Robô mostra que é possível nadar no vazio de um Universo curvo

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(Créditos: Klaus Vedfelt/DigitalVision/Getty Images)

Traduzido por Julio Batista
Original de Mike McRae para o ScienceAlert

Se um astronauta de repente ficasse à deriva no vazio do espaço interestelar, ele seria obrigado a impulsionar seu corpo para um local seguro, chutando os arredores com suas pernas e agitando seus membros em direção a um refúgio no vácuo.

Infelizmente para eles, a física não é tão indulgente, deixando-os flutuar sem esperança para a eternidade. Se ao menos o Universo fosse suficientemente curvo, sua agitação poderia não ser tão fútil.

Séculos antes de deixarmos o puxão gravitacional da Terra, Isaac Newton explicou sucintamente por que as coisas se moviam. Seja a expulsão de gás, um empurrão contra o solo sólido ou o abano de uma barbatana contra um fluido, o momento de uma ação é conservado pela soma dos elementos envolvidos, resultando em uma reação que impulsiona um objeto para frente.

Retire o ar ao redor da asa de um pássaro ou a água ao redor do rabo de um peixe e o esforço de cada agitação empurrará igualmente para um lado enquanto puxa o outro, deixando o pobre animal flutuar debilmente sem nenhum movimento concreto em direção ao seu destino.

No início do século 21, os físicos consideraram uma brecha para essa regra. Se um espaço 3D no qual esse movimento ocorre for curvo, as mudanças na forma ou na posição de um objeto não seguirão necessariamente as regras usuais de como o momento é trocado, o que significa que não precisaria de um propulsor.

A geometria do próprio espaço-tempo curvo pode significar a deformação de um objeto – o chute certeiro, a agitação ou vibração – só pode resultar em uma sutil mudança concreta em sua posição, afinal.

Por um lado, a ideia de que a curvatura do espaço-tempo tem influência sobre o movimento é tão óbvia quanto observar uma pedra cair no chão. Einstein a abordou há mais de um século em sua teoria geral da relatividade.

Mas mostrar como as colinas e vales do espaço curvo podem afetar a capacidade de autopropulsão de um objeto é um jogo totalmente diferente.

Para observar isso em ação sem viajar para o buraco negro mais próximo, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, da Universidade Cornell, da Universidade de Michigan (EUA) e da Universidade de Notre Dame (França) construiu um modelo de espaço curvo em laboratório.

Sua versão mecânica de um espaço esférico consistia em um conjunto de massas acionadas por motores acionados ao longo de uma encruzilhada de trilhos em arco. Anexado a um braço giratório, todo o conjunto foi posicionado de forma que a força da gravidade e o arrasto do atrito fossem mínimos.

Um nadador ‘espacial’ motorizado nos trilhos de um braço giratório. (Créditos: Instituto de Tecnologia da Geórgia)

Embora as massas não tenham sido separadas da física que domina nosso Universo um pouco mais plano, o sistema foi equilibrado para que a curva nas trilhas induzisse o mesmo tipo de efeito que um espaço significativamente curvo. Ou assim a equipe previu.

À medida que o robô se movia, a mistura de gravidade, atrito e curvatura se combinava em um movimento com propriedades únicas que eram melhor explicadas pela geometria do espaço.

“Deixamos nosso objeto que muda de forma se mover no espaço curvo mais simples, uma esfera, para estudar sistematicamente o movimento no espaço curvo”, disse o físico do Instituto de Tecnologia da Geórgia Zeb Rocklin.

“Aprendemos que o efeito previsto, que era tão contra-intuitivo que foi descartado por alguns físicos, de fato ocorreu: à medida que o robô mudava de forma, ele avançava em torno da esfera de uma maneira que não podia ser atribuída a interações ambientais”.

Por menor que tenha sido o efeito, usar esses resultados experimentais alinhados com a teoria pode ajudar a melhorar o posicionamento da tecnologia em localidades onde a curvatura do Universo se torna importante. Mesmo em mergulhos suaves como a própria gravidade da Terra, entender como os movimentos contidos podem alterar o posicionamento ultrapreciso a longo prazo pode se tornar cada vez mais importante.

É claro que os físicos já percorreram o caminho dos ‘motores impossíveis‘ de zero propulsão antes. Pequenas forças hipotéticas em experimentos têm um jeito de ir e vir, gerando um debate sem fim sobre a validade das teorias por trás delas.

Mais estudos com maquinaria mais precisa podem revelar mais perspectivas sobre os efeitos complexos de nadar sobre as bordas curvas do Universo.

Por enquanto, só podemos esperar que a curvatura suave do vazio ao redor do nosso pobre astronauta seja suficiente para vê-lo chegar a um porto seguro antes que seu oxigênio acabe.

Esta pesquisa foi publicada na PNAS.