Para Entender Interstellar

Muito se falou sobre Interstellar em 2014, obra do Nolan que explorou a vastidão do universo e trouxe ao público conceitos físicos e astronômicos modernos. Eu, como estudante de engenharia e apaixonado por física, encantei-me com os conceitos usados no enredo e as belíssimas interpretações gráficas daquilo que vejo apenas em teoria e fórmula. Um delírio visual, diga-se de passagem. Pois bem, coloquei-me nesta missão de explicar a física de Interestellar já que, compreensivelmente, grande parte do público não o entendeu completamente. Muitos pensaram “mas por quê ela envelheceu e ele não?”, “que diabos é esse troço da gravidade?”, “hipercubo, wtf?”. Como dizia meu professor do ensino médio: “Óh física maravilhosa! O que seria de nós sem você?”, para começo de conversa, sequer existiríamos.

Reservei-me o direito de trazer tantos spoilers quanto necessário, então se você ainda não assistiu, NÃO leia este especial. Para você que assistiu, não entendeu e quer saber mais, fique aqui, pois a seguir tentarei (foco no tentarei) explicar as abstrações físicas do filme. Gostaria de ressaltar que usarei uma linguagem pouco técnica e tentarei ser o menos prolixo possível, portanto, peço perdão aos físicos que, talvez, lerão estes escritos. Juro que não fiz por mal, foi para um bem maior. Sabemos que a física é muito mais um exercício de reflexão e abstração, do que de objetividade. O que hoje são conceitos simples e aparentemente óbvios, levaram-se anos e anos de pensamento e discussão (até algumas mortes) para serem construídos. Amém, Newton. Amém, Einstein. Vamos lá!

BURACOS, BURACOS, BURACOS... E MINHOCAS!

Pois é, amigos, viagem no espaço não é brincadeira não. Viajar pelo espaço-tempo através de um buraco negro, então? Oxalá! Como vocês bem sabem, a trama básica do filme relata a viagem de uma equipe de astronautas e estudiosos para outra galáxia com a intenção de constatar informações sobre possíveis planetas habitáveis, para assim salvar a sociedade. Porém, viajar de uma galáxia à outra é humanamente impossível em nossa tecnologia atual, motivo: Não temos tempo para isso. Sim, verdade, as distâncias são tão grandes (foco no grandes), tão imensas, que viajar para qualquer lugar bobinho no universo tomaria nossa vida inteira e mais algumas centenas de reencarnações. Só para sair do sistema solar, a sonda Voyager demorará cerca de 30.000 anos. Assim, só para virar a esquina. Mas há outros meios. Para diminuir o tempo de viagem, poderíamos viajar à velocidade da luz, cujo valor, estima-se, gira em torno de 300 milhões de metros por fucking segundo. Com isso, em apenas 8 minutos de viagem, saindo da Terra, poderíamos assar um churrasquinho no Sol. Ou sermos os churrasquinhos. Mas ainda não temos tecnologia disponível para transportar naves espaciais nesta velocidade. O churrasco terá que ser adiado por um bom tempo.

Porém, entretanto, todavia há um meio mais interessante para viajar no espaço. Óh, sim, isso mesmo: Buracos-negros. Ainda há pouco tempo, tais objetos eram apenas teóricos, não haviam comprovações de sua existência. Até porque ele é realmente negro, pois mesmo a luz não consegue escapar de sua força de atração. E o fundo espacial também é negro. Logo, podemos concordar que detectá-los é realmente uma tarefa difícil. Mas como somos teimosos, conseguimos gravar (foco no gravar) a força do buraco-negro em ação, sugando uma pobre estrelinha que vagava inocentemente por aí, até que foi capturada. É a natureza, amigos.

