Antimatéria, gravidade e buracos negros

Imagem cedida pela HOLDFAST Visitor Center A Enterprise na dobra espacial.

Reatores matéria-antimatéria impulsionam as naves estelares em "Star Trek". Exatamente como soa, a antimatéria é o oposto da matéria. Por exemplo, um átomo de hidrogênio é composto de um próton, uma partícula positivamente carregada e outra muito menos maciça, o elétron, uma partícula negativamente carregada. Um átomo anti-hidrogênio consiste de um antipróton, que tem a mesma massa que o próton, mas é negativamente carregado, e o posítron, que tem a mesma massa de um elétron, mas é positivamente carregado. Quando a matéria e a antimatéria entram em contato, elas aniquilam-se e produzem vastas quantidades de energia. Veja Como funcionará a espaçonave movida a antimatéria. Este talvez seja o meio mais eficiente de suprir energia para viagens interestelares.

O problema não é a existência da antimatéria ou que ela possa produzir energia. O problema é que, por razões desconhecidas, existe muito pouca antimatéria no universo. Teoricamente, quando o universo foi formado, deveria haver quantidades iguais de matéria e antimatéria; entretanto, nosso universo consiste primariamente de matéria. Então o que aconteceu com toda a antimatéria? Essa é a principal área de pesquisa da física teórica, tal como física quântica e cosmologia. Pequenas quantidades de antimatéria podem ser produzidas em aceleradores de partículas, mas o custo é muito alto. Em "The Physical of Star Trek (A Física de Jornada nas Estrelas), o escritor Lawrence Krauss indica que hoje em dia é necessário mais energia para produzir antimatéria que a energia gerada pela reação de aniquilação da mesma antimatéria. Na época em que se passa a história de "Star Trek", a antimatéria é comum ou é normalmente produzida. Supomos então que os humanos encontraram uma maneira barata de produzir antimatéria o que é um caso de suspensão da descrença.

Gravidade, gravidade em todo lugar

A concepção de Einstein sobre a gravidadeEinstein examinou a teoria de Newton e concebeu a gravidade como uma distorção do espaço causada pela massa. Um objeto que entra na área de distorção causada por uma grande massa (como um poço de gravidade) é atraído por aquela massa. Quanto maior a massa, maior o poço de gravidade. A teoria de Einstein explicou tudo que a teoria de Newton explicava e ainda mais (o comportamento estranho da órbita de Mercúrio e o desvio da luz pela gravidade). As teorias de Einstein também levam à explicação dos buracos negros.

Vemos representações da gravidade em muitos filmes de ficção científica, desde microgravidade à gravidade artificial. Também vemos buracos negros e asteróides com pouca gravidade. Antes de examinarmos como as questões gravitacionais são tratadas nos filmes de ficção científica, vejamos o que é a gravidade. De acordo com Isaac Newton, a gravidade é a força de atração entre duas massas. A lei da gravidade de Newton diz que a força da gravidade é diretamente proporcional ao tamanho das massas (m1, m2) envolvidas e inversamente proporcional ao quadrado da distância (r) entre as duas massas (especificamente, o centro das massas. Ele deduziu esta equação: F = Gm1m2/r2, onde G é a constante gravitacional universal, 6,67 x 10-11 N-m2/kg2). A força da gravidade aumenta quando as massas envolvidas aumentam à medida que diminui a distância entre elas.

A microgravidade tem sido mostrada em muitos filmes de ficção científica. Em "Destination Moon", o clássico de George Pal, a tripulação experimenta a microgravidade e usa botas magnéticas para prender-se ao chão e paredes da espaçonave. Um deles comenta que não pode engolir bem sem a gravidade (isto não é verdade porque engolir nada tem a ver com gravidade, mas com as contrações musculares do esôfago; você pode engolir muito bem na microgravidade). A ausência de gravidade não causa a microgravidade, como normalmente se pensa. Em vez disso, os ocupantes de uma aeronave encontram-se em um estado de queda livre junto com a própria nave. A maioria dos filmes de ficção científica representa a microgravidade com os atores suspensos por cabos e roldanas durante a filmagem. No filme de Ron Howard, "Apollo 13", estas cenas foram rodadas a bordo da aeronave KC-135 da NASA, o "cometa do vômito". Este avião voou arcos parabólicos repetidamente para fazer seus ocupantes (atores, operadores de câmera, diretor) experimentarem vários períodos de queda livre, de 30 segundos cada. A microgravidade causa muitos efeitos adversos; efeitos a curto prazo incluem náusea e vômito, ao passo que os efeitos a longo prazo incluem perda óssea, atrofia muscular, perda de fluidos e anemia. Ver Como funciona a falta de gravidade.

