Burbujas de deformación: la NASA manipula el espacio-tiempo para lograr un viaje más rápido que la luz
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| Crédito: Adrian Mann |
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| Crédito: Robert Markowitz |
"El espacio se ha expandido desde el Big Bang hace 13,7 mil millones de años", dijo Harold "Sonny" White (der.), director de Eagleworks Laboratories: Advanced Propulsion de la NASA. "Y sabemos que cuando miras algunos de los modelos de cosmología, hubo períodos tempranos del universo donde hubo una inflación explosiva, donde dos puntos se habrían ido alejando unos de otros a velocidades muy rápidas. La naturaleza puede hacerlo. Entonces la pregunta es, ¿podemos hacerlo?"
En los últimos años ha habido indicios de que la NASA podría estar en el camino para descubrir burbujas de deformación que podrían hacer que el universo local sea accesible para la exploración humana. Los científicos de la NASA pueden estar cerca de estar anunciando que pueden haber roto la velocidad de la luz. De acuerdo con la teoría del estado del arte, una unidad de deformación (warp drive) podría reducir el tiempo de viaje entre las estrellas de decenas de miles de años a semanas o meses. Dicen que han encontrado una manera de configurar la materia hipotética de energía negativa para que la deformación pueda lograrse con una masa equivalente a la nave espacial Voyager.
"Lo que esto hace es mover la idea de la categoría de completamente imposible a tal vez plausible", dijo White en una charla en el Centro de Investigación Ames de la NASA en 2014. "No dice nada sobre lo factible. Y así, desafortunadamente, ese punto generalmente se pierde mucho”.
Según informes recientes, los científicos de la NASA están investigando la viabilidad de la unidad de deformación (y EMdrive y una serie de otros modos más rápidos que los viajes de luz); sin embargo, la mayoría de los científicos piensan que tales formas de viajes espaciales simplemente no son viables, gracias a la física fundamental de nuestro universo.
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| Crédito: azcentral.com |
"Viajar de forma rutinaria entre las estrellas es imposible sin nuevos descubrimientos sobre la estructura del espacio y el tiempo, o la capacidad de manipularlo para nuestras necesidades", dice Neil deGrasse Tyson (der.), el astrofísico "famoso de Cosmos" en el Museo Americano de Historia Natural, dijo. "Según mi opinión, la idea de una unidad de deformación en funcionamiento sigue siendo inverosímil, pero la verdadera conclusión es que la gente lo está pensando, recordándonos que la necesidad de explorar continúa siendo profunda en nuestra especie".
El catalizador para la excitación de la unidad de deformación es el Electromagnetic Drive o EM Drive, un propulsor que fue diseñado para dirigir cohetes que elimina el uso de un propulsor originalmente destinado a misiones a la Luna, a Marte y operaciones de órbita terrestre baja (LEO). El experimento que llevó a la posibilidad de un viaje interestelar más rápido que la luz tuvo lugar en el vacío del espacio.
De acuerdo con las publicaciones en NASASpaceFlight.com, un sitio web dedicado a la parte de ingeniería de las noticias espaciales, cuando los láseres se dispararon a través de la cámara de resonancia del EmDrive, algunos de los haces parecían viajar más rápido que la velocidad de la luz. Si eso es cierto, significaría que el EmDrive está produciendo un campo o burbuja de deformación.
Pero "¿cómo?" Si los rayos láser se mueven más rápido que la velocidad de la luz, eso indicaría que están creando algún tipo de campo de deformación, o burbuja en la espuma del espacio-tiempo, que a su vez produce el empuje que podría, en teoría, impulsar una nave espacial con destino al centro de la Vía Láctea o a una de sus galaxias satélites enanas.
La burbuja contraería el espacio-tiempo frente a la nave, fluiría sobre la nave y luego se expandiría hacia la normalidad detrás de la nave. Es inexacto describir a la nave espacial como moviéndose más rápido que la velocidad de la luz, sino que es más bien el espacio-tiempo que se mueve alrededor de la nave más rápido que la velocidad de la luz.
