Árvore do Alémideias de fronteira sobre energia, espaço-tempo e mente

Base real

• Efeito Casimir: Em 1948, Casimir previu que duas placas de metal sem carga, postas muito próximas no vácuo, se atrairiam, porque cabem menos flutuações quânticas entre as placas do que fora. Em 1997, Lamoreaux mediu a força com uma balança de torção, com erro de cerca de 5% em relação à teoria. A densidade de energia entre as placas é menor que a do vácuo vazio, a única “densidade de energia negativa” já confirmada em experimento.

• Fusão de hélio-3: Quase toda a energia liberada pela fusão de deutério com hélio-3 é carregada por partículas carregadas, que podem ser convertidas direto em eletricidade, com muito menos radiação de nêutrons. O preço é uma temperatura várias vezes maior que a exigida pela fusão deutério–trítio. O solo lunar guarda hélio-3 implantado pelo vento solar, em apenas algumas partes por bilhão.

• Estatorreator de Bussard: Em 1960, Bussard propôs coletar hidrogênio interestelar como combustível com um enorme funil magnético: quanto mais rápido você voa, mais coleta. Cálculos posteriores descobriram que o arrasto magnético sobre o plasma interestelar costuma ser maior que o empuxo da fusão, então funciona mais como um paraquedas de freio. Isso acabou sendo uma boa forma de frear uma nave estelar.

• Motor estelar: Em 1987, Shkadov imaginou um espelho curvo gigante posto de um lado de uma estrela, refletindo metade da luz de volta. O desequilíbrio na pressão de radiação faria a estrela levar consigo todo o seu sistema planetário. Para uma estrela como o Sol, a velocidade após 1 milhão de anos seria de cerca de 20 m/s, após 1 bilhão de anos cerca de 20 km/s, com um deslocamento total de cerca de 34.000 anos-luz.

• Potência do jato de buracos negros: Em 1977, Blandford e Znajek calcularam que as linhas de campo magnético que atravessam um buraco negro em rotação podem extrair sua energia de rotação, impulsionando um jato disparado quase à velocidade da luz. Acredita-se que isso alimente os jatos dos quasares; o centro da galáxia M87 tem um jato assim, de cerca de 5.000 anos-luz.

• Kugelblitz: Em teoria, concentrar luz suficiente num único ponto criaria um buraco negro diretamente. Mas um cálculo de 2024 mostrou que, antes que a luz fique tão intensa, ela “arranca” pares elétron–pósitron do vácuo e leva a energia embora (efeito Schwinger). Os efeitos quânticos bloqueiam esse caminho.

• Motor de buraco negro: Em 2009, Crane e Westmoreland calcularam que um buraco negro artificial de cerca de 600.000 toneladas e raio menor que 1 attômetro poderia produzir cerca de 1,6×10¹⁷ W por radiação Hawking, com vida útil de cerca de 3,5 anos, e no caso ideal acelerar uma nave a 10% da velocidade da luz em 20 dias. O difícil é construí-lo: eles imaginaram um laser gigante de raios gama, mas o nó anterior mostrou que esse caminho está bloqueado, então é preciso outra forma de comprimir a matéria.

• Era degenerada: Em 1997, Adams e Laughlin dividiram o futuro do universo em várias eras: depois de cerca de 10¹⁴ anos, as últimas anãs vermelhas se apagam, restando apenas anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros. Depois disso, a energia só poderá vir da aniquilação de matéria escura, de colisões de remanescentes estelares e, talvez, do decaimento do próton.

• Fábrica cósmica: Em 1987, Farhi e Guth estudaram se um novo universo poderia ser feito em laboratório. A relatividade geral permite que uma pequena bolha de falso vácuo se expanda num “universo-bebê” causalmente isolado do nosso, mas na física clássica o ponto de partida precisa ser uma singularidade. Em 1990, eles e Guven propuseram que o tunelamento quântico poderia contornar isso.

