Como Construir Uma Máquina do Tempo - Paul Davies

O gerador buraco de minhoca/rebocador foi imaginado pelo artistafuturista Peter Bollinger. Esta pintura descreve um gigantescoacelerador de partículas espacial capaz de criar, aumentar e mover oburaco de minhoca para ser usado como máquina do tempo

Reportagem

edição 5 - Outubro 2002

Como construir uma máquina do tempoNão é fácil, mas também não é impossível

por Paul Davies

Viagens no tempo são um tema popular da ficçãocientífica desde que H.G. Wells escreveu A Máquinado Tempo, em 1895. Mas esses deslocamentos sãopossíveis? Está dentro das possibilidades do homema construção de uma máquina capaz detransportá-lo para o passado e o futuro?

Durante muitas décadas as viagens no tempoficaram fora dos limites da ciência mais respeitável.Mas, nos últimos anos, o assunto começou a serdiscutido com freqüência cada vez maior pelosfísicos teóricos. Em parte, eles fazem isso para sedistrair - é divertido pensar sobre viagens notempo. Mas há um lado sério. Compreender arelação entre causa e efeito é parte das tentativaspara a formulação de uma teoria unificada para afísica. Se as viagens do tempo forem possíveis,mesmo em princípio, a natureza dessa teoriaunificada será drasticamente afetada.

Começamos a entender melhor o tempo depois queEinstein formulou suas teorias da relatividade. Antesdo aparecimento dessas teorias, considerava-se o tempo como absoluto e universal. Era igual paratodos, mesmo se as circunstâncias físicas fossem diferentes. Na teoria da relatividade especial,Einstein propôs que o intervalo entre duas etapas depende da maneira como o observador se desloca.Isso é crucial.

Quando dois observadores se movem de maneiras diferentes, experimentam durações diferentes.

Descreve-se este efeito freqüentemente com o chamado "paradoxo dosgêmeos". Vamos dizer que João e Maria sejam irmãos gêmeos. Mariaviaja numa nave em velocidades altíssimas até uma estrela e regressaà Terra. João continua em casa. Para Maria, a viagem durou um ano.Mas, quando ela retorna, descobre que se passaram dez anos na Terra.O seu irmão está nove anos mais velho que ela. João e Maria não têmmais a mesma idade, apesar de nascidos no mesmo dia. Este exemplo,de certa maneira, mostra uma viagem no tempo, mesmo limitada.Maria deu um salto de nove anos no futuro da Terra.

JET LAG

Este efeito, conhecido como dilatação do tempo, ocorre sempre que dois observadores semovimentam um em relação ao outro. No dia-a-dia não observamos grandes variações, porque oefeito só é perceptível quando o movimento ocorre em velocidades próximas à da luz. Nas velocidadesdos aviões comerciais, a dilatação do tempo, numa viagem normal, corresponde a alguns poucosnanossegundos, o que não é suficiente para inspirar romances de ficção científica. De qualquermaneira, os relógios atômicos têm precisão suficiente para registrar a mudança e confirmam que omovimento realmente afeta o tempo. Assim, a viagem ao futuro é um fato comprovado, emboraainda não em grandes proporções.

Como construir uma máquina do tempo - Scientific American Brasil http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/como_construir_uma_maqu...

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Para observar saltos no tempo verdadeiramente impressionantes, é preciso olhar além do domínio daexperiência normal. Partículas atômicas podem ser empurradas para velocidades próximas à da luznos grandes aceleradores. Algumas dessas partículas, como os múons, têm relógios internos e decaemcom uma meia-vida bem definida. É possível observar múons em velocidades altíssimas nosaceleradores decaindo em câmera lenta, o que confirma mais uma vez a teoria de Einstein. Da mesmamaneira, raios cósmicos também apresentam saltos espetaculares no tempo. Essas partículas semovem em velocidades tão próximas da luz que, para o ponto de vista de seus relógios internos,atravessam a galáxia em alguns segundos, embora para a referência da Terra pareça levar milharesde anos. Se não houvesse dilação do tempo, essas partículas nunca chegariam aqui.

