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quarta-feira, 6 de abril de 2011

Big-Bangs e Multiversos no laboratório

Investigar dentro do laboratório eventos cósmicos como o Big-Bang, buracos negros ou mesmo a criação de múltiplos universos, ou então estudar a natureza do tempo. É o que pode ser feito com os chamados metamateriais. São materiais dentro dos quais a luz caminha variando forte e ricamente sua velocidade e sua trajetória.

Que a luz pode ser desviada de um caminho reto é algo fácil de se ver. Ela muda de direção quando passa do ar para o vidro e vice-versa - por isso, vemos os objetos aumentados nas lentes. Também acontece quando passa da água para o ar. Mas, nos metamateriais, esse efeito é muito mais rico. É possível projetar novos materiais com diferentes propriedades ópticas de modo a obrigar a luz a fazer quase literalmente o que se queira. Existem até pesquisas sobre "mantos da invisibilidade" com isso.

A coisa interessante é que as equações que descrevem o comportamento da luz nesses materiais possuem analogias com as equações da relatividade geral, que descreve o comportamento do espaço e do tempo em larga escala. É com essa teoria que se estuda buracos negros, o Big-Bang etc. Com essa analogia, pode-se simular em um laboratório diversos fenômenos que a relatividade pode descrever.

Uma sequência de textos do blog do ArXiv (em inglês) tem divulgado algumas pesquisas nessa área. Em agosto de 2009, o grupo de Igor Smolyaninov, nos EUA, mostrou a possibilidade de se criar um análogo do Big-Bang num metamaterial. Não é que o metamaterial exploda ou coisa assim, ele simplesmente sofre uma transição de fase - algo muito semelhante às mudanças de estado físico tipo sólido para líquido, líquido para gasoso etc. - e as equações que descrevem o comportamento da luz que passa no material durante essa transição possuem semelhanças "formais" com as que descrevem o Big-Bang.


Como assim...?

Grosso modo, semelhança "formal" significa que as variáveis usadas para descrever como a luz se comporta no metamaterial (velocidade da luz, frequência da onda da luz etc.) não são da mesma natureza que as que usamos para descrever o comportamento da matéria no momento do Big-Bang (posição, instante do tempo, massa etc.) - mas, apesar disso, do ponto de vista matemático, possuem o mesmo comportamento. Ou seja, os valores desses dois conjuntos de variáveis variam de forma semelhante durante os fenômenos estudados, o que é diferente é apenas a interpretação do que as variáveis representam fisicamente. De um lado, velocidade e frequência da luz num metamaterial; do outro, posição e massa de partículas materiais no espaço-tempo.

Com essas relações entre variáveis de diferentes naturezas, é possível simular o comportamento das mais diversas entidades físicas - até mesmo o tempo. E até mesmo simular diferentes números de dimensões de espaço e de tempo.

Em setembro do mesmo ano de 2009, dois pesquisadores chineses, Qiang Cheng e Tie Jun Cui, conseguiram criar no laboratório - não só demonstrar que é possível - o análogo de um buraco negro num metamaterial. Em maio do ano seguinte, Smolyaninov voltou à cena novamente e mostrou a possibilidade de construir metamateriais que simulam a criação de um espantoso multiverso, um conjunto de vários universos vizinhos, cada um com diferentes números de dimensões de espaço e de tempo. Agora em abril deste ano, ele conseguiu ir além e construir algo: simulou num metamaterial feito de acrílico e ouro certas características do comportamento do tempo e se é possível construir uma máquina do tempo (segundo o autor, sua teoria diz que não).

Claro que nada disso substitui a pesquisa mais direta com a cosmologia, com telescópios e detectores de radiação cósmica, mas o segredo para se ter ideias e levantar novas questões é olhar o mesmo fenômeno de ângulos diferentes. É o que Smolyaninov, Cheng, Chi e outros estão fazendo.

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