Robô mostra que é possível nadar no vazio de um universo curvo: WebCuriosos

Se um astronauta subitamente ficasse à deriva no vazio do espaço interestelar, seria obrigado a impulsionar o seu corpo para um local seguro, chutando e agitando os membros em direção a um santuário no vácuo.

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

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

Retire o ar que envolve a asa de um pássaro ou a água ao redor da cauda de um peixe e o esforço de cada aba empurrará igualmente para um lado enquanto puxa para o outro, deixando o pobre animal flutuando fracamente, sem qualquer movimento líquido em direção ao seu destino.

No início do século 21, físicos considerados uma lacuna nesta regra. Se um espaço 3D no qual esse movimento ocorre for curvo, as mudanças na forma ou posição de um objeto não seguirão necessariamente as regras usuais sobre como o momento é trocado, o que significa que não precisaria de um propelente.

A própria geometria do espaço-tempo curvo pode significar a deformação de um objeto – o chute, a batida ou a vibração direita – mas, afinal, pode ver uma mudança sutil em sua posição.

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

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

Para observar isso em ação sem viajar até o buraco negro mais próximo, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, da Universidade Cornell, da Universidade de Michigan e da Universidade de Notre Dame construiu um modelo de espaço curvo no 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. Preso a um braço giratório, toda a configuração foi posicionada de forma que a força da gravidade e o arrasto do atrito fossem mínimos.

Embora as massas não estivessem isoladas da física que domina o nosso Universo um tanto mais plano, o sistema foi equilibrado de modo que a curvatura nas trilhas induzisse o mesmo tipo de efeito que um espaço significativamente curvo. Ou foi o que a equipe previu.

À medida que o robô se movia, a mistura de gravidade, fricção e curvatura combinava-se num 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,” diz O físico da Georgia Tech, Zeb Rocklin.

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

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Por menor que tenha sido o efeito, a utilização destes resultados experimentais em linha com a teoria poderia ajudar a melhorar o posicionamento da tecnologia em locais onde a curvatura do Universo se torna importante. Mesmo em quedas suaves como a gravidade da Terra, compreender como os movimentos contidos podem alterar o posicionamento ultrapreciso a longo prazo pode tornar-se cada vez mais importante.

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

Estudos adicionais com maquinaria mais precisa poderão revelar mais informações sobre os efeitos complexos da natação sobre as bordas afiadas do Universo.

Por enquanto, só podemos esperar que a suave inclinação do vazio que rodeia o nosso pobre astronauta seja suficiente para vê-lo chegar a um porto seguro antes que o seu oxigénio acabe.

Esta pesquisa foi publicada em PNAS.