• Voo relativístico: Quanto mais perto da velocidade da luz, mais devagar o tempo passa a bordo: a 0,99 c, passa um ano na nave e cerca de 7 anos do lado de fora. Em 1971, Hafele e Keating levaram relógios atômicos em volta do mundo em aviões comerciais e mediram diferenças de tempo que combinavam com a previsão da relatividade.

• Comunicação por neutrinos: Os neutrinos atravessam quase tudo; nem a Terra inteira consegue detê-los. Em 2012, o Fermilab enviou a palavra “neutrino” através de 240 m de rocha usando um feixe de neutrinos, a cerca de 0,1 bit por segundo. Enviar exige um acelerador de partículas; receber exige um detector de centenas de toneladas.

• Transmissão por ondas gravitacionais: As ondas gravitacionais quase não são absorvidas pela matéria. Mas emitir ondas detectáveis exige massas astronômicas: o primeiro sinal que o LIGO recebeu, em 2015, veio da fusão de dois buracos negros de cerca de 30 massas solares, liberando cerca de 3 massas solares de energia em aproximadamente 0,2 segundo.

• Mapeamento do horizonte: O universo está se expandindo cada vez mais rápido, então a luz emitida hoje por galáxias além do horizonte de eventos nunca poderá nos alcançar. Cerca de 94% das galáxias do universo observável já estão além do horizonte, e a cada ano cerca de 160 bilhões de estrelas a mais cruzam essa linha. Se você quer conversar com civilizações distantes, quanto antes, melhor.

• Buraco de minhoca atravessável: Em 1988, Morris e Thorne mostraram que a relatividade geral permite buracos de minhoca que uma pessoa poderia atravessar, desde que a garganta seja mantida aberta por “matéria exótica” de energia negativa. Tudo começou quando Sagan pediu ajuda a Thorne para o romance Contato. Em 1996, as desigualdades quânticas de Ford e Roman acrescentaram que a energia negativa só pode existir numa camada extremamente fina ou por um instante extremamente curto.

• Bolha de dobra subluminal: A solução de dobra mais rápida que a luz de Alcubierre, de 1994, exige energia negativa; um cálculo de 2009 também descobriu que a parede frontal da bolha continua acumulando radiação Hawking e acaba se destruindo. Em 2021, Bobrick e Martire mostraram que é possível uma bolha de dobra que usa apenas energia positiva, mas ela só pode ser mais lenta que a luz. Motores de dobra podem existir; mais rápido que a luz, não.

• Mover a boca de um buraco de minhoca: As duas bocas de um buraco de minhoca começam juntas, e uma delas precisa ser levada ao destino por uma nave que viaja abaixo da velocidade da luz. Por isso um buraco de minhoca não alcança lugares aonde nenhuma sonda foi, muito menos além do horizonte cosmológico. Com a boca no lugar, a viagem entre as duas pontas é instantânea.

• Máquina do tempo de buraco de minhoca: Em 1988, Morris, Thorne e Yurtsever apontaram que, se uma boca de buraco de minhoca faz uma viagem de ida e volta em alta velocidade, a dilatação do tempo abre uma diferença de tempo entre as duas bocas, e atravessar leva você ao passado. Em 1992, Hawking propôs a “conjectura de proteção da cronologia”: no instante em que uma máquina do tempo se forma, as flutuações do vácuo são amplificadas sem limite e a destroem.

• Mensagem para o passado: Se uma máquina do tempo existir, dá para enviar mensagens ao passado. Em 1991, Deutsch mostrou que, na versão quântica das curvas do tipo tempo fechadas, o paradoxo do avô não ocorre e o resultado converge sozinho para um estado autoconsistente. O mais estranho que sobra é o paradoxo da bootstrap: uma mensagem sem autor, simplesmente dando voltas no tempo.

• Mensagem para o início: Envie uma mensagem para antes do primeiro segundo deste universo. Pela condição de autoconsistência de Deutsch, só pode ser uma mensagem que já foi recebida.

