Motor diamétrico engana Terceira Lei de Newton e trapaceia Mecânica Quântica

Com informações da New Scientist - 01/11/2013

Os pulsos de luz adquirem massa efetiva - quando um deles tem massa efetiva negativa, eles vão na mesma direção quando se chocam.
[Imagem: New Scientist]

Ação sem reação?

Isaac Newton acaba de ser trapaceado e a mecânica quântica ignorada.

Pulsos de laser girando em circuitos de fibra óptica aceleram a si mesmos, parecendo quebrar a lei da física de que toda ação deve ter uma reação igual e oposta.

Isso cria na prática um tipo de "motor" em que duas partículas se chocam e, ao invés de se afastarem, vão na mesma direção, produzindo uma aceleração "eterna".

Apesar de se basear em um truque - a luz age como se tivesse massa - o experimento poderá ter efeitos muito práticos, como telecomunicações mais confiáveis e circuitos eletrônicos mais rápidos.

Motor diamétrico

De acordo com a terceira lei de Newton sobre o movimento, quando uma bola de bilhar bate em outra, ambas se movimentam para longe uma da outra.

Mas se uma das bolas de bilhar tivesse uma massa negativa, quando as duas bolas colidissem, elas iriam acelerar na mesma direção.

Este efeito poderia ser útil em um motor diametral, ou motor diamétrico, um mecanismo especulativo no qual a massa negativa e a positiva interagiriam para acelerar para sempre.

A NASA pesquisou o uso desse efeito na década de 1990, em uma tentativa de criar um novo sistema de propulsão para naves espaciais.

Mas havia um grande problema: a mecânica quântica estabelece que a matéria não pode ter massa negativa. Mesmo a antimatéria, que consiste em partículas com cargas e spins opostos aos de seus homólogos materiais normais, tem massa positiva.

Nas equações da teoria quântica de campos, todos os termos envolvem quadrados da massa, de modo que qualquer massa negativa se torna positiva de qualquer maneira.

Massa efetiva

Agora, Martin Wimmer e seus colegas da Universidade de Erlangen-Nuremberg, na Alemanha, eliminaram esse empecilho e construíram um motor diamétrico usando uma "massa efetiva".

Quando um material diminui a velocidade de um pulso de luz que o atravessa, proporcionalmente à sua energia, esse pulso se comporta como se tivesse massa - essa é a chamada massa efetiva.

Dependendo da forma das ondas de luz e da estrutura do cristal que elas atravessam, os pulsos de luz podem ter uma massa efetiva negativa.

Mas fazer com que tal pulso interaja com outro pulso com uma massa efetiva positiva exige um cristal tão longo que ele iria absorver a luz antes que os dois pulsos pudessem mostrar o efeito diamétrico.

Ainda que não resulte em motores espaciais com aceleração eterna, o truque pode ter efeitos práticos reais.
[Imagem: Martin Wimmer et al./Nature Physics]

Para contornar mais esse problema, Wimmer juntou dois círculos de fibra óptica, criando um caminho infinito para pulsos de laser. Os pulsos se dividem entre os loops em um ponto de contato, e a luz continua se movendo em torno de cada volta na mesma direção.

A chave para isso é que um loop é ligeiramente mais longo do que o outro, de forma que a luz que circula por ele fica retardada em relação à luz que circula no outro.

Quando esse pulso retardado volta ao ponto de contato e se divide, ele compartilha alguns de seus fótons com o pulso no outro loop. Depois de algumas voltas, os dois pulsos desenvolvem um padrão de interferência que lhes dá massa efetiva.

A equipe criou pulsos com massa efetiva positiva e negativa, demonstrando na prática um motor diamétrico, ou diametral, passando uma rasteira em Newton e na mecânica quântica de uma vez só.

Os pesquisadores fazem questão de ressaltar que "nenhuma lei foi quebrada", embora os efeitos façam parecer assim.

Aceleração dos elétrons

Ainda que isto não resulte em motores espaciais com aceleração eterna, o truque pode ter efeitos práticos reais.

Os elétrons circulando nos semicondutores também podem ter massa efetiva, de modo que os loops podem ser usados para fazê-los acelerar, aumentando a velocidade de processamento dos computadores.

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E, em algumas fibras ópticas, a velocidade de um pulso de luz é equivalente ao seu comprimento de onda, o que significa que os loops podem ser usados para controlar a cor de saída de uma fibra - seu comprimento de onda.

A técnica também poderá aumentar a largura de banda das comunicações ópticas ou até mesmo ajudar a criar telas a laser, segundo os pesquisadores.

Tudo isso, é claro, em teoria, já que não será fácil adaptar as laçadas de fibras ópticas para fins práticos.

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