Coloque uma pessoa no espaço, longe das amarras gravitacionais da superfície da terra, e ela se sentirá leve. Embora todas as massas do Universo ainda atuem gravitacionalmente sobre ele, elas também atrairão qualquer espaçonave em que a pessoa esteja, então ela flutuará. E, no entanto, na TV, foi-nos mostrado que a tripulação de uma certa nave espacial com bastante sucesso caminha no chão com os pés em quaisquer condições. Para isso, utiliza-se a gravidade artificial, criada por instalações a bordo de um navio fantástico. Quão perto isso está da ciência real?
Capitão Gabriel Lorca na ponte Discovery durante uma batalha simulada com os Klingons. Toda a tripulação é atraída pela gravidade artificial, e este é, por assim dizer, um cânone
Em relação à gravidade, a grande descoberta de Einstein foi o princípio da equivalência: com a aceleração uniforme, o quadro de referência é indistinguível do campo gravitacional. Se você estivesse em um foguete e não pudesse ver o universo através de uma janela, não teria ideia do que está acontecendo: você está sendo puxado para baixo pela força da gravidade ou pela aceleração do foguete em uma determinada direção? Essa foi a ideia que levou à relatividade geral. 100 anos depois, esta é a descrição mais precisa da gravidade e da aceleração que conhecemos.
O comportamento idêntico de uma bola batendo no chão em um foguete em voo (esquerda) e na Terra (direita) demonstra o princípio de equivalência de Einstein
Há outro truque, diz Ethan Siegel, que podemos usar se quisermos: podemos fazer a espaçonave girar. Em vez da aceleração linear (como o impulso de um foguete), a aceleração centrípeta pode funcionar de forma que a pessoa a bordo possa sentir o casco externo da espaçonave empurrando-o em direção ao centro. Este foi o truque usado em 2001, Uma Odisséia no Espaço, e se sua espaçonave fosse grande o suficiente, a gravidade artificial seria indistinguível da gravidade real.
Apenas um, mas. Esses três tipos de aceleração - gravitacional, linear e rotacional - são os únicos que podemos usar para simular os efeitos da gravidade. E este é um grande problema para a espaçonave.
O conceito da estação de 1969, que seria montada em órbita a partir das fases gastas do programa Apollo. A estação teve que girar em seu eixo central para criar gravidade artificial
Por quê? Porque se você quiser viajar para outro sistema estelar, você precisará acelerar sua nave para chegar lá e, em seguida, desacelerá-la na chegada. Se você não consegue se isolar dessas acelerações, o desastre o espera. Por exemplo, para acelerar até o impulso total em Star Trek, até uma pequena porcentagem da velocidade da luz, seria necessário experimentar uma aceleração de 4.000 g. Isso é 100 vezes a aceleração que começa a obstruir o fluxo sanguíneo no corpo.
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O lançamento do ônibus espacial Columbia em 1992 mostrou aceleração por um longo período. A aceleração da espaçonave será muitas vezes maior, e o corpo humano não será capaz de lidar com ela.
Se você não quer perder peso em uma longa jornada - para não se expor a horríveis desgastes biológicos, como perda de massa muscular e óssea - a força deve ser constantemente exercida sobre o corpo. Para qualquer outra força, isso é muito fácil de fazer. No eletromagnetismo, por exemplo, pode-se colocar a tripulação em uma cabine condutiva e muitos campos elétricos externos simplesmente desaparecem. Seria possível colocar duas placas paralelas em seu interior e obter um campo elétrico constante, empurrando as cargas em uma determinada direção.
Se a gravidade funcionasse da mesma maneira.
O conceito de condutor gravitacional simplesmente não existe, bem como a capacidade de se proteger da força gravitacional. É impossível criar um campo gravitacional uniforme em uma região do espaço, por exemplo, entre duas placas. Por quê? Porque, ao contrário da força elétrica gerada por cargas positivas e negativas, existe apenas um tipo de carga gravitacional, que é a massa-energia. A força gravitacional sempre atrai e não há onde se esconder dela. Você só pode usar três tipos de aceleração - gravitacional, linear e rotacional.
A esmagadora maioria dos quarks e léptons no Universo consiste em matéria, mas cada um deles também possui antipartículas de antimatéria, cujas massas gravitacionais não são determinadas
A única maneira pela qual a gravidade artificial poderia ser criada para protegê-lo dos efeitos da aceleração de sua nave e fornecer um impulso para baixo constante sem aceleração estaria disponível se você descobrir partículas de massa gravitacional negativa. Todas as partículas e antipartículas que encontramos até agora têm uma massa positiva, mas essas massas são inerciais, ou seja, só podem ser julgadas quando uma partícula é criada ou acelerada. A massa inercial e a massa gravitacional são as mesmas para todas as partículas que conhecemos, mas nunca testamos nossa ideia em antimatéria ou antipartículas.
Experimentos estão sendo realizados nesta parte específica. O experimento ALPHA no CERN criou o anti-hidrogênio: uma forma estável de antimatéria neutra, e está trabalhando para isolá-lo de todas as outras partículas. Se o experimento for sensível o suficiente, podemos medir como uma antipartícula atinge um campo gravitacional. Se cair, como a matéria comum, então tem uma massa gravitacional positiva e pode ser usado para construir um condutor gravitacional. Se cair no campo gravitacional, muda tudo. Um resultado e a gravidade artificial pode tornar-se subitamente possível.
A possibilidade de obter gravidade artificial nos atrai incrivelmente, mas é baseada na existência de massa gravitacional negativa. A antimatéria pode ser tão grande, mas não provamos ainda
Se a antimatéria tiver uma massa gravitacional negativa, então, ao criar um campo de matéria comum e um teto de antimatéria, poderíamos criar um campo de gravidade artificial que sempre o puxaria para baixo. Ao criar uma concha condutiva gravitacional na forma do casco de nossa espaçonave, protegeríamos a tripulação das forças de aceleração ultra-rápida que, de outra forma, se tornariam letais. E o melhor de tudo, os humanos no espaço não experimentariam mais os efeitos fisiológicos negativos que atormentam os astronautas hoje. Mas até encontrarmos uma partícula com massa gravitacional negativa, a gravidade artificial só será obtida por meio da aceleração.
Ilya Khel