• Através do buraco de minhoca: A boca do buraco de minhoca foi levada até a sonda mais distante, e a garganta está prestes a se abrir. Sagan escreveu uma cena parecida em Contato, mas um buraco de minhoca de verdade só pode ligar a lugares onde sua nave já esteve.

• Conectoma do cérebro inteiro: Em 2024, o consórcio FlyWire publicou o conectoma do cérebro inteiro de uma mosca-das-frutas adulta: quase 140.000 neurônios e mais de 50 milhões de sinapses. O cérebro humano tem cerca de 86 bilhões de neurônios, mais de 600.000 vezes mais.

• Interface cérebro-cérebro: Em 2019, o BrainNet da Universidade de Washington fez três pessoas cooperarem num jogo parecido com Tetris usando apenas sinais cerebrais: duas enviavam “girar” ou “não girar” por EEG, e a terceira recebia o comando como lampejos de luz produzidos por estimulação magnética do córtex visual. A taxa média de sucesso foi de 81%.

• Aceleração da mente: Uma mente transferida pode rodar muito mais rápido que um cérebro biológico, mas o preço é que o universo parece maior: para uma mente um milhão de vezes mais rápida, uma mensagem que dá a volta na Terra (cerca de 0,13 segundo) leva um dia e meio de tempo subjetivo. Daí Sandberg concluiu, em 1999, que supermentes ficariam presas pela velocidade da luz numa região bem pequena.

• Mente distribuída: Um polvo tem cerca de 500 milhões de neurônios, dois terços deles nos oito braços, e um braço cortado ainda faz movimentos de agarrar em resposta a estímulos. Uma mente não precisa estar concentrada num só cérebro.

• Imortalidade digital: Depois que uma mente completa é copiada, qual deles é você, o original ou a cópia? O filósofo Parfit pressionou isso com o “teletransportador”: se uma máquina escaneia você, constrói um você idêntico em Marte e destrói o original, você viajou para Marte ou morreu?

• Consciência coletiva: Quando uma colmeia de abelhas enxameia, as abelhas batedoras “votam” em locais candidatos para o ninho com danças, e quando concordam em número suficiente, a decisão está tomada, sem comando central. As interfaces cérebro-cérebro humanas estão apenas começando.

• Cérebro de Júpiter: Em 1999, Sandberg estimou os limites de um computador do tamanho de um planeta: seu tamanho é limitado pela dissipação de calor e pelo atraso da velocidade da luz. Se o cérebro for grande demais, a metade esquerda precisa esperar muito para saber o que a direita está pensando.

• Mente planetária: A hipótese de Gaia de Lovelock trata a vida e o ambiente da Terra como um todo que se autorregula. Em 2015, cientistas descobriram que os biofilmes de Bacillus subtilis coordenam o crescimento de toda a colônia com ondas de íons de potássio, “disparando” como neurônios.

• Mente cósmica: Ligue as mentes de muitos planetas. À velocidade da luz, um pensamento que abrange uma galáxia leva 100.000 anos para atravessá-la; seria o pensamento mais lento e também o maior do universo.

• Mudar-se para o dispositivo: Princípio de Landauer: à temperatura ambiente, apagar 1 bit de informação dissipa pelo menos cerca de 3×10⁻²¹ J de calor. Em teoria, a energia de uma bateria de celular poderia alimentar uma quantidade inimaginável de pensamento; os chips reais ainda estão muito longe desse limite.

• Correção quântica de erros: Os qubits são extremamente propensos a erros. Em 2024, o chip Willow do Google mostrou pela primeira vez que codificar mais qubits físicos num qubit lógico faz a taxa de erro cair, ultrapassando o limiar da correção quântica de erros.

• Linguagem cósmica: Em 1960, o matemático Freudenthal criou o Lincos (uma linguagem cósmica), que ensina do zero usando apenas matemática e lógica. A mensagem de Arecibo, de 1974, tem 1.679 bits, exatamente o produto dos primos 23 e 73, sugerindo ao destinatário organizá-la numa imagem de 73 linhas por 23 colunas.