Pois então, lá em Interstellar, uma milagrosa aparição de um buraco-negro perto de Saturno atiça todos os cientistas de plantão. Brand e sua equipe convencem Cooper a participar do grupo de cientistas astronautas que entrarão no buraco. Pois, de acordo com a tese defendida no filme, o objeto é o que os físicos chamam de “buraco de minhoca”. Trata-se de uma hipótese (foco no hipótese) de que alguns buracos-negros seriam portais no espaço-tempo que oferece um “atalho” para alguma outra parte do universo. Para ver melhor isso, imagine que o universo é uma grande malha. Sim, pense no universo como um tecido. Cada objeto que é colocado nesse tecido, deforma-o. Quanto mais denso esse objeto for, mais deformada a malha ficará naquele ponto. Agora imagine um buraco-negro, uma singularidade do universo, cuja densidade é tão extrema que “fura” essa malha. Os buracos de minhocas são como furos (ou túneis) no espaço-tempo que permitem uma locomoção quase imediata de um ponto a outro. É mais ou menos assim que funciona: Você entrará por um buraco em determinado lugar do espaço, passará por um túnel fora do contínuum espaço-tempo, e, voi-lá, sairá como mágica por outro buraco em algum lugar do universo. Lembrando que isto é apenas uma hipótese que foi abordada como sendo verdadeira no filme. Entretanto, mesmo ainda não sendo comprovada, a hipótese costuma ser aceita pela relatividade geral.

QUANTO TEMPO O TEMPO TEM?

Que beleza, gente, vamos caçar buracos-negros por aí e viajar. Calma, jovem gafanhoto, não é tão simples assim. Lembra-te que ficção é ficção. Vida real é outra história. Além de não sabermos o que pode nos acontecer fisicamente e mentalmente quando estivermos à velocidade da luz ou dentro de um buraco-negro, há uma implicação imediata: O Tempo. Lembre-se que a deformação na malha não é apenas espacial, mas também temporal. Justificando a expressão “espaço-tempo”. Quanto mais próximo da velocidade da luz um corpo estiver, maior sua energia e mais lento o tempo estará para ele em relação ao resto do universo que não está sob a ação de uma força como essa. Como também, ocorrerá o mesmo quanto mais maciço e denso um objeto for. Pois a massa e a energia são medidas que deformam o tecido do espaço-tempo, e quanto maiores, maior a deformação. A deformação na malha, na verdade, representa a intensidade da gravidade (abordarei isso mais tarde). Portanto, quando estamos entrando no horizonte de ventos de um buraco-negro, estamos em contato com uma força de atração tão forte que faz o tempo dilatar-se. Quando estamos chegando à velocidade da luz, toda a matéria sofre uma compressão, torna-se cada vez mais maciça e, portanto, deforma a malha espaço-temporal, fazendo o tempo passar mais devagar para quem está àquela velocidade. Curiosamente, quem está sob esta ação não deve percebe a dilatação do tempo e tudo parecerá correr normalmente, até que a ação cesse e ele perceba que seus amigos que não viajaram no tempo ficaram um pouco mais velhos. Entretanto, viajar à plena velocidade da luz torna-se um feito impossível, visto que os corpos se tornarão infinitamente densos e precisarão de uma energia de valor também infinito para chegar à marca da velocidade da luz, ou mesmo para ultrapassá-la. Como o infinito é uma indeterminação matemática, provavelmente nunca saberemos o que aconteceria se atingíssemos a velocidade da luz. Supõe-se que o fóton, o átomo da luz, que viaja àquela incrível velocidade, simplesmente não progride no tempo. Toda a energia foi sugada para atingir a velocidade máxima, portanto não sobrando nada para avançar no tempo.

