Observatório

Wormholes e Viagens interestelares rápidas no hiperespaço

É muito frequente os escritores de ficção científica considerarem buracos negros para viagens interestelares rápidas. Imaginam viajantes intrépidos lançando-se num buraco negro e encontrando-se subitamente numa região distante do Universo. No entanto, podem levantar-se objecções muito sérias às viagens interestelares através de buracos negros...

Em primeiro lugar, as forças de maré na vizinhança do buraco negro podem produzir acelerações tão grandes que esmagariam qualquer viajante, comprimindo-o transversalmente e esticando-o na direcção longitudinal. Em segundo lugar, a fronteira do buraco negro, conhecida por horizonte de acontecimentos, pode ser considerada como uma "membrana" com um só sentido, através da qual os objectos entram mas estão impossibilitados de sair. Logo, uma viagem nos dois sentidos é estritamente proibida.

Os wormholes (tradução à letra: buracos de verme) oferecem um mecanismo para viagens interestelares rápidas. Um wormhole é um atalho hipotético que liga duas regiões de um espaço-tempo (ou hiperespaço). Contém duas entradas que designaremos por bocas, ligadas por um túnel, cuja circunferência mínima se chama garganta. É possível visualizar um wormhole através de um diagrama de imersão, que idealiza um espaço-tempo com apenas duas dimensões espaciais.

Fig.1 O diagrama de um wormhole que liga dois espaços-tempo diferentes

Os wormholes (tradução à letra: buracos de verme) oferecem um mecanismo para viagens interestelares rápidas. Um wormhole é um atalho hipotético que liga duas regiões de um espaço-tempo (ou hiperespaço). Contém duas entradas que designaremos por bocas, ligadas por um túnel, cuja circunferência mínima se chama garganta. É possível visualizar um wormhole através de um diagrama de imersão, que idealiza um espaço-tempo com apenas duas dimensões espaciais.

Fig.2 Processo de expansão e contracção de um wormhole.

Os físicos têm sido bastante cépticos em relação aos wormholes desde a sua formulação. Entretanto, deu-se um renascimento desta ideia em finais da década de oitenta, parcialmente devido a um desafio lançado por Carl Sagan a Kip Thorne, sobre a possibilidade real de viagens interestelares rápidas, ideia utilizada no seu livro Contacto, que deu origem a um filme com o mesmo nome.

Fig.3 O diagrama de imersão do wormhole transitável utilizado no livro Contacto em que a personagem efectua uma viagem da Terra a Vega.

Foram encontradas soluções das equações de Einstein (que são habitualmente usadas em cálculos no âmbito da Relatividade) que apresentavam algumas características peculiares. Nomeadamente, a matéria que constitui o wormhole tem uma massa negativa. Diz-se, por vezes, que esta matéria é "exótica" porque viola algumas condições de energia que são fundamentais para alguns dos teoremas da Relatividade Geral. Aparentemente, as leis da física clássica proíbem massas negativas, mas a física quântica prevê a sua existência violando, consequentemente, algumas destas condições de energia.

O Sessões de Observação. http://www.oal.ul.pt/oobservatorio/vol6/n8/vol6n10_4.html

Fig.4 Travessia de Kip Thorne através de um wormhole transitável.

Se é certo que os buracos negros parecem ser uma consequência inevitável da evolução estelar(1), já não se pode afirmar que exista um mecanismo natural para a criação de wormholes. Pergunta-se: será que uma civilização infinitamente avançada poderia construir um wormhole para realizar viagens interstelares? Será que as leis da física permitiriam a construção de wormholes e a consequente mudança topológica (ou seja, da geometria do Universo) associada? São assuntos que continuam a ser alvo de uma investigação muito intensa, embora existam muitas dificuldades.

Fig.5 A mudança da topologia do espaço-tempo na construção de um wormhole. a) É criada uma deformação na curvatura do espaço-tempo. b) Efectua-se uma dobra ligeira no hiperespaço. c) O "tecido" do espaço-tempo é rompido, efectuando-se em seguida uma colagem. O processo de rompimento produz uma singularidade que é governada pelas leis da gravitação quântica.

Thomas Roman, um outro estudioso deste assunto, oferece outra perspectiva interessante. Ele considera a formação de um wormhole na altura do Big-Bang através de uma flutuação quântica que se expandiu exponencialmente no período da inflação do Universo, atingindo dimensões clássicas. Qualquer esperança de construir um wormhole depende da futura descoberta de matéria exótica. Mesmo se um campo exótico estivesse disponível, existem outras dificuldades, nomeadamente: a possibilidade da mecânica quântica proibir uma mudança topológica do espaço-tempo; os wormholes poderão ser altamente instáveis; e a matéria exótica poderá interagir fortemente com a matéria normal, o que impedirá uma travessia.

Outra consideração assombrosa acerca dos wormholes é a sua possível utilização como uma máquina do tempo, embora isso violasse aparentemente a causalidade, ou seja, o facto de que o efeito precede a causa. Consequentemente, surgem alguns paradoxos muito difíceis de resolver tais como, por exemplo, o paradoxo do avô. Neste paradoxo, um viajante regressa ao passado e assassina o seu avô, impedindo o nascimento do seu pai. Mas, se o viajante existe, pode perguntar-se: "donde é que eu surgi?"