• Busca por tecnoassinaturas: Além do rádio, dá para procurar o calor residual de uma civilização. O levantamento Ĝ de 2015 não encontrou nenhuma civilização do Tipo III entre 100.000 galáxias; o Projeto Hephaistos, em 2024, triou cerca de 5 milhões de fontes até chegar a 7 anãs vermelhas suspeitas, e estudos de acompanhamento concluíram que podem ser galáxias distantes ao fundo, escondidas pela poeira.

• Mensagem ativa: A mensagem de Arecibo de 1974 e as “Cosmic Calls” de 1999 e 2003 enviaram mensagens às estrelas de propósito. Se devemos fazer isso é debatido há muito tempo; em 2010, Hawking alertou que quem nos responder pode não ser amigável.

• Limite de Bekenstein: A quantidade de informação que uma região pode conter tem um limite superior, e ele é proporcional à área da superfície, não ao volume. Bekenstein deu esse limite em 1981, e ele depois se tornou o princípio holográfico. Por esse limite, uma esfera de 1 m de raio pode conter no máximo cerca de 10⁷⁰ bits.

• Computador de buraco negro: Em 2000, Lloyd calculou o “laptop definitivo”: 1 kg de matéria pode realizar no máximo cerca de 5×10⁵⁰ operações por segundo; comprimido num buraco negro, atinge ao mesmo tempo os limites de armazenamento e de velocidade.

• Simulação do universo: Em 2003, Bostrom propôs o argumento da simulação: se as civilizações podem e querem simular seres conscientes, então a grande maioria dos seres conscientes vive dentro de simulações. Em 2012, físicos propuseram um teste: se o universo é computado numa malha, as direções de chegada dos raios cósmicos de maior energia mostrariam vestígios da malha.

• Telescópio do Observador: Um experimento com fótons de 2019 testou o “amigo de Wigner”: dois observadores podem chegar a registros contraditórios do mesmo evento quântico. Talvez os observadores não sejam espectadores objetivos, afinal.

• Recursão: Uma civilização dentro de uma simulação também pode rodar simulações. Bostrom observou que as simulações podem ser aninhadas camada dentro de camada, com o poder de computação descontado a cada camada.

• Ver o Observador: O telescópio não aponta para nenhuma estrela em particular, mas para o único desvio que não pode ser removido de todos os registros de observação.

• Silêncio permanente: Desligue todas as emissoras de rádio, baixe o seu calor residual à temperatura ambiente e faça sua estrela parecer qualquer outra. Num universo com armas cinéticas relativísticas, “não ser encontrado” é a estratégia de sobrevivência mais confiável: um objeto de 1 tonelada atingindo a 0,1 c carrega energia equivalente a cerca de 100 milhões de toneladas de TNT.

• Detecção direta de matéria escura: Em 2024, o experimento LZ, a cerca de 1,5 km de profundidade nos EUA, usou 7 toneladas de xenônio líquido para esperar que partículas de matéria escura atingissem núcleos atômicos. Não viu nenhum sinal, estabelecendo os limites mais rigorosos até hoje. A matéria escura só foi “vista” até agora pela gravidade.

• Busca pelo decaimento do próton: As grandes teorias unificadas preveem que os prótons decaem. O detector Super-Kamiokande observou 50.000 toneladas de água pura por mais de vinte anos e nunca viu um, o que significa que a vida do próton passa de 10³⁴ anos. O Hyper-Kamiokande, da próxima geração, usará cerca de 260.000 toneladas de água.

• Estabilidade do vácuo: Tomando a massa do bóson de Higgs, de cerca de 125 GeV, junto com a massa do quark top, nosso vácuo pode ser apenas “metaestável”: existe um estado de energia mais baixa. Um cálculo de 2018 deu uma vida esperada de cerca de 10¹³⁹ anos, muito mais longa que a idade do universo.

