: +21+5
    Proteção: +18½+5
    Escudo: +27
    Saúde: 0
    Qualidade: 0
    Autonomia: 2 anos
    Capacidade de carga: 27.500 t
    Tecnologia: 11
    Velocidades/mobilidades:
    Dobra máxima: 13.000 c (+50 / +48), 6 h
    Dobra cruzeiro: 11.100 c (+50 / +48)
    Interestelar máxima: 0,9 c (+34/+48), 6h
    Interestelar cruzeiro: 0,75 c (+33 / +48)
    Interplanetária: 5.800 km/s (+27 / +32)
    Orbital: 58 km/s (+19 / +16)
    Atmosférica: 5.800 m/s (+15 / +16)
    Computador de bordo: capacidade 35
    Phasers principais (12):
    Dano: 23½ / 23½
    Fogo combinado: 26½ / 26½
    Cadência: 1
    Omnidirecionais
    Precisão: 18
    Alcance: 32+1
    Teletransportadores:
    6 pessoal (capacidade 6, alcance 40.000 km)
    3 carga (capacidade 3 toneladas, alcance 40.000 km)
    6 emergência (capacidade 22, alcance 15.000 km)
    A classe Excelsior  foi lançada em 2285 para testar um novo sistema de propulsão transdobra, que fracassou. Em 2287, foi reequipada com um sistema de dobra convencional e tornou-se a melhor nave de combate da Federação nessa época, tornando-se por algum tempo a espinha dorsal da Frota Estelar. Foram construídas 312 unidades, das quais a mais conhecida foi a Excelsior, comandada pelo capitão Hikari Sulu a partir de 2290. Isto não inclui a subclasse Enterprise-B (ver abaixo).

    Graus de habilidade típicos da tripulação:
    Pilotos: +5
    Navegadores: +5
    Artilheiros: +5
    Operadores do escudo: +5
    Operadores dos sensores: +5
    Lança-torpedos (4):
    Dano: 29 / 29
    Cadência: ¼
    Omnidirecionais
    Munição: 250
    Precisão: 22
    Alcance: 36+1 (mínimo 17)
    Navetas: 20
    Raios tratores (2):
    Dano: 27 / 27
    Cadência: contínuo
    Frontal: 1 Traseiro: 1
    Precisão : 15
    Alcance: 17+12
    Sensores:
    Dobra: +52 (+69) / +1
    Varredura: +32 / +1


    Enterprise-B
    Encouraçado
    Massa: 835.000 t (+69)
    Comprimento: 469 m
    Largura: 185 m
    Altura: 100 m.
    Tamanho: +10
    Tripulação: 802
    Passageiros: 40 (evacuação, 9.800)
    Custo: 5 trilhões
    Aquisição: 21½
    Resistência: +21+5
    Proteção: +18½+5
    Escudo: +27
    Saúde: 0
    Qualidade: 0
    Autonomia: 2 anos
    Capacidade de carga: 27.500 t
    Tecnologia: 11
    Velocidades/mobilidades:
    Dobra máxima: 15.200 c (+51 / +48½), 12h
    Dobra cruzeiro: 13.000 c (+50 / +48½)
    Interestelar máxima: 0,9 c (+34/+48½), 12h
    Interestelar cruzeiro: 0,75 c (+33 / +48½)
    Interplanetária: 5.900 km/s (+27 / +32½)
    Orbital: 59 km/s (+19 / +16½)
    Atmosférica: 5.900 m/s (+15 / +16½)
    Computador de bordo: capacidade 35
    Phasers principais (12):
    Dano: 23½ / 23½
    Fogo combinado: 26½ / 26½
    Cadência: 1
    Omnidirecionais
    Precisão: 18
    Alcance: 32+1
    Teletransportadores:
    6 pessoal (capacidade 6, alcance 40.000 km)
    3 carga (capacidade 3 toneladas, alcance 40.000 km)
    6 emergência (capacidade 22, alcance 15.000 km)
    A subclasse Enterprise-B  é uma variante da classe Excelsior lançada em 2293, com uma propulsão mais potente e sensores mais avançados, capazes de localizar as naves ocultáveis dos Klingons e Romulanos a partir de seus disparos. Foram construídas 102 unidades até 2315.

    Graus de habilidade típicos da tripulação:
    Pilotos: +5
    Navegadores: +5
    Artilheiros: +5
    Operadores do escudo: +5
    Operadores dos sensores: +6

    Lança-torpedos (4):
    Dano: 29 / 29
    Cadência: ¼
    Omnidirecionais
    Munição: 250
    Precisão: 22
    Alcance: 36+1 (mínimo 17)
    Navetas: 20
    Raios tratores (2):
    Dano: 27 / 27
    Cadência: contínuo
    Frontal: 1 Traseiro: 1
    Precisão : 15
    Alcance: 17+12
    Sensores:
    Dobra: +52 (+69) / +3
    Varredura: +32 / +3


    Galileo
    Naveta classe F
    Massa: 27 t (+24½)
    Comprimento: 7,32 m
    Largura: 3,2 m
    Altura: 2,44 m.
    Tamanho: +3
    Tripulação: 2
    Passageiros: 6 (até 20 em evacuações)
    Custo: 100 milhões
    Aquisição: +12
    Resistência: +12+4
    Proteção: +15+4
    Escudo: +21
    Saúde: 0
    Qualidade: 0
    Autonomia: 7 dias
    Capacidade de carga: 2 t
    Tecnologia: 11
    Velocidades/mobilidades:
    Dobra máxima: 4.400 c (+48 / +39), 2 h
    Dobra cruzeiro: 3.900 c (+48 / +39)
    Interestelar máxima: 0,66 c (+33/+39), 2 h
    Interestelar cruzeiro: 0,4 c (+32 / +39)
    Interplanetária: 1.500 km/s (+25/ +23)
    Orbital: 15 km/s (+17 / +7)
    Atmosférica: 500 m/s (+11 / +7)
    Phasers (1):
    Dano: 22½ / 22½
    Cadência: 1
    Omnidirecionais
    Precisão: 24
    Alcance: 29+1
    Sensores:
    Dobra: +52 (+68) / +1
    Varredura: +32 / +1
    As navetas da classe F foram extensamente usadas em naves da Federação de 2252 a 2291. São capazes de pousar em planetas. Eram indispensáveis às naves que não possuíam teletransportadores, mas mesmo as que os tinham também costumavam carregá-los para ocasiões em que seus equipamentos de teletransporte não se mostravam confiáveis (como em presença de radiação). Mais de 2.500 deles foram fabricados até 2275. O mais famoso foi o Galileo NCC-1701/7, o mais usado pela tripulação da Enterprise original, perdido em 2267.

    Graus de habilidade típicos da tripulação:
    Pilotos: +3
    Navegadores: +3
    Artilheiros: +3
    Operadores do escudo: +3
    Operadores dos sensores: +3




Black Mamba

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