Após essa longa e onerosa explicação, enfim é possível entender por que Murphy e todos os outros humanos na Terra envelheceram e os astronautas não. Pois Cooper e sua equipe estiveram várias vezes sob a ação da força de um buraco-negro. Tanto no buraco-negro de Saturno, quanto no Gargantua. Pois neste último, orbita um planeta possivelmente habitável. Como o planeta está sob a ação do buraco, todos os objetos que estiverem sob o seu domínio também estarão sob o efeito do Gargantua. Ou seja, o tempo naquele planeta passa mais devagar pois o efeito da gravidade do buraco-negro torna o planeta muito mais denso, conferindo-lhe também uma maior deformação no espaço-tempo. Por isso cada segundo ali é precioso e equivale a uns bons meses na Terra.

QUEM É A GRAVIDADE E O QUE ELA VEIO FAZER AQUI?

Falei muito em deformação do espaço-tempo, e também citei que esta deformação representa a intensidade da força da gravidade. Se você achou a luz algo abusado, espere para ver esse doce de coco que é a gravidade. Tão natural e inerente, mas complicada e misteriosa. Simplesmente não há nenhuma partícula comprovadamente existente que efetue a transmissão da força gravitacional entre os corpos. Há sim uma partícula elementar hipotética, o graviton, que deve ser a responsável por essa transmissão. Porém, a gravidade é uma força incrivelmente fraca. Sim, fraca, muito fraca. Um pequeno imã de geladeira consegue fazer uma força extraordinariamente maior do que qualquer outro objeto não-imantado de mesma massa. E é aí que reside o problema. Nenhuma das tentativas de achar essa partícula obtiveram sucesso, sua força de interação é tão fraca, que para nossa realidade física, comprovar o gravíton é relativamente impossível. Supondo que você precise de um objeto maciço (foco no maciço) para gerar um campo gravitacional razoável, a sensibilidade dos testes atuais não conseguem detectar o graviton, caso ele exista. Para termos maiores chances, precisaremos de um objeto maior, mais maciço e robusto. Que tal um buraco-negro? Hum, pois é. Sabe aquele drama do professor Brand para resolver a equação da gravidade? É justamente isso que ele procurava. Para completar sua equação, ele precisava obter dados da partícula (ou de qualquer que seja o “algo” que efetua a transmissão da força gravidade), mas, como ele já sabia, era uma tarefa bastante árdua. Para tanto, algo ou alguém deveria capturar as informações da singularidade gravitacional dentro de um buraco-negro, pois lá é que a força gravitacional alcança seu extremo, tornando a tarefa de detecção e análise da partícula graviton bem mais fácil. Tendo os dados, a equação tornaria os humanos aptos a controlarem a gravidade e, assim, desenvolver seu próprio campo gravitacional em algum lugar do espaço, e então criar um ambiente habitável. Possivelmente o lugar escolhido estaria na faixa de algum sistema planetário onde a incidência solar permitiria um clima bom e favorável à vida.

Há certas formas de se criar uma pseudo-gravidade, porém apenas em casos muito especiais. Vejamos um deles que foi demonstrado no filme, quando a equipe chega a estação espacial. Para poderem desenvolver uma pseudo-gravidade, a estação espacial, que tem formato circular, deve girar em torno de seu próprio eixo, gerando uma força centrífuga. Para tanto, de acordo com a terceira lei de Newton, o “chão” da estação desenvolve uma força de mesma intensidade, mas de sentido contrário, para equilibrar a força centrífuga. Portanto, os astronautas são arremessados para fora do centro da estação, mas são compelidos pelo “chão” da nave. Tal como a gravidade age na Terra, porém de forma contrária. A gravidade puxa o corpo para o centro enquanto o chão empurra o corpo para cima, criando estabilidade e equilíbrio. A velocidade angular deve ser calculada para gerar uma força de intensidade semelhante à força gravitacional da Terra.

