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por Pablo Criado Boado
25 Abril
2021
del Sitio Web
Tendencias21
Creación artística de
espacio humano fuera de la Tierra.
NASA
En teoría es posible disponer de una nave hiperlumínica que nos
permitiría ir a la Estrella Polar a tomar un té y volver a casa para
cenar con la familia.
Esa hipotética nave es
compatible con la
Teoría General
de la Relatividad y además
realizable, siempre que dispongamos de la tecnología para manipular
a antojo la energía (masa-energía) negativa.
Una reciente investigación en el campo de la Relatividad General
sobre los "motores curvatura" ("warp
drives") parece haber sido mayoritariamente
malinterpretada.
Establece que es
teóricamente posible que existan móviles warp hiperlumínicos,
pero no que sea posible construir vehículos warp hiperlumínicos
dentro de los que viajar, más bien lo contrario.
El origen del lío, los
entresijos de la Relatividad...
Recientemente se ha hablado mucho de un artículo científico
publicado hace unos meses (septiembre de 2020) sobre los "warp
drives" o "motores de curvatura" de Star Trek, pero desde la
perspectiva de la física formal.
Esto es, la física de
la Teoría General de la Relatividad, la magna obra salida de la
imaginación de Einstein...
Como la cosa movía mi
curiosidad, me dispuse a dedicar tiempo a estudiarla.
Los resultados fueron
completamente inesperados y, por tanto, interesantes. Eso creo yo...
Por doquier se ha dicho que el mencionado artículo prueba que dichos
motores de curvatura son posibles (léase, compatibles con el
conocimiento físico actual) y, por tanto, es teóricamente posible
construir vehículos hiperlumínicos.
Esto nos permitiría desdecir al comandante Joseph Cooper
(Interstellar) en su frase que citamos en el artículo de la semana
pasada, sobre la nueva tecnología de propulsión por manipulación
magnética de plasma que nos permitirá
reducir drásticamente la duración
del viaje
a Marte.
En efecto, dado que ningún tipo de propulsión nos permite superar
la velocidad de la luz (así nos lo impone la
Teoría de la
Relatividad Especial, el hermano pequeño de la Relatividad General)
podríamos replicar a Cooper:
no, amigo, no es
cierto que "la única forma que conocen los humanos de llegar a
alguna parte es dejando algo atrás"...
Pues bien, según he
podido ver, las cosas no son así.
Basado en el estudio de
ese artículo, así como de un artículo muy anterior que fue el que
abrió el melón de los "warp drives", he visto que la afirmación
anterior es falsa.
El artículo reciente no dice que podamos construir vehículos
hiperlumínicos. Todo lo contrario, establece que no son posibles en
tanto que vehículos de transporte. Pero, a pesar de ello, podría ser
que dichos vehículos aun resulten factibles.
Si bien esto último está
por verse...
Pues bien, por si quiere usted acompañarme, en lo que sigue voy a
contar lo que esos dos artículos dicen y no dicen sobre la cuestión
de los "warp drives" desde su perspectiva de física académica.
Iba a escribir "física seria" pero, por un lado, conozco bastantes
físicos y físicas con mucho salero y, por otro, Star Trek y la
ciencia ficción en general me parecen cosas muy serias.
¿Por qué decir "física
seria" cuando solo queremos decir "buena física", con independencia
de que ésta haya sido creada por un físico serio o por una física
jovial?
Como aperitivo, dado que todo esto se fundamenta en la Teoría
General de la Relatividad, unas breves palabras sobre ella:
La Relatividad
General es una teoría científica que explica el universo físico
como sustentado por un tejido de espacio y tiempo acoplados, y
cuya curvatura es la gravedad.
Escrita en el
intimidatorio lenguaje matemático de la geometría diferencial,
lo que en líneas generales nos narra es que:
"el
espacio-tiempo le dice a la materia (léase, masa-energía)
cómo moverse y la materia le dice al espacio-tiempo cómo
curvarse" (en palabras del físico teórico John Archibald
Wheeler).
Empecemos por
el principio: primer artículo
El primer artículo (por orden cronológico) data de 1994 y fue
escrito por
Miguel Alcubierre, un físico teórico mejicano
especializado en relatividad general que actualmente dirige el
Departamento de Gravitación y Teoría de Campos de la Universidad
Nacional Autónoma de México.