A velocidade é uma maneira de saltar no tempo. Mas existe outra: a gravidade. Na teoria darelatividade geral, Einstein sugeriu que a gravidade faz com que o tempo escoe mais devagar. Osrelógios andam um pouco mais depressa no sótão que no porão, que está mais próximo do centro daTerra e, portanto, mais no interior do seu campo gravitacional. De acordo com o mesmo princípio, osrelógios andam mais depressa no espaço que no solo. O efeito é mínimo, mas já foi confirmado com ouso de relógios de altíssima precisão. Aliás, ele é levado em conta no Sistema de PosicionamentoGlobal (GPS). Se não fosse, o fenômeno levaria motoristas, marinheiros e mísseis teleguiados acometer erros de quilômetros no caminho para seus destinos.

Na superfície de uma estrela de nêutrons a gravidade é tão intensa que o tempo corre cerca de 30%mais lentamente, em relação à Terra. Visto dessa estrela, um fato pareceria acontecer com avelocidade fast-forward de um aparelho de vídeo. O buraco negro apresenta o máximo em termos dedistorção do tempo. Na superfície do buraco, o tempo parece estar parado em relação à Terra. Issosignifica que se você cair num buraco negro, de uma distância pequena, toda a eternidade passarádiante de seus olhos no curto espaço que atravessará para atingir a superfície. A região no interior doburaco negro está além do extremo do tempo, no que diz respeito ao universo de fora. Se umastronauta conseguisse chegar bem perto de um buraco negro e voltar inteiro - uma possibilidademuito difícil, para não dizer suicida - daria um salto muito além no futuro.

SOLUÇÃO DE GÖDEL

Até agora venho discutindo a viagem no tempo para a frente, para o futuro. E para trás, para opassado? Isso é muito mais problemático. Em 1948, Kurt Gödel, do Instituto de Estudos Avançados dePrinceton, apresentou uma solução para as equações dos campos gravitacionais de Einstein quedescrevia um universo em rotação. Num universo desse tipo, um astronauta poderia chegar ao seupassado atravessando o espaço. Isso ocorreria devido à maneira como a gravidade afeta a luz. Arotação do universo puxaria a luz (e assim as relações causais entre os objetos) consigo, em seumovimento. Um objeto material viajaria no espaço num círculo fechado, que seria também um círculofechado no tempo. A solução de Gödel foi considerada apenas uma curiosidade matemática, pois, emnenhum momento, as observações levaram à conclusão de que o universo gira em torno de si. Masseu resultado serviu para mostrar que voltar atrás no tempo não é algo proibido pela teoria darelatividade.

VIAGEM PELO BURACO DE MINHOCA

Uma Máquina do Tempo de Buraco de Minhoca em TrêsEtapas, Nenhuma das Quais Muito Fácil

1 - Encontre ou monte um buraco de minhoca, um túnelque liga dois pontos no espaço. Pode ser que buracos deminhoca de grande porte existam no espaço profundo,herança do Big-Bang. Se não encontrar nenhum, vamoster que nos contentar com buracos de minhocasubatômicos, ou naturais (de acordo com algumasteorias, eles aparecem e desaparecem rapidamente emnosso redor) ou artificiais (produzidos por aceleradoresde partículas). Esses buracos de minhoca pequeninosteriam de ser aumentados até atingir proporções úteis,talvez pelo uso de campos de energia como o que fez oespaço inflar logo depois do Big-Bang.

2 - Estabilize o buraco de minhoca. Uma infusão deenergia negativa, produzida por meios quânticos como ochamado efeito Casimir, permitiria a passagem segurade um sinal ou um objeto através do buraco deminhoca. A energia negativa controla a tendência doburaco de minhoca de chegar a um ponto de densidadeinfinita ou quase infinita. Em resumo, impede que oburaco de minhoca se transforme em buraco negro.


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3 - Transporte o buraco de minhoca. Uma espaçonave, com tecnologia muito avançada, separaria asaberturas do buraco de minhoca. Uma abertura seria colocada junto à superfície de uma estrela denêutrons, uma estrela de altíssima densidade, com campo gravitacional muito forte. A gravidadeintensa faz com que o tempo corra mais devagar. Como o tempo corre mais depressa na outraabertura, os dois extremos do buraco de minhoca ficam separados não só no espaço, mas também notempo.

