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Volar a las estrellas arrugando el espacio

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Hiperespacio    ~    Comentarios Comments (6)

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Física

Reportaje en El Español

 

Las ondas gravitatorias recién descubiertas ilustran la deformación del tejido del universo, un concepto aplicable a los viajes más rápidos que la luz, aunque solo según la teoría.

Volar a las estrellas arrugando el espacio

 

Volar a las estrellas arrugando el espacio Ricky Brian / Patrick Montgomery Paramount

Javier Yanes
 

 

Mientras elaboraba su tesis doctoral en la Universidad de Gales, el físico mexicano Miguel Alcubierre veía un capítulo de Star Trek: La nueva generación, cuando tuvo una idea. Las naves de la serie se desplazan por el espacio a velocidades superiores a la de la luz gracias a sus warp drives o impulsores de curvatura, sistemas capaces de deformar el tejido del espacio-tiempo. ¿Sería posible proporcionar a los protagonistas de la serie un modelo teórico real que encajara con las ecuaciones de la relatividad general de Einstein?

Alcubierre, que hoy dirige el Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México, lo consiguió. Y a la hora de poner un nombre a su hipotético propulsor, a sugerencia de su director de tesis, el físico hizo “un guiño a la ciencia ficción” y mantuvo el término warp drive, según cuenta a EL ESPAÑOL. Sin embargo, y desde la publicación de su teoría en 1994, la comunidad física se refiere a su propuesta como Alcubierre drive.

              Arrugas en la alfombra cósmica

Esta semana hemos asistido al anuncio histórico de la primera detección de ondas gravitatorias, pequeñas sacudidas en el tejido del espacio-tiempo tal como lo definió Albert Einstein en su teoría general de la relatividad. Estas ondas creadas por las masas son normalmente minúsculas e indetectables; pero las producidas por un cataclismo entre objetos inmensamente pesados, como la fusión de dos agujeros negros, pueden llegar a cazarse en la Tierra gracias a la ínfima variación de longitud que provocan en un túnel alargado, lo que modifica el tiempo que la luz tarda en recorrerlo de un extremo a otro.

En esta deformación del espacio-tiempo se basa también la idea de Alcubierre. El físico mexicano imaginó una nave rodeada por una burbuja que es capaz de contraer el espacio-tiempo por delante de ella y expandirlo por detrás, avanzando en su arruga espacio-temporal como un surfista navega sobre una ola. Así, si queremos volar a una estrella lejana, no es la nave la que se aproxima a su destino, sino este el que se acerca gracias a esos pliegues en la alfombra cósmica.

                                      Recreación de estos hipotéticos viajes. Les Bossinas NASA

 

“El objeto se mueve sin moverse en realidad”, dice el físico; “es el espacio el que hace el trabajo”. El modelo permite, según su autor, “viajar a velocidades arbitrarias, incluso mayores que las de la luz”, ya que en realidad la nave no quebranta este límite físico respecto a su entorno local. Y en un experimento mental ya clásico sobre los viajes a velocidad superluminal, si los tripulantes de la nave encendieran los faros delanteros, verían el chorro de luz proyectado hacia delante, ya que la luz emitida seguiría moviéndose más aprisa que el vehículo dentro de la burbuja.

La publicación del modelo de Alcubierre provocó a su vez una onda expansiva en su propio tejido espacio-temporal, el de la física teórica a finales del siglo XX. Desde entonces, las cinco páginas del estudio del mexicano han sido descargadas de la web de la revista Classical and Quantum Gravity más de 25.000 veces, y su trabajo ha sido citado en más de un centenar de artículos, además de haber motivado obras de ciencia ficción y locas especulaciones en la imaginación popular.

Energía negativa y materia exótica

 

 

Claro que, en física, de la teoría a la práctica a menudo media una distancia tan insalvable como la del espacio interestelar. El primer problema fundamental de la burbuja de Alcubierre es la propia burbuja. “Para producir esta distorsión del espacio se requiere de algo que llamamos energía negativa, que es esencialmente equivalente a la anti-gravedad”, apunta el físico; “y hasta donde sabemos, eso no existe”, zanja. En la física clásica, la que podemos experimentar en nuestra vida diaria, hablar de energía negativa es un concepto tan absurdo como tratar de encender la oscuridad. “Pero en el extraño mundo de la mecánica cuántica, de hecho se predice la existencia de la energía negativa”, precisa a este diario el matemático de la Universidad Estatal Central de Connecticut (EEUU) Thomas Roman.