Harold White y otros ingenieros de la NASA están tratando de determinar si un viaje más rápido que la luz, con la unidad de deformación, podría ser posible algún día. El equipo ha intentado deformar ligeramente la trayectoria de un fotón, cambiando la distancia que recorre en un área determinada y luego observar el cambio con un dispositivo llamado interferómetro.
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| Crédito: scoopnest.com |
En 1994, un físico mexicano, Miguel Alcubierre (der.), ahora director del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México, teorizó que las velocidades más rápidas que la luz eran posibles de una manera que no contradecía a Einstein al aprovechar la expansión y la contracción del espacio en sí mismo mediante la construcción de una solución especial para las ecuaciones de la relatividad general que describían una "burbuja de deformación". La burbuja reduciría el espacio en el frente y lo expandiría en la parte posterior, y una nave espacial dentro de la burbuja parecería moverse a una velocidad más rápida que luz aunque permanezca estacionaria.
Por ejemplo, escribe Kenneth Chang en el New York Times, “Alpha Centauri, el sistema estelar más cercano, está a 4,4 años luz. Pon una nave en una burbuja de deformación. Reduzca la distancia frente a la nave estelar a un par de pulgadas, expanda el espacio detrás de ella a 4,4 años luz y luego saque la nave de la burbuja. Voilà! La nave espacial llega a Alpha Centauri, en menos de 4,4 años, se necesitaría un rayo de luz para recorrer esa distancia".
"Me hizo pensar", dijo el Dr. Alcubierre, "si hubiera alguna forma en la que pudieras encontrar una geometría del espacio-tiempo que fuera similar a esta idea de la unidad de deformación en la ciencia ficción que te permitiera viajar más rápido que la luz".
Alcubierre propuso un nuevo tipo de tecnología que nos permitiría viajar 10 veces más rápido que la velocidad de la luz sin romper realmente la velocidad de la luz. Eso parece un poco contradictorio, después de todo, el Dr. Einstein y otros nos han dicho que la luz es el límite de la velocidad galáctica; nada en el cosmos puede viajar más rápido que eso (mucho menos 10 veces más rápido) y aquí está la clave para la unidad de Alcubierre: cuando la usas, en realidad no te estás moviendo a través del espacio.
"Esta tecnología en realidad no impulsaría a la nave a velocidades superiores a la luz; en su lugar, utiliza la deformación del espacio-tiempo permitida por la Relatividad General para deformar el universo alrededor de la nave. Esencialmente, cuando se activa la unidad, el espacio-tiempo atrás se expande, mientras que en la parte frontal se contrae. En este sentido, el camino tomado se convierte en un sistema de propulsión de caída libre, similar a un tiempo, que manipula el espacio-tiempo mediante la generación de la llamada "burbuja de deformación" que expandiría el espacio en un lado de una nave espacial y la contraería en otro. De esta manera, la nave espacial se alejará de la Tierra y será arrastrada hacia una estrella distante por el espacio-tiempo", escribió Alcubierre.
Alcubierre lo ha comparado con pisar una pasarela móvil en un aeropuerto: una unidad de deformación Alcubierre se extiende en el espacio-tiempo en una ola haciendo que la estructura del espacio delante de una nave espacial se contraiga y el espacio detrás de ella se expanda. La nave puede montar la ola para acelerar a altas velocidades y viajes en el tiempo. La unidad Alcubierre, también conocida como la métrica de Alcubierre o Warp Drive, es un modelo matemático de un espacio-tiempo que presenta características que recuerdan la "unidad warp" ficticia de Star Trek, que puede viajar "más rápido que la luz".
Sin embargo, la teoría de Alcubierre dependía de grandes cantidades de una "materia exótica" poco comprendida u observada que viola las leyes físicas típicas.