VIAGEM PELO BURACO DE MINHOCA

Há outros cenários capazes de visualizar situações que permitiriam viagens ao passado. Em 1974, porexemplo, Frank Tipler, da Universidade Tulane, calculou que um cilindro maciço, infinitamentecomprido, girando em torno do seu eixo em velocidades próximas à da luz, permitiria visões dopassado, mais uma vez porque a luz seria puxada em torno do cilindro, formando um círculo. Em1991, Richard Gott, da Universidade Princeton, sugeriu que as cordas cósmicas - estruturas que deacordo com os cosmólogos foram criadas nos estágios iniciais do Big-Bang - poderiam produzir efeitossemelhantes. O cenário mais próximo da realidade para a existência de uma máquina no temposurgiu, porém, em meados da década de 80, com base no conceito do buraco de minhoca.

Os buracos de minhoca são comuns nos livros de ficção científica, onde aparecem também com onome de portões espaciais. Trata-se de atalhos entre dois pontos separados no espaço. Se você entrarem um buraco de minhoca, sairá rapidamente no outro lado da galáxia. Os buracos de minhoca estãode acordo com a teoria da relatividade geral, uma vez que a gravidade não distorce só o tempo, mastambém o espaço. A teoria permite a existência de análogos a túneis ligando dois pontos no espaço.Os matemáticos chamam esses tipos de espaço de multiplamente conectados. Como um túnel numamontanha pode ser mais curto que a estrada na superfície, um buraco de minhoca pode ser mais curtoque um percurso pelo espaço normal.

TRANSFORMANDO O PASSADO

O paradoxo damãe, formuladoàs vezes usandooutras relaçõesfamiliares, surgequando umapessoa ou objetopode voltar atrásno tempo ealterar opassado. Umaversão maissimples éapresentada combolas de bilhar.Uma bola debilhar passaatravés de umamáquina dotempo de buracode minhoca. Ao sair da abertura, atinge ela mesma, como era no passado, impedindo, assim, suaentrada no buraco de minhoca.

A Mãe de Todos os Paradoxos

A solução do paradoxo vem de um fato simples: a bola de bilhar não pode fazer nada que não estejade acordo com a lógica ou com as leis da física. Não pode passar pelo buraco de minhoca de umamaneira capaz de impedir a própria passagem pelo buraco de minhoca. Nada impede, porém, quepasse pelo buraco de minhoca numa infinidade de outras maneiras.

O buraco de minhoca foi usado como recurso de ficção por Carl Sagan em seu romance Contato,publicado em 1985. Incentivados por Sagan, Kip Thorne e seus colegas do Instituto de Tecnologia daCalifórnia se dedicaram ao trabalho de verificar se os buracos de minhoca seriam possíveis pelas leisda física. Partiram da idéia de que o buraco de minhoca lembraria o buraco negro, por ser um objetocom imensa gravidade. Mas, ao contrário do buraco negro, que oferece apenas uma viagem só de idapara o nada, o buraco de minhoca teria saída, além de entrada.

MATÉRIA EXÓTICA

Para que o buraco de minhoca permita a passagem de um objeto, deve conter o que Thorne chamoude matéria exótica. Na prática, trata-se de algo que gere antigravidade, para combater a tendência


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natural de um sistema maciço para implodir, transformando-se num buraco negro. A antigravidade,ou repulsão gravitacional, pode ser gerada por energia ou pressão negativas. Sabe-se que existemestados de energia negativa em certos sistemas quânticos. Isso sugere que a matéria exótica deThorne não é inteiramente afastada pelas leis da física, embora não seja claro se é possível juntarmaterial antigravitacional suficiente para estabilizar um buraco de minhoca.

Logo Thorne e seus colegas chegaram à conclusão de que se um buraco de minhoca pode ser criado,pode também ser transformado rapidamente numa máquina do tempo.

Para adaptar o buraco de minhoca às viagens pelo tempo, uma de suas aberturas poderia serrebocada até uma estrela de nêutrons e colocada perto da superfície. A gravidade da estrela tornaria otempo mais lento perto da abertura, fazendo com que uma diferença de tempo entre as duasaberturas fosse aumentando gradualmente. Se as duas aberturas fossem estacionadas, essa diferençade tempo seria mantida.

Vamos supor que a diferença fosse de dez anos. Uma pessoa que passasse pelo buraco de minhocanuma direção sairia dez anos no futuro. Se passasse na outra direção, sairia dez anos no passado. Sevoltasse ao ponto de partida em alta velocidade, através do espaço normal, a segunda pessoa poderiavoltar para casa antes mesmo de ter partido. Em outros termos, um círculo fechado no espaço poderiatransformar-se num círculo fechado no tempo. A única restrição seria a de que a pessoa não poderiavoltar a uma época anterior à construção do buraco de minhoca.