Alterações sangüíneas e nos fluidos corporais com a exposição à microgravidade.

Em espaçonaves como a Enterprise de "Star Trek" ou a Millennium Falcon de "Star Wars", existe um tipo de gravidade artificial que permite a seus ocupantes ter a sensação de gravidade normal durante o vôo. Isto é importante para contrabalançar os efeitos adversos da prolongada exposição à microgravidade. Também é mais fácil fazer um filme sem ter que fazer os personagens parecerem sem peso. Não se sabe como esses campos de gravidade artificial são gerados, lembre que os escritores de ficção científica são livres para extrapolar. Atualmente, a única maneira de produzir gravidade artificial é girar os astronautas em um ambiente como uma roda. A aceleração centrípeta em direção ao centro da roda produz força centrípeta. A reação à essa aceleração, normalmente chamada força centrífug, arremessa seus ocupantes contra a parede e dá a sensação de gravidade, muitos parques de diversões têm atrações assim. Os filmes "2001: Uma Odisséia no Espaço", "2010: O Ano em que Faremos Contato" e "Missão: Marte"  mostram todos este tipo de gravidade artificial corretamente.

Quando uma força é aplicada a um objeto, ele sofre uma aceleração. A segunda lei de Newton descreve essa relação como F = ma, onde F é força, m é a massa do objeto e a é a aceleração. Em Star Trek e Star Wars, as espaçonaves normalmente partem do repouso à sub-velocidade da luz ou à velocidade da luz em questão de segundos. As tripulações destes veículos sentiriam forças de aceleração imensas (forças g), ainda maiores que as forças g sofridas por pilotos de caças quando aceleram e manobram seus aviões. Para compensar isto, os escritores de Star Trek tiveram a idéia dos amortecedores inerciais, que neutralizam as forças da aceleração. No livro "The Physical of Star Trek" (A Física de Jornada nas Estrelas), Lawrence Krauss especula como esses dispositivos poderiam funcionar. Atualmente eles ainda não existem.

Capitão, temos que passar pelo buraco negro!
Em contraste à microgravidade, alguns filmes de ficção científica tratam de um elemento cuja gravidade é extremamente alta: o buraco negro. Quase no final de "Galaxy Quest", o piloto Tommy Laredo diz ao Capitão Jason Nesmith que o NSEA Protector deve passar por um buraco negro para retornar à Terra. No filme "The Black Hole", da Disney, a tripulação da nave entra em um buraco negro e sai em um outro lugar distante. O problema é que você não pode passar por um buraco negro.

Imagem cedida pela NASA/CXC/M.Weiss Um buraco negro super maciço rasgando uma estrela e consumindo parte dela.

Um buraco negro é causado pelo colapso de uma estrela que se contrai no final de sua existência, a estrela precisa ter três vezes mais massa que o sol. O núcleo da estrela contraída se torna tão denso e a força gravitacional tão grande que nada, nem mesmo a luz, pode escapar. Um buraco negro não é um túnel. Qualquer objeto que entra na sua margem ou até no seu horizonte de eventos cai dentro dele. As forças gravitacionais internas desintegram qualquer matéria.

Uma idéia errada que se tem a respeito dos buracos negros é a de que ele sugam tudo que estiver próximo, como um imenso aspirador de pó. Isto não é necessariamente correto; apenas objetos que caem dentro de seu horizonte de eventos entram no buraco negro. Eles atraem objetos por meio de sua massa e gravidade, tanto quanto a estrela que lhes deu origem, lembre que o buraco negro tem a mesma massa que a estrela, apenas mais compacta ou densa. Se o sol se tornasse um buraco negro, você acha que ele iria sugar a Terra para dentro dele, embora o sol não tenha massa suficiente para se tornar um buraco negro? Lembre-se: nem a massa do sol nem a da Terra mudam, tampouco a distância entre eles. Deste modo, a Terra sofreria a mesma atração gravitacional que sofre agora, caso o sol se tornasse um buraco negro. A Terra simplesmente orbitaria em torno do buraco negro, da mesma forma que o faz agora. Todavia, a falta da luz solar causaria sérios problemas para a vida na Terra.

A seguir, veremos como a ficção científica tem lidado com  raios laser,  som e  alienígenas.