En la relatividad general, a menudo primero se especifica una distribución plausible de materia y energía, y luego se encuentra la geometría del espacio-tiempo asociado con ella; pero también es posible ejecutar las ecuaciones de campo de Einstein en la otra dirección, primero especificando una métrica y luego encontrando el tensor de energía-momento asociado con esto, y esto es lo que Alcubierre hizo al construir su métrica. Esta práctica significa que la solución puede violar diversas condiciones de energía y requerir materia exótica. La necesidad de materia exótica lleva a cuestionarse si es realmente posible encontrar una manera de distribuir la materia en un espacio-tiempo inicial que carezca de una "burbuja de deformación" de tal manera que la burbuja se cree más adelante.
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| Crédito: alchetron.com |
Otro problema más según Serguei Krasnikov es que sería imposible generar la burbuja sin poder forzar a la materia exótica a moverse a velocidades locales de FTL (más rápido que la luz), lo que requeriría la existencia de taquiones. Se han sugerido algunos métodos que evitarían el problema del movimiento taquiónico, pero probablemente generarían una singularidad desnuda en la parte frontal de la burbuja.
White cree que los avances que él y otros han hecho hacen que la velocidad de deformación sea menos inverosímil. Entre otras cosas, ha rediseñado la nave espacial teórica que viaja con la unidad de deformación, y en particular un anillo a su alrededor que es clave para su sistema de propulsión, de una manera que él cree que reducirá en gran medida los requisitos de energía. Pero "no estamos dirigiendo esto a una nave espacial", dijo sobre la tecnología.
Richard Obousy, un físico que es presidente de Icarus Interstellar, un grupo sin fines de lucro compuesto por voluntarios que colaboran en el diseño de naves espaciales, dijo que “no es un pastel de fantasía en el cielo. Tendemos a sobreestimar lo que podemos hacer en escalas de tiempo cortas, pero creo que subestimamos masivamente lo que podemos hacer en escalas de tiempo más largas".
White compara sus experimentos con las primeras etapas del Proyecto Manhattan, cuyo objetivo era crear una reacción nuclear muy pequeña simplemente como prueba de que podía hacerse.
Aún así, uno de los más dudosos es el propio Alcubierre. Enumeró una serie de preocupaciones, comenzando con las vastas cantidades de materia exótica que se necesitarían. "El impulso warp solo en este terreno es imposible", dijo. "A velocidades mayores que la velocidad de la luz, el frente de la burbuja de deformación no puede ser alcanzado por ninguna señal desde el interior de la nave", dijo. "Esto no solo significa que no podemos apagarlo; es mucho peor, significa que ni siquiera podemos encenderlo en primer lugar".
Las ideas de Alcubierre han llevado a una serie de experimentos mentales interesantes en la teoría del campo cuántico; sin embargo, como se mencionó anteriormente, la mayoría de los científicos piensan que la tecnología nunca funcionará. Cuando lo piensas, eso tiene sentido. Obviamente, el espacio de deformación requiere una gran cantidad de masa y energía, y garantizar que el espacio donde se encuentra no se deforme es un asunto delicado.
De hecho, la proposición era principalmente un experimento mental cuando se propuso por primera vez, no es algo que Alcubierre pensara que en realidad era una tecnología viable.
"En resumen, requiere densidades de energía negativas, que no pueden ser estrictamente refutadas, pero probablemente no sean realistas; la cantidad total de energía es probable que sea equivalente a la energía de masa de un cuerpo astrofísico; y los campos gravitacionales producidos probablemente destruirían cualquier nave", dice Sean Carroll, de Caltech. "Mi estimación personal de la probabilidad de que alguna vez podamos construir una 'unidad de deformación' es mucho menos del 1%. Y las posibilidades de que esto ocurra en los próximos cien años lo pondría en menos del 0.01%".
Modificado por orbitaceromendoza
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