Según explica Roman, en 1992 el físico Stephen Hawking demostró que la energía negativa es un elemento necesario para viajar hacia atrás en el tiempo. En física, la idea de desplazarse más rápido que la luz está íntimamente ligada a la del viaje temporal, ya que sería posible sentarnos en una posición en la que viéramos cómo una señal transmitida a velocidad superluminal llega a su destinatario antes de haber sido enviada por el emisor. La energía negativa nace de la aplicación de estas condiciones a las ecuaciones de Einstein; por lo tanto, si se coloca en las fórmulas no sólo rompe la barrera de la luz, aunque sea en el papel, sino que también nos regala un billete al pasado.

Pero aunque la física cuántica teórica permita la existencia de esta energía, no es tan fácil obligar a la realidad a que lo acepte. Según la relatividad especial de Einstein, masa y energía son dos caras de una misma moneda (la famosa E=mc2), por lo que la energía negativa equivale a un tipo de materia que no tenemos, y que los físicos denominan “exótica”. “Las curvaturas del warp drive solo pueden ser causadas por este tipo de materia hipotética”, señala a EL ESPAÑOL Carlos Barceló, físico teórico del Instituto Astrofísico de Andalucía del CSIC (IAA). Barceló expone que “la materia que conocemos no tiene estas características”; pero del mismo modo que la física de partículas predice la energía negativa, “se ha especulado que quizá podría haber situaciones cuánticas en las que se genere materia de este tipo”.

Una nave sin control

El de la energía negativa, o la materia exótica, no es el único obstáculo en el modelo de Alcubierre. Su propio autor opone una segunda gran pega, el llamado “problema del horizonte”. Dado que el frente de la burbuja se desplazaría a una velocidad aparente mayor que la de la luz, los pilotos de la nave no podrían acceder a él, y esto tendría consecuencias bastante indeseables. Por un lado, no podrían enviar señales para detener o dirigir la burbuja, por lo que continuarían viajando indefinidamente a menos que la pompa estallara o alguien desde fuera hiciera algo al respecto.

¿Cómo serían este tipo de viajes?

¿Cómo serían este tipo de viajes? NASA

Pero también, y dado que los tripulantes de la nave estarían desconectados del exterior de la burbuja, si fuera posible crear una infraestructura que permitiera el desplazamiento –como han sugerido algunos teóricos–, ésta no podría ser colocada durante el propio viaje, como hacían los constructores de los ferrocarriles que iban tendiendo las vías a medida que la locomotora avanzaba. En este caso la locomotora no tendría puertas para salir al exterior, por lo que las vías deberían ser colocadas por un equipo que viajara a pie, o en este caso en una nave convencional, y por tanto muy lenta.

“Todo apunta a que la naturaleza rechaza la formación de burbujas como las de Alcubierre”, concluye Barceló. El físico del IAA agrega que además existen “problemas de inestabilidad“: en concreto, las altas temperaturas en el interior de la burbuja no solo la destruirían, sino que incinerarían todo su contenido, nave y tripulantes. El propio Alcubierre admite que su experimento mental no tiene “ninguna aplicación práctica hasta la fecha, y no la puede haber mientras los problemas mencionados no se puedan resolver, si es que tienen solución, que pueden muy bien no tenerla”.

Imposible, pero nada lo es

 

Y a pesar de todas las objeciones en contra, la cuestión de los propulsores de curvatura continúa provocando encendidas discusiones entre los físicos. Para los teóricos es puramente una manera de explotar las posibilidades de las ecuaciones, pero las conjeturas nacidas a raíz de algunos resultados experimentales afloran periódicamente a la luz pública, para entusiasmo de unos e indignación de otros.

Hace pocos meses, un grupo heterodoxo de la NASA llamado Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada, o Eagleworks, causó una conmoción al sugerir que había construido un tipo de propulsor llamado EmDrive que se opone a toda la lógica física y en el que algunos teóricos ven la posibilidad de crear burbujas de distorsión del espacio-tiempo. El asunto fue tan comentado en los medios como irritante para la propia NASA, que prohibió a los ingenieros de Eagleworks pronunciarse públicamente. A raíz de aquello, la agencia archivó los artículos de su web relacionados con la idea del warp drive, reemplazándolos por una declaración que afirma: “Warp Drive o cualquier otro término para viajes más rápidos que la luz aún no son más que una especulación. El grueso del conocimiento científico concluye que esto es imposible”.