Um problema no caminho da construção de um buraco de minhoca comomáquina do tempo é, em primeiro lugar, a criação do próprio buraco deminhoca. É possível que o espaço esteja cheio dessas estruturas, criadasnaturalmente como relíquias do Big-Bang. Se for esse o caso, umasupercivilização pode descobrir e tomar conta de uma delas. Outra possibilidadeé a de que os buracos de minhoca apareçam em pequenas escalas, o chamadocomprimento Planck, cerca de 1020a potência, menores que um núcleoatômico. Um buraco de minhoca desse tamanho pode ser imobilizado por umpulso de energia e, depois, aumentado até chegar a dimensões em que possaser usado.

CENSURADO

Partindo do princípio de que os problemas de engenharia possam ser superados, a construção de umamáquina do tempo abriria uma caixa de Pandora de paradoxos causais. Vamos imaginar que umviajante do tempo vá ao passado e mate sua mãe quando ela era ainda menina. Que sentido tirardisso? Se a menina morre, não pode crescer e dar à luz ao viajante. Mas, se o viajante não nasceu,como pode voltar ao passado e matar a mãe?

Paradoxos deste tipo só surgem quando o viajante tenta mudar o passado, o que é obviamenteimpossível. Mas isso não impede que alguém se torne parte do passado. Vamos supor que o viajantevolte ao passado para salvar a menina que se tornaria sua mãe de ser assassinada. Este círculo causalé coerente e não representa um paradoxo. A coerência causal pode impor restrições ao que umviajante no tempo pode fazer no passado. Mas não impede as viagens no tempo.

Mas, mesmo sem paradoxos, uma viagem no tempo pode ter conseqüências estranhas. Vamosimaginar uma pessoa que dê um salto de um ano para o futuro e lê um artigo sobre um novo teoremamatemático numa edição futura de SCIENTIFIC AMERICAN. Toma nota dos detalhes, volta ao seutempo e ensina o teorema a um aluno, que então escreve um artigo sobre o assunto para a revista.Surge a pergunta: de onde veio a informação sobre o teorema? Não foi do viajante, que apenas leusobre o assunto, e também não foi do aluno, que recebeu a informação do viajante. A informaçãoparece ter surgido do nada.As possíveis conseqüências das viagens no tempo levam cientistas a rejeitar em princípio a própriaidéia desses deslocamentos. Stephen Hawking, da Universidade de Cambridge, propôs uma"conjectura de proteção da cronologia", com mais ou menos esse objetivo. Como a teoria darelatividade permite as viagens ao passado, a proteção da cronologia exigiria a presença de outrofator para impedir sua realização. A resposta pode estar em processos quânticos. Numa máquina dotempo, partículas saltariam para seu próprio passado. Cálculos sugerem que isso criaria distúrbios tãograndes que apareceria uma erupção súbita de energia, capaz de destruir o próprio buraco deminhoca.

Mas a proteção da cronologia continua a ser apenas uma conjectura. Em teoria, as viagens no temposão possíveis. A solução definitiva do assunto pode ter que esperar a união com sucesso da mecânicaquântica com a gravitação, talvez por meio de uma teoria como a teoria das cordas ou sua extensão,a chamada teoria-M. Podemos imaginar que a próxima geração de aceleradores de partículas serácapaz de criar buracos de minhoca subatômicos. Eles poderiam sobreviver por tempo suficiente paraque partículas próximas executem rápidos círculos causais. Isso estaria muito longe do que Wells


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imaginou como uma máquina do tempo. Mas já seria suficiente para transformar definitivamentenosso panorama da realidade física.

Resumo

- Viajar no tempo para o futuro é fácil. Se você viajar numa velocidade próxima à da luz oupermanecer num campo gravitacional muito intenso, o tempo vai passar mais devagar para você quepara as outras pessoas. Quando você voltar à situação normal, estará no futuro.

- Viajar para o passado é mais complicado. Pela teoria da relatividade, isso é possível em certasconfigurações de espaço-tempo: um universo em rotação, um cilindro em rotação e num buraco deminhoca - um túnel que atravessa o espaço e o tempo.

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