PONTO, RETA, QUADRADO, CUBO E HIPERCUBO

Na matemática, sobretudo na Álgebra Linear, existem espaços de infinitas dimensões. Impossíveis de imaginar com plenitude, claro, mas matematicamente possíveis. Nossa existência está dentro de três dimensões: Largura, altura e cumprimento. O ponto, matematicamente falando, tem dimensão igual a 0, a reta tem dimensão igual a 1 (altura ou cumprimento ou largura), o quadrado tem 2 e o cubo tem dimensão 3, tal como nossa existência no espaço. Vivemos em um universo tridimensional. Pelo menos é isso que nossa experiência empírica nos diz. Há quem discorde. Pois bem, existem teorias que afirmam que outros universos possuem variadas quantidades de dimensões. Se existirem infinitos universos, é possível que existam infinitas dimensões, tal como a matemática nos mostra.

O hipercubo está inserido numa dimensão superior ao cubo. Ou seja, o cubo é tridimensional e o hipercubo é quadrimensional. As perguntas são: Para qual direção vai essa quarta dimensão? Ela tem mesmo direção? É bastante improvável imaginar um universo em quatro dimensões, visto que nossa experiência humana nunca teve contato com uma dimensão superior, mas podemos facilmente imaginar universos de dimensões inferiores. Basta desenhar um ponto, uma reta ou um quadrado.

Voltemos para Interstellar, para quando Cooper cai dentro do buraco-negro. Dali, ele é inserido num hipercubo cuja quarta dimensão é o tempo. Cooper está inserido em um ambiente de tamanho infinito criado por seres ultrainteligentes que querem ajudar a salvar a raça humana. Cooper deve achar o momento certo de passar as informações coletadas dentro do buraco-negro. O hipercubo está montado com infinitos cubos cujo espaço é o quarto da Murphy, e sua representação parece-me baseada na teoria das cordas, mas como não a entendo muito bem, deixarei esta lacuna. Lá ocorrem as infinitas interações na vida da Murphy dentro daquele quarto. Usando a hipótese de que o amor é uma força verdadeiramente intuitiva, Cooper procura o momento correto para passar a informação à Murphy. Por motivos de que não temos todo o tempo do mundo, Cooper logo acha esse momento e passa a informação à Murphy através de código morse. Em outro momento, passa-lhe também uma mensagem através da gravidade, formando linhas de areia finas e grossas para representar a informação em código binário.

O hipercubo representa um conceito muito interessante onde o tempo não tem começo, meio ou fim. Ele simplesmente existe em uma plenitude de ocorrências infinitas e paralelas. Sendo a gravidade a única interação que consegue ultrapassa-lo, pois sua interação com o universo é especialmente íntima. No hipercubo, o passado, presente e futuro ocorrem ao mesmo. Isso traz a teoria de universos infinitos, onde todas as ações possíveis acontecem em infinitas interações, resultando em uma série de eventos cada uma. Todas as decisões possíveis são tomadas e cada uma delas cria um universo particular. É isso que o hipercubo representa e que transcende o mundo da física ou da matemática, torna-se uma grande especulação filosófica que permite diversas interpretações e representações. Usando isso, Nolan fez com que Cooper tivesse acesso a toda existência da Murphy em seu quarto, podendo estar no passado, presente ou futuro.

Quando Cooper termina sua missão, os seres ultrainteligentes desmontam o hipercubo e o deixa terminar sua viagem espaço-temporal de volta para o sistema solar, onde é encontrado por uma nave. Ao acordar, Cooper encontra sua filha já muito mais velha e também depare-se com os efeitos da manipulação da gravidade. Murphy, tendo solucionado a equação, consegue criar meios para controlar a gravidade a seu favor e assim criar mundos habitáveis para os humanos.

ATUALIZAÇÃO 07/02/2016

Esse texto foi produzido por mim no início de 2015 e, atualmente, já se encontra um pouco "defasado", afinal já são quase 2 anos do lançamento do filme. Acontece que existem realmente alguns erros conceituais aí que eu não prestei muita atenção na hora de redigi-lo, portanto, após lê-lo gostaria que você pesquisasse mais um pouco sobre o assunto para que essa sopa de conceitos se torne mais densa e correta.