Al menos por el momento, deberemos conformarnos con posibilidades más al alcance de la tecnología. La NASA investiga activamente en el campo de los propulsores iónicos, una opción que no permitirá los viajes interestelares pero sí romper nuestras fronteras actuales, y que para Alcubierre “son de momento los sistemas más prometedores”. En un futuro muy lejano, imagina el físico, tal vez lleguemos a construir cohetes de antimateria; “pero de momento es ciencia ficción”, concluye. Respecto a lo que pueda depararnos el futuro, nos queda el consuelo de Barceló: “En ciencia natural nunca se puede decir de nada que es imposible”.

 

  1. 1
    Fandila
    el 15 de febrero del 2016 a las 4:18

    Los elementos del espacio tiempo, los del vacío “hacen surfing” sobre las “olas” de las ondas gravitacionales.
    ¿Y el resto?: el polvo cósmico y demás partículas, residuos estelares, ondas de  materia… qué ocurre si interaccionan con   la ondas gravitacionales. Cómo saber si luego de dar tantos tumbos por esos anchos espacios lo que se recibe puede describir fehacientemente la fuente de procedencia. ¿Las interacciones a tan largas distancias serán tan claras como parece?
    Habrá que ir pensando en como detectar las dichas ondas gravitacionales para cualquier masa, según movimientos internos, y por muy pequeñas que sean.
    Algo de tan poca intensidad para masas pequeñas, planteará los mismos problemas en cuanto a su oscuridad, como los que se presentan para las dimensiones más allá de Planck. En definitiva estas ondas pueden ser por ahora un instrumento para muy larga distancia, que es donde se ubican las fuentes hasta ahora exploradas. Esperemos que sus interacciones  con microondas, es decir muy pequeñas, puedan servir para detectarlas (¿?)
    Si las microondas gravitacinales existen, y nada hay en su contra, resultará que ellas sean el “criadero” de los llamados gravitones. Para la fuerza gravitatoria en sí, qué más da el proceso de esa presión del vacío que suponemos como su origen, y que al mismo tiempo supone también la expansión. Porque la ondas grav. se generan, en, y por intermedio del “Vacío”.
    ¿Las ondas gravitacionales sobre las masas y la presión del vacío sobre las masas, son equivalentes? ¿O son dos procesos no iguales que se ayudan mutuamente?

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  2. 2
    Fandila
    el 15 de febrero del 2016 a las 6:34

    “Volar a las estrellas arrugando el espacio”
    Creo que no es posible arrugar el espacio. El vacío todo lo ocupa, el interior y el exterior. todo lo permea. El vacío no puede arrugarse pero sí moverse u oscilarse. Conseguir un vacío super significaría conseguir una depresión equivalente a la de todo el Universo que lo rodea. Tal vez una superficie esférica de material altamente compacto, como el del punto singular de un agujero negro pudiera ser una solución, pero de dónde sacar un material así que no se descomponga de nuevo. Que no dejara ni un “poro” para la entrada de elementos del vacío externo. Que se comporte a la inversa de agujero negro, es decir que ya nada pueda atravesarlo.
    Saludos

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    • 2.1
      emilio silvera
      el 15 de febrero del 2016 a las 8:10

       Amigo Fandila, hace algunos años no tenía inconveniente en negar algunas cuestiones que se publicaban y, con el paso del tiempo, he aprendido a ser más prudente y, lo único que digo ante tales noticias es que… con el Tiempo podría ser posible que se encontrara el camino….
      Mira lo que dicen los de la NASA:
       
      “La NASA diseña una nave Star Trek para ir a las estrellas mucho más rápido que la luz
      Utilizará enormes cantidades de energía para expandir y contraer el espacio para generar una ‘burbuja warp’

      La investigación se encuentra todavía en pequeña escala y está a años luz de distancia de cualquier tipo de motor que podría construirse en una nave espacial como la Enterprise

      La NASA ha presentado el diseño de un prototipo de nave similar a la de Star Trek que “podría hacer de los viajes interestelares una realidad”.

      Este trabajo está liderado por el investigador Harold White, conocido por sugerir que viajar más rápido que la luz (FTL) es posible, en colaboración con el artista Mark Rademaker.

      Concretamente, White ha señalado que el uso del empuje ‘Warp’ –que permitiría propulsar una nave espacial a una velocidad equivalente a varios múltiplos de la velocidad de la luz– es viable y que este tipo de naves podrían jugar con el espacio-tiempo y cubrir grandes distancias casi instantáneamente.