• Ecos da matéria escura: A lente gravitacional consegue “fotografar” a matéria escura: depois da colisão do Aglomerado Bala, o gás quente ficou no meio, enquanto o centro de gravidade se afastou para os dois lados.

• A energia escura está mudando?: Em 2025, o DESI mediu a história da expansão cósmica usando mais de 14 milhões de galáxias e quasares e, combinado com a radiação cósmica de fundo e as supernovas, favorece o “enfraquecimento da energia escura com o tempo” em 2,8 a 4,2 desvios-padrão. Se ela continuar enfraquecendo até ficar negativa, o universo um dia voltará a se contrair.

• Ressonância de Hoyle: Em 1953, Hoyle deduziu que o carbono-12 precisa ter um estado excitado em cerca de 7,65 MeV, ou as estrelas não conseguiriam fazer carbono suficiente, e não existiríamos. Os experimentos logo o encontraram. Muitos parâmetros do universo parecem ajustados com tanta precisão que é como se tivessem sido calibrados, o ponto de partida do debate do “ajuste fino”.

• Evaporação de buracos negros: Em 1974, Hawking mostrou que os buracos negros irradiam e evaporam lentamente. Um buraco negro de uma massa solar leva cerca de 10⁶⁷ anos para evaporar por completo, e os maiores buracos negros supermassivos cerca de 10¹⁰⁰ anos.

• Engenharia do vácuo: Se fosse possível mudar o estado de vácuo de um pequeno trecho do espaço, talvez se obtivesse outro conjunto de leis físicas. O perigo: depois que se forma uma bolha de vácuo de energia mais baixa, ela se expande quase à velocidade da luz e reescreve toda a física em seu interior. Coleman e De Luccia estudaram esse tipo de decaimento em 1980.

• Vigiar o próton: Se os prótons decaem, então em algum momento depois de 10³⁴ anos toda a matéria comum do universo desaparecerá, restando apenas fótons, elétrons, pósitrons e neutrinos.

• Grande Colapso: Se a energia escura ficar negativa, a expansão vai parar e depois se inverter. A radiação cósmica de fundo vai esquentar de novo, as galáxias vão se aproximar e, no fim, tudo volta a um único ponto.

• Disparar o vácuo: Uma nova bolha de vácuo menor que um átomo, expandindo-se quase à velocidade da luz. Você não a vê antes que chegue.

• O último próton: Escolha vigiar no fim do universo e ver o último próton decair.

• Conversar com a matéria escura: Junte todas as evidências sobre a matéria escura e escute aquela sequência de eventos de baixa energia.

Pesquisas relacionadas

Estes estudos têm relação com o tema, mas não são prova direta do que está nesta página.

• Universo inflacionário: Guth propôs que o universo primitivo passou por uma expansão exponencial, explicando de uma vez por que ele é tão plano e tem temperatura quase igual em todo lugar.

  Fonte:Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"

• Expansão acelerada: Usando supernovas distantes como “velas padrão”, descobriram que a expansão do universo está acelerando. A energia escura entrou em cena, e o trabalho ganhou o Nobel de 2011.

  Fonte:Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

• 42 supernovas: Outra equipe chegou de forma independente à mesma conclusão: alguma energia do universo está impulsionando a expansão acelerada.

  Fonte:Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

• Buracos negros evaporam: Efeitos quânticos fazem os buracos negros irradiar energia devagar. Buracos negros não são eternos e acabarão evaporando.

  Fonte:Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"

• Motor de dobra: A relatividade geral permite uma “bolha de dobra” que comprime o espaço à frente e o estica atrás, mas exige energia negativa que talvez não exista na realidade.

  Fonte:Alcubierre, Classical and Quantum Gravity 1994, "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity"

• O último capítulo do universo: Calculou o destino do universo ao longo de trilhões de anos e além: as estrelas se apagam, os prótons talvez decaiam e os buracos negros por fim evaporam.

  Fonte:Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"