Ha trabajado en varios campos, entre otros, simulación numérica de
la Relatividad General, teorías alternativas de la gravitación y
solitones gravitatorios (ondas de espacio-tiempo solitarias) que
podrían hacer compatible la gran teoría de Einstein con el principio
de no-localidad que opera en física quántica.
Sí, hablamos aquí de "entrelazamiento quántico" o, según lo apodó
Einstein, "esa acción a distancia espeluznante" y cuyas objeciones
al respecto están recogidas en
este artículo de 1937 del que es
coautor.
Pero esa es otra
historia...
Como hemos dicho, en 1994 Alcubierre
publicó su artículo describiendo un
modelo matemático que permite viajar a la velocidad de la luz y que,
según él mismo cuenta, se le ocurrió viendo un episodio de Star Trek.
Fue el primero en
hacerlo. No en ver un episodio de Star Trek… sino en concebir un
vehículo para hacer turismo espacial de larga distancia de manera
compatible con el aparato matemático de la Relatividad General.
Y eso lo demostró describiendo la matemática fundamental de un
ejemplo concreto de vehículo tal.
Esto es, encontrando una
métrica dentro de un volumen finito (el encerrado por la carrocería
del vehículo) de forma que:
-
dentro de dicho
volumen el mundo es tal y como el de la Tierra, hecho de
espacio-tiempo esencialmente plano, sin curvatura (y ese es
el habitáculo del vehículo)
-
fuera de él ídem
(y ese es el exterior del vehículo)
-
dicho volumen se
puede acelerar a velocidades arbitrariamente grandes
(incluso por encima de la velocidad de la luz), y esto a
base de manipular la métrica
-
el tiempo dentro
del habitáculo discurre al mismo ritmo que el tiempo en el
exterior del vehículo (esto es, sin dilatación temporal o
"paradoja de los gemelos")
-
todo ello… sin
violar la Relatividad General y, por tanto, tampoco la
Relatividad Restringida (¡voilá!)
Repasando las condiciones
vemos que sí, caramba, estamos hablando de un pedazo de nave
espacial.
Una del tipo que nos
permitiría,
"ir a tomar el té a
………… (ponga usted el nombre de su estrella favorita) y estar de
vuelta en casa para cenar con la familia" (parafraseando al
propio Alcubierre en su charla TED):
Ahora bien,
¿qué es eso
que hemos llamado "métrica"?
Pues bien, en la
imponente maquinaria de relojería de la matemática de la Relatividad
General, las "métricas" son los engranajes mediante los cuales,
"el espacio-tiempo
dice a la materia cómo moverse" (la mitad del adagio de Wheeler
que mencionamos arriba).
¿Pero cómo es que
conseguimos esto?:
haciendo que la nave
vaya comprimiendo el espacio que tiene delante mientras va
expandiendo el espacio que tiene detrás. Como un gusano que se
alimentara de espacio, comiendo espacio y evacuando espacio.
Considero probable que
esta fuese la intuición que Alcubierre tuvo mientras veía Star Trek.
Apoyada por el hecho de
que está aceptado desde hace tiempo por la física (la cosmología),
que el universo recién nacido experimentó la llamada "inflación
cósmica".
Un proceso mediante el cual el cosmos se agigantó de forma
espectacular sin que nada se moviese...
No fue la materia la que
se separó, sino el propio tejido del espacio-tiempo el que se
dilató.
Esta figura extraída del artículo de Alcubierre
nos
muestra cómo, en cada instante,
el
espacio está contraído en la proa (derecha)
y
expandido en la popa (izquierda).
¿Qué dice el
segundo artículo?
El vehículo de Alcubierre no es gratis. Para nada...
Su diseño (su métrica)
requiere ingentes cantidades de materia y, además, viola las
condiciones de energía.
Ojo, no estamos
hablando aquí del principio de conservación de la energía.
No, las condiciones
de energía son unas condiciones que se añaden a la Teoría
General de la Relatividad dado que esta, por si sola, resulta
demasiado permisiva y es compatible con configuraciones del
espacio-tiempo que el estado de conocimiento de la física ha
venido considerando irreales.
En términos generales, lo
que estas condiciones establecen es que la masa o la energía (que la
misma cosa son) deben ser siempre positivas.
Pues bien, la métrica de Alcubierre no solo necesita ingentes
cantidades de masa-energía, sino que, además, requiere masa-energía
negativa.