      Como vez no se trata de superar la velocidad de la luz (que parece que no será posible, al ser una imposibilidad física que impone el Universo), sino de buscar otros caminos para que la podamos burlar.
      En fin, a estas alturas, cualquier cosa que digan podría ser posible.

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  3. 3
    Fandila
    el 15 de febrero del 2016 a las 18:11

    ESo es así de cierto Emilio. Sin embargo leo con asombro como existen estrellas cuya velocidad de desplazamiento es altísima. La velocidad no se expresa en concreto, pero casi se expecula que sea comparable a la de la luz.
    ¿Se trataría de un proceso semejante al Warp?
    Lo único que por ahora se vincula con algo natural, que sea más rápido que la luz, son los taquiones. pero serán muy pequeños. ¿Sería posible conseguir una gran nube de dichos elementos en la que se desplazara una nave, o mediante un reactor que emita dichos elementos?
    Por otro lado el entrelazamiento material no puede ser ningún misterio, alguna forma habrá de explicarlo.  Algo ha de haber que sea capaz de la comunicación-desplazamiento instantaneo, o no, dependiendo de la dimensión material de qué se trate. El tiempo y la investigación cada vez más precisa lo irán diciendo.

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  4. 4
    kike
    el 15 de febrero del 2016 a las 19:50

    Hay todavía (y durante muchísimo tiempo supongo), gran cantidad de misterios en el  universo; en realidad es como si nos empezáramos a asomar a una ventana en una gran urbe; por supuesto mucho más exagerado; nos falta mucho por ver.

     Supongo que conocereis la noticia de que los japoneses han encontrado un átomo con cuatro neutrones, sin protones; lo que parece violar el principio de exclusión de Pauli.

     En la expansión del universo, galaxias enteras se pueden “desplazar” mucho más rápido que la velocidad c., pero en realidad ni se están moviendo, simplemente “cabalgan” en una zona del espacio-tiempo que se dilata contínuamente, por lo que los extremos ante un hipotético observador se separan a una tremenda velocidad.

     Seguramente esa continua creación de espacio-tiempo tendrá mucho que decir para cuando querramos viajar a una velocidad suficiente para alcanzar estrellas lejanas.

     Vendría a ser como he leido hace poco, un símil interesante; el espacio-tiempo se crea tal y como ocurre con el océano atlántico, que a través de su dorsal se dota contínuamente de nuevo material que empuja a los continentes en sentidos opuestos.

    Saludos a todos. 

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  5. 5
    Fandila
    el 16 de febrero del 2016 a las 1:04

    También yo me planteo lo mismo.
    ¿La expansión es más veloz que la luz? Así parece. Los componentes del vacío que provocan la expansión son más veloces que la luz. Se trataría de quationes en cuanto a su velocidad, y ésta es mayor cuanto menor es su masa. Pero estas dimensiones “másicas” se incluyen progresivamente y como amalgamadas, en el vacío. No es de extrañar por tanto que pese a la infinidad del conjunto, globalmente se dé una velocidad de expansión concreta que va aumentando progresivamente a medida que se disgregan indefinidamente.
    Esto último resultaría ser lo más peliagudo, pues se explicaría si el potencial de cada elemento es infinito. Es decir, cuando la presión primigenia va decayendo, esos elementos que mayoritariamente pueden ser aglomeraciones de otros menores, debidas a la gravedad, la imperante en esas dimensiones, comienzan a disgregarse en sus componentes y así progresivamente cuando las presiones, y por tanto la temperatura, van decayendo. La gravedad disminuye y se incrementa el electromagnetismo. Estas materias oscuras no pueden confundirse con la materia normal o la que le sea más cercana, pues se mantienen estables, y no se expanden o muy poco.
    No podemos confundir el espacio tiempo, un volumen que varía con el tiempo, con la materia normal o la oscura que alberga. Como no podemos confundir el mar y los peces. Los peces no pueden cambiar el volumen por más bancos que conformen o por más presión que originen en su movimiento. Con la diferencia que en el caso de partículas y elementos, estos vienen a ser como “burbujas en el vacío”, y así sus componentes, cuyo interior también se inunda de “vacío”. Otra cosa será que puedan darse pequeños espacio tiempos, pequeños frente al Universo que los alberga, que puedan condensarse y expandirse, de manera relativa. Solo el punto singular inicio del Universo sigue siendo una incognita. En el deberían darse una concentración infinita, pero de pequeños puntos singulares a su vez, que desde él, “desparramados”, dieran origen no solo a la expansión sino a toda la materia, normal o no, que existe.
    Yo así lo pienso, kike.

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