O que você veria se sua nave acelerasse até a velocidade da luz?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/05/2022

As estrelas se espichando em meio a um quadro brilhante? Não é o que diz a mecânica quântica.
[Imagem: StarWars.com/Divulgação]

Salto para o hiperespaço

Para os fãs de Guerra nas Estrelas, as estrelas transformando-se em riscos sobre um fundo negro conforme a Millennium Falcon salta para o hiperespaço é uma imagem canônica.

Mas o que um piloto realmente veria se pudesse acelerar em um instante através do vácuo do espaço até próximo à velocidade da luz?

A previsão teórica mais aceita para isso é conhecida como efeito Unruh, teorizado por William Unruh em 1976, que prevê que os viajantes superluminares verão um "brilho quente", uma luz amarelada tomando conta de tudo, o que também exigirá um bom escudo da nave, uma vez que essas partículas terão alta energia.

A probabilidade de testar essa teoria é muito pequena, porque ver o efeito exigiria enormes acelerações ou grandes quantidades de tempo de observação: Um objeto teria que ser acelerado até a velocidade da luz em menos de um milionésimo de segundo, algo equivalente a uma força G de um quatrilhão (10¹⁵) de metros por segundo ao quadrado, enquanto um piloto de caça normalmente experimenta uma força G de 10 m/s².

Transparência induzida por aceleração

Mas Barbara Soda e seus colegas da Universidade de Waterloo, no Canadá, acreditam que dá para corrigir a cena de Guerra nas Estrelas sem precisar construir uma nave espacial que se aproxime da velocidade da luz.

Em vez de observar o efeito espontaneamente, Soda propõe estimular o fenômeno, de uma maneira que amplifica o efeito Unruh ao mesmo tempo em que suprime outros efeitos concorrentes. A equipe compara sua ideia a lançar uma capa de invisibilidade sobre outros fenômenos convencionais, o que deve revelar o efeito Unruh, que é muito mais fraco.

Se essa "transparência induzida por aceleração" funcionar, a estimativa é que o efeito possa ser observado em poucas horas.

"É um experimento difícil, e não há garantia de que seremos capazes de fazê-lo, mas essa ideia é nossa esperança mais próxima. Agora, pelo menos, sabemos que há uma chance em nossas vidas em que podemos realmente ver esse efeito," disse o professor Vivishek Sudhir, do MIT, membro da equipe.

De acordo com uma previsão conhecida como efeito Unruh, os pilotos da Millenium Falcon veriam um brilho quente ao saltarem para o hiperespaço.
[Imagem: Christine Daniloff/MIT]

Trajetória transparente

Prevê-se que o efeito Unruh ocorra espontaneamente no vácuo. De acordo com a teoria quântica de campos, o chamado vácuo quântico não é simplesmente um espaço vazio, mas sim um campo de flutuações quânticas inquietas, com cada banda de frequência medindo aproximadamente o tamanho de meio fóton. Unruh previu que um corpo acelerando nesse vácuo pululante deve amplificar essas flutuações, de uma forma que produz um brilho quente de partículas.

A equipe propõe aumentar a probabilidade de visualizar o efeito Unruh adicionando luz ao cenário, uma abordagem conhecida como estimulação.

"Quando você adiciona fótons ao campo, está adicionando 'n' vezes mais dessas flutuações do que esse meio fóton que está no vácuo," explicou Sudhir. "Então, se você acelerar por esse novo estado do campo, esperaria ver efeitos que também escalam 'n' vezes o que você veria apenas no vácuo".

O problema é que os fótons adicionais também amplificariam outros efeitos no vácuo quântico, como os chamados efeitos ressonantes, tipicamente regidos pela mecânica clássica.

É aí que entra a transparência induzida pela aceleração: A equipe demonstrou teoricamente que, se um objeto - como um átomo - puder acelerar com uma trajetória muito específica através de um campo de fótons, o átomo vai interagir com o campo de tal modo que fótons de uma determinada frequência parecerão essencialmente invisíveis ao átomo.

O experimento consistirá então em traçar essa trajetória específica do átomo, de tal forma que os demais efeitos fiquem "transparentes", sobrando quase tão somente a radiação termal gerada pelo efeito Unruh.

Na verdade, os experimentos com o vácuo quântico e o efeito Unruh servem também para estudar os buracos negros.
[Imagem: University of Konstanz]

Mão na massa

Os pesquisadores já têm algumas ideias de como projetar um experimento com base em suas hipóteses: Eles planejam construir um acelerador de partículas do tamanho de um laboratório, capaz de acelerar um elétron para perto da velocidade da luz, que eles então estimulariam usando um feixe de laser em comprimentos de micro-ondas. Eles estão procurando maneiras de projetar o caminho do elétron para suprimir os efeitos clássicos, ao mesmo tempo amplificando o efeito Unruh.

Na verdade, antes de tamanho investimento, seria bom se eles conversassem com a equipe da professora Silke Weinfurtner, da Universidade de Nottingham, que recentemente propôs estudar o vácuo quântico e o efeito Unruh usando partículas de som, os fônons.

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