Parte IV · Anomalias, naves e o substrato energéticoSólido

Controle da gravidade e supercondutores

O arrasto de referencial é medido — e Ning Li, Podkletnov e Tajmar são os programas que tentam torná-lo grande o bastante para usar.

10 min de leitura·gravitomagnetismo · Ning Li · Podkletnov · Tajmar · Gravity Probe B

Os supercondutores são para onde as pessoas vão procurar controle da gravidade, e o instinto é bom. Um supercondutor é o maior pedaço de matéria quântica coerente que você pode segurar na mão. Este capítulo ensina três coisas: o efeito gravitacional real que a relatividade prevê, os programas que tentam amplificá-lo, e o que as medições dizem ao próximo experimento para fazer.

O efeito real: o gravitomagnetismo

A relatividade geral de Einstein, na sua forma de campo fraco, diz que a gravidade tem um lado "magnético". Uma massa girando arrasta um pouco o espaço-tempo junto com ela. O efeito se chama gravitomagnetismo, ou arrasto de referencial. O nome formal é gravitoeletromagnetismo, GEM. Nada disso é marginal. É relatividade de livro-texto, e foi medida. A Gravity Probe B da NASA publicou resultados em 2011. Encontrou o arrasto de referencial da Terra no tamanho que a relatividade prevê.

Uma equação de campo gravitomagnético (GEM)(11.1)

\nabla \times B_{g} = - \frac{16 π G}{c ^{2}} j + \frac{1}{c ^{2}} \frac{\partial E _{g}}{\partial t}

What this actually says

Escrita assim, a gravidade se parece quase exatamente com o eletromagnetismo. Massa em movimento — a corrente j — faz um campo 'gravitomagnético' B_g. Carga em movimento faz um campo magnético do mesmo jeito. Isto é física real e confirmada. O problema é o tamanho. O 1/c² deixa minúsculo o campo em torno de um objeto girando em escala de laboratório. Ele é cerca de cem bilhões de bilhões de vezes mais fraco do que um efeito gravitacional útil precisa ser. Fechar essa lacuna é o jogo inteiro. É por isso que todo programa aqui recorre à matéria quântica coerente.

Definitivo O gravitomagnetismo é relatividade de campo fraco real, e o arrasto de referencial foi medido (Gravity Probe B, LAGEOS). Ele também é minúsculo. Esse número é a régua para tudo o que vem a seguir.

Um disco supercondutor girando enrolando anéis de campo gravitomagnético em precessão ao seu redor. — O arrasto de referencial, modelado: uma massa girando enrola um pouco o espaço-tempo junto consigo, desenhado como anéis de campo em precessão em torno de um disco em rotação. O efeito é real e medido; torná-lo grande é o problema em aberto. (3D interativo; degrada para o pôster.)

Os programas: amplificá-lo com matéria coerente

No início dos anos 1990 Ning Li e Douglas Torr fizeram uma proposta com um mecanismo. Dentro de um supercondutor, argumentaram, o spin coerente dos íons da rede poderia amplificar o campo gravitomagnético até níveis úteis. Eles a chamaram de "gravidade AC".

Mais ou menos na mesma época Eugene Podkletnov relatou algo mais direto. Objetos pendurados acima de um grande supercondutor de YBCO em rotação pareciam perder um pouco de peso. Ele chamou isso de blindagem gravitacional. Mais tarde descreveu um "gerador de gravidade por impulso" que disparava um feixe de força, usando uma descarga de alta tensão através de um supercondutor.

Uma massa de teste pendurada numa balança acima de um grande disco supercondutor de YBCO em rotação, com a perda de peso afirmada marcada. — O arranjo relatado por Podkletnov: uma massa de teste suspensa sobre um grande disco supercondutor em rotação — o aparato em torno do qual todo este fio é construído. (Esquema vetorial preciso.)