Uno de los tipos de
la comúnmente llamada "materia exótica"...
Ahora bien, tal y como
hemos contado en otro artículo, se van acumulando evidencias
experimentales de
constatación y creación de pequeñas cantidades
de masa negativa.
Y es aquí donde entra el segundo artículo, el publicado en
septiembre de 2020 por Alexey Bobrick y Gianni Martire,
dos físicos del Advanced Propulsion Laboratory (APL) dentro
del grupo independiente Applied Physics.
Quizás no está de más
recordar aquí que la ciencia, al contrario que otras instituciones
humanas, no se rige por el principio de autoridad.
Por ejemplo, cuando
Einstein publicó su imponente serie de artículos de 1905 era,
"un oscuro empleado
de una oficina de patentes de Berna",
...motivo por el cual
muchos no le prestaron atención (y la anterior es una célebre frase
hecha que seguramente ha inspirado a miles y miles de físicos y
físicas por todo el mundo).
En ese artículo, Bobrick y Martire sistematizan, optimizan y
generalizan toda la cuestión de los "warp drives".
Definen de forma
sistemática y ampliada todo el conjunto de métricas que pueden
dar lugar a artefactos móviles por el método de
contracción-expansión de espacio, ya sean sublumínicos o
hiperlumínicos.
Y optimizan su
compatibilidad con la mecánica quántica, la cantidad de
masa-energía que requieren y, en concreto, la cantidad de masa
negativa que involucran.
Ahora bien, establecen
que la métrica de Alcubierre, al ser dependiente del tiempo,
viola el principio fundamental de conservación del cuadri-momento
(lo desgranamos en el apartado final).
De hecho, establecen que todo móvil warp viable es un móvil que, por
sí mismo, se mueve a velocidad constante (un móvil inercial según
Newton) y que, por tanto, requiere de propulsión externa a él para
alcanzar dicha velocidad.
Es por eso que sus "warp drives" son móviles warp, pero no
vehículos warp prácticos y, menos aún, vehículos warp
hiperlumínicos.
Para ser vehículos
tendríamos que podernos montar.
Y para podernos
montar en ellos, hace falta que estén parados respecto a
nosotros.
Una vez dentro, sí
podremos acelerarlos, con propulsión exterior, por medio de la
técnica Cooper ("dejando algo atrás").
Pero desde luego no a
velocidades hiperlumínicas porque, según la Teoría de la
Relatividad Especial, impulsar algo con masa no nula hasta la
velocidad de la luz requiere una cantidad infinita de energía.
Conclusión
Personalmente no me parece probable que Alcubierre haya cometido el
error de violar el principio de conservación del cuadri-momento.
Aunque claro, todo puede
ser...
El cuadri-momento es la pieza de la Teoría de la Relatividad
(tanto Especial como General) que incluye, en uno, el momento lineal
newtoniano (cantidad de movimiento) y la energía.
Por tanto, su principio
de conservación incluye, también en uno, el principio de
conservación del momento lineal y el principio de conservación de la
energía. ¡Ambos!
Así que, violarlo… no es cuestión menor.
Lo que sospecho es que, como la métrica de Alcubierre es
dependiente del tiempo, estamos hablando de una nave hecha con
una carrocería dinámica (que varía con el tiempo).
Por tanto, su
maquinaria interior tendrá que ejercer cambios en ella.
Y es la realización
de esos cambios, el proceso que podría explicar la conservación
del cuadri-momento.
En definitiva, y
suponiendo que mi sospecha no es incorrecta (aceptaría una apuesta
razonable, pero nada más...), un vehículo hiperlumínico
seguiría siendo compatible con la Teoría General de la Relatividad,
y además realizable, siempre que dispongamos de la tecnología para
manipular a antojo la energía (masa-energía) negativa.
En tal caso, sí podríamos decir al comandante Cooper que
estaba equivocado:
dejar algo atrás ya
no sería la única forma que conocen los humanos de llegar a
alguna parte.
Así, suponiendo que no
nos auto-aniquilemos antes, que superemos nuestra presente crisis de
adolescencia civilizatoria (ya prolongada, pero ahora
en estado especialmente agudo)…
podríamos convertirnos en una civilización galáctica,
ya puestos a
desdecir, desdiciendo también a Fermi y su paradoja...
Referencias
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