As viagens ao passado ou mesmo a mera possibilidade de enviar sinais para trás no tempo abrem uma verdadeira caixa de Pandora de quebra-cabeças e paradoxos.

Em conclusão: apesar de todas as dificuldades apresentadas, não existe qualquer prova irrefutável que proíba a existência de wormholes como soluções das equações de Einstein da gravitação. De modo que não nos resta senão admitir os wormhole transitáveis no espaço-tempo como uma possibilidade real.

Dr. Francisco Lobo 
Centro de Física Nuclear da UL

(1) As estrelas de grande massa (ie., com valores superiores a 3 massas solares) evoluem rapidamente, explodindo no final da sua vida em supernovas e dando origem a um buraco negro - ver "O Observatório" de Dezembro de 1999, página 5.

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O Sessões de Observação.

O Observatório Astronómico de Lisboa, integrado numa das iniciativas do Ministério da Ciência e da Tecnologia, a Astronomia no Verão, tem vindo a realizar sessões de observação astronómica públicas. Cada sessão tem a duração de duas noites. Depois de três sessões realizadas no recinto do OAL, esta actividade foi alargada a algumas escolas da região de Lisboa: a de Linda-a-Velha, a Fernando Lopes Graça (Parede) e a Aquilino Ribeiro (Oeiras), levando assim a Astronomia para além dos limites do Observatório.
Com esta iniciativa, pretende-se motivar alunos, professores e população em geral para a Astronomia, fazendo-o de uma forma bastante interactiva. A contemplação do céu, tanto a olho nú como com a ajuda de telescópios, é sempre encantadora: observar a forma das constelações, estrelas binárias, um ou outro grupo de estrelas; para os mais resistentes, os tardios Júpiter, Saturno e os seus satélites; em alguns dias, a Lua e, para os mais sortudos, quem sabe, um meteoro.
Acontece que, em plena cidade, nem tudo se desvenda aos nossos olhos, mesmo com a ajuda dos instrumentos disponíveis para a observação nocturna. É nesta altura que o suporte informático se revela essencial no acompanhar da observação, permitindo-nos sair ilesos tanto das "partidas do S. Pedro" como do clarão luminoso da urbe. Simulando em computador o céu longe das grandes cidades, numa noite de céu limpo, trazemos para a zona de Lisboa aquele céu que alguns nunca viram, já se esqueceram ou só vêem naquelas férias lá na terra.
De facto, com a ajuda do computador, é possível dar a conhecer objectos celestes tais como nebulosas, galáxias, enxames de estrelas abertos e globulares, entre outros, que normalmente não são visíveis na cidade pois estão diluídos no brilho alaranjado do céu. Aproveitando tanto a colecção de imagens originais do OAL, obtidas no Observatório através de uma câmara especial, como algumas imagens provenientes de outras fontes, realiza-se uma pequena "viagem" por algumas maravilhas que o céu tem para oferecer mas que a luz urbana teima em esconder.
Além desta incursão pelas fotografias de vários objectos celestes, faz-se ainda outra viagem, desta vez pelas constelações, que normalmente aparecem no céu incompletas, impedindo-nos de apreciar a sua beleza natural. Mais uma vez, a luz urbana atenua o brilho das estrelas, podendo mesmo fazê-las "desaparecer" da abóbada celeste. Com o programa usado nas sessões, torna-se também possível o sonho de "viajar" no tempo e no espaço: retrocedendo ou avançando no tempo para ver o céu que os nossos antepassados contemplavam e também o que os nossos descendentes irão observar; a forma como Neil Armstrong viu a Terra, ou mesmo ingressar numa viagem ao céu do hemisfério Sul.
O que tem sido mais gratificante, tanto para o público como para quem promove esta iniciativa, é o diálogo constante, directo e desinibido entre ambas as partes. Por todo o lado se respira Astronomia. Na verdade, ao chegarem, as pessoas rapidamente entram no espírito da iniciativa, distribuindo-se pelos telescópios, observando variados objectos celestes, assistindo a uma dissertação sobre Astronomia por parte do professor presente. E eis que então surgem as questões. Tanto sobre o cintilar das estrelas, como sobre a aparente imobilidade da face da Lua, ou até mesmo relativas ao aparecimento súbito de uma "estrela" em movimento, que se desfaz perante os nossos olhos e desaparece, riscando uma parte do céu... Tudo isto e muito mais contribui para o desenrolar de uma conversa estimulante e capaz de expandir os horizontes de conhecimento de cada um.

Fig. A imagem mostra-nos o enxame globular de estrelas conhecido como o grande enxame da constelação de Hércules ou então como o décimo terceiro objecto do Catálogo de Messier. Os enxames globulares contêm as estrelas mais velhas da nossa galáxia e têm tipicamente entre 12 a 14 mil milhões de anos. Esta imagem foi obtida pelo OAL, utilizando a câmara de CCD SBIG ST7 e um telescópio newtoniano de 30 cm.

Emanuel Alexandre e Ricardo Afonso 
Observatório Astronómico de Lisboa