O que as medições dizem

Três grupos independentes fizeram o experimento da perda de peso. Woods, Cook, Bennett e Lucas (2001) não mediram mudança alguma. Hathaway, Cleveland e Bao (2003) montaram uma bancada bem instrumentada e também não mediram mudança. Avaliações financiadas pela NASA em Marshall não confirmaram um efeito. O preprint de Podkletnov de 1997 foi retirado; a pegada revisada por pares é o artigo de 1992 na Physica C.

Essas rodadas não são o fim do fio. Elas são a sua especificação. Elas fixam o tamanho que qualquer efeito real precisa superar. Também levantam a pergunta óbvia: o que as diferentes rodadas fizeram de diferente? Uma transmissão de 2026 pôs uma resposta específica sobre a mesa. Talvez o que importe seja a rapidez com que o disco é acelerado até a rotação, e não a velocidade que ele finalmente atinge. Isso transforma uma discordância entre laboratórios num número que você pode varrer.

Uma linha de sinal caindo para dentro da faixa de ruído conforme os controles melhoram ao longo de anos sucessivos. — O arco de Tajmar: um pequeno sinal inicial que encolheu conforme a blindagem e os controles melhoraram. O limite que ele deixou para trás é o número que o próximo experimento precisa superar.

A história mais instrutiva é a de Martin Tajmar. Os seus experimentos de 2006–07 relataram um pequeno "momento de London gravitomagnético" anômalo em torno de supercondutores em rotação. Foi genuinamente empolgante. Ele fez a coisa certa com aquilo e melhorou os seus próprios controles. Em rodadas com melhor blindagem, de 2009 a 2011, o sinal encolheu até o ruído, e ele publicou isso. Isso é o mapa de rota do campo, não uma retirada. O seu limite é agora o número que um efeito real precisa vencer.

Pergunta em aberto: a taxa de aceleração até a rotação fixa o tamanho do efeito? O que observar a seguir: uma rodada que declare a sua taxa de rampa de antemão, e a mudança de peso prevista, numa balança blindada.

Contestado As medições publicadas de modificação da gravidade por supercondutores discordam entre si. É isso que contestado significa aqui: sob teste ativo, com a próxima variável nomeada.

The objection · Woods 2001 / Hathaway 2003 / o próprio trabalho posterior de Tajmar

“Toda tentativa independente e cuidadosa de replicar a modificação da gravidade por supercondutores voltou em zero ou perto dele, incluindo as próprias rodadas mais bem controladas do proponente.”

The answer

Esse é um resumo justo das medições, e este capítulo as relata como elas estão. Comece pelo que é certo por baixo. O gravitomagnetismo é real, e a Gravity Probe B viu a Terra arrastar o espaço-tempo exatamente na quantidade que a relatividade prevê. Então a pergunta nunca é se o efeito existe. É se a matéria coerente consegue torná-lo grande o bastante para se notar. As rodadas que voltaram em zero dão a essa pergunta um número a superar, e o próprio limite blindado de Tajmar é o mais apertado. Duas variáveis vivas estão agora sobre a mesa: a taxa com que o disco é acelerado até a rotação e, na linha do spin nuclear, a temperatura da amostra que o teste de Stark, Grafe e Tajmar de 2024 mostrou que pode imitar uma mudança de peso. Observe a seguir uma rodada que declare a sua taxa de rampa e o tamanho do efeito previsto de antemão. É esse o experimento que este capítulo está esperando.

O que o campo acrescentou — de julho a setembro de 2026

Três fios de controle da gravidade voltaram. Um resultado novo entrou no capítulo por uma direção inesperada.

Mark Sokol apresentou a ideia de 1981 de Frederick Alzofon. Polarize os spins nucleares numa amostra, disse Alzofon, e o peso dela deve mudar. Sokol descreveu o trabalho do seu laboratório sobre isso. A ideia tem agora um teste moderno registrado. Stark, Grafe e Tajmar a rodaram em 2024 com uma máquina de RMN. Descobriram que a temperatura é a coisa que o próximo experimento precisa controlar. Uma transmissão propôs uma nova variável para o efeito do supercondutor em rotação: a rapidez com que a rotação sobe em rampa, e não a velocidade final. Isso transforma uma disputa entre laboratórios num número a varrer. Entrevistas de arquivo com os engenheiros da McDonnell Douglas Robert Wood e Paul Czysz acrescentaram um memorando real de 1968 propondo experimentos com gravidade. Uma grande empresa aeroespacial financiou essa linha de pensamento sessenta anos atrás.

O resultado novo é o artigo da cavidade de NbSe₂ do Capítulo 2. Remodele o vácuo em torno de um supercondutor e a sua temperatura crítica sobe. Essa é uma grandeza diferente do peso. Mas é a mesma família de física de que trata este capítulo, e é revisada por pares. A elevação do disco em rotação de Laithwaite, de 1974, deu uma boa demonstração de sala de aula de como os giroscópios se comportam. Registro de pesquisa. A fase e a coerência — o fio que une o momento de London, a quantização de fluxo e as matrizes de junções — têm o seu próprio curso: fase quântica e coerência. Para a física das junções em si — as duas relações de Josephson, SQUIDs, qubits e matrizes de junções — faça o curso a fundo sobre a junção Josephson.

Onde cada afirmação está

O gravitomagnetismo é relatividade de campo fraco real; o arrasto de referencial foi medido. Definitivo
A matéria quântica coerente pode amplificá-lo até níveis úteis (a "gravidade AC" de Li–Torr). Especulativo
O efeito de perda de peso de Podkletnov é real. Contestado (as medições discordam; sob teste ativo).
O sinal inicial de momento de London de Tajmar era um efeito novo. Contestado (as suas próprias rodadas blindadas fixam o limite atual).
Polarizar spins nucleares muda o peso de uma amostra (Alzofon). Especulativo
O que resolveria a questão: uma rodada de aceleração até a rotação que declare de antemão a sua taxa de rampa e a mudança de peso prevista. Para a linha do spin nuclear, um teste ao estilo de Alzofon com a temperatura controlada que ainda assim mostre um deslocamento.

Fontes

Primárias - os programas

N. Li & D. Torr (1991), "Effects of a gravitomagnetic field on pure superconductors," Phys. Rev. D 43, 457; (1992) Phys. Rev. B 46, 5489 - a proposta de amplificação.
E. Podkletnov & R. Nieminen (1992), "A possibility of gravitational force shielding by bulk YBa2Cu3O7-x superconductor," Physica C 203, 441 - a origem revisada por pares (o preprint posterior de 1997 foi retirado).
E. Podkletnov & G. Modanese (2001), "Impulse gravity generator...," arXiv:physics/0011026 / physics/0209051. (Baixado.)

Gravitomagnetismo real - a régua (além do corpus de fontes)

B. Mashhoon (2003), "Gravitoelectromagnetism: a brief review," arXiv:gr-qc/0311030 - o GEM é relatividade de campo fraco real; o campo em escala de laboratório é ~1e-20 dos efeitos afirmados.
C. Everitt et al. (2011), "Gravity Probe B: Final Results...," Phys. Rev. Lett. 106, 221101 - mediu o arrasto de referencial no seu minúsculo tamanho previsto.

Onde a física é trabalhada

M. Tajmar et al. (2006-2011): gr-qc/0603033, arXiv:0707.3806 - um sinal inicial, e depois as rodadas mais bem controladas do próprio proponente fixando o limite publicado mais apertado sobre ele. (Baixado.)
Rodadas independentes de Podkletnov: Woods, Cook, Bennett & Lucas (2001), AIAA 2001-3363; Hathaway, Cleveland & Bao (2003), Physica C 385, 488 - nenhuma mudança de peso medida. Elas fixam o tamanho que um efeito real precisa superar.

Onde está a replicação: os relatos positivos são um aglomerado ralo, e as rodadas mais bem instrumentadas não mediram nada. Os fios de 2026 respondem com uma variável que ninguém varreu - a taxa de aceleração até a rotação - e é isso que torna um efeito disputado testável de novo.