Los científicos están comenzando a tomar en serio las unidades Warp, especialmente este concepto
por Matt Williams
 |
| Crédito: quora.com |
Es difícil vivir en un universo relativista, donde incluso las estrellas más cercanas están tan lejos y la velocidad de la luz es absoluta. No es de extrañar entonces por qué las franquicias de ciencia ficción emplean habitualmente el FTL (Faster-than-Light, más rápido que la luz) como dispositivo de la trama.
Presione un botón, presione un pedal, y ese elegante sistema de accionamiento, cuyo funcionamiento nadie puede explicar, nos enviará a otra ubicación en el espacio-tiempo.
Sin embargo, en los últimos años, la comunidad científica se ha vuelto comprensiblemente entusiasmada y escéptica sobre las afirmaciones de que un concepto particular, el Alcubierre Warp Drive, podría ser realmente factible.
Este fue el tema de una presentación realizada en el Foro de Propulsión y Energía del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica de 2019, que tuvo lugar del 19 al 22 de agosto en Indianápolis.
Esta presentación fue realizada por Joseph Agnew, un ingeniero universitario y asistente de investigación de la Universidad de Alabama en el Centro de Investigación de Propulsión (PRC) de Huntsville.
Como parte de una sesión titulada "El futuro de la propulsión nuclear y revolucionaria", Agnew compartió los resultados de un estudio que realizó titulado "Un examen de la teoría y la tecnología warp para determinar el estado del arte y la viabilidad".
Como Agnew explicó a una casa repleta, la teoría detrás de un sistema de propulsión warp es relativamente simple.
Propuesto originalmente por el físico mexicano Miguel Alcubierre en 1994, este concepto para un sistema FTL es visto por el hombre como una solución altamente teórica (pero posiblemente válida) para las ecuaciones de campo de Einstein, que describen cómo interactúan el espacio, el tiempo y la energía en nuestro Universo.
En términos simples, el Alcubierre Drive logra el viaje FTL estirando la estructura del espacio-tiempo en una ola, haciendo que el espacio por delante se contraiga mientras el espacio detrás de él se expanda.
En teoría, una nave espacial dentro de esta ola podría montar esta "burbuja de distorsión" y alcanzar velocidades más allá de la velocidad de la luz. Esto es lo que se conoce como la "métrica de Alcubierre".
Interpretado en el contexto de la Relatividad General, el interior de esta burbuja warp constituiría el marco de referencia inercial para cualquier cosa dentro de ella. Del mismo modo, tales burbujas pueden aparecer en una región previamente plana del espacio-tiempo y exceder la velocidad de la luz.
Como la nave no se mueve a través del espacio-tiempo (sino en el espacio-tiempo en sí), los efectos relativistas convencionales (como la dilatación del tiempo) no se aplicarían.
En resumen, la métrica de Alcubierre permite viajes FTL sin violar las leyes de la relatividad en el sentido convencional. Como Agnew le dijo a Universe Today por correo electrónico, se inspiró en este concepto desde la escuela secundaria y lo ha seguido desde entonces:
"Profundicé más en las matemáticas y las ciencias y, como resultado, comencé a interesarme en la ciencia ficción y las teorías avanzadas en una escala más técnica. Comencé a ver Star Trek, la serie Original y The Next Generation, y me di cuenta de cómo predijo o inspiró la invención de los teléfonos celulares, las tabletas y otras comodidades.
Pensé en algunas de las otras tecnologías, como los torpedos de fotones, los fásers y el warp drive, e intenté investigar tanto lo que la 'ciencia de Star Trek' como el 'equivalente en ciencia del mundo real' tenían que decir al respecto. Luego me topé con el artículo original de Miguel Alcubierre, y después de digerirlo por un tiempo, comencé a buscar otras palabras clave y documentos y profundizar en la teoría".
Si bien el concepto fue generalmente rechazado por ser completamente teórico y altamente especulativo, se le ha dado nueva vida en los últimos años. El crédito para esto va en gran medida a Harold "Sonny" White, el líder del equipo de propulsión avanzada del Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada del Centro Espacial Johnson de la NASA (también conocido como "Laboratorio Eagleworks").
Durante el 100 Year Starship Symposium en 2011, White compartió algunos cálculos actualizados de la métrica de Alcubierre, que fueron objeto de una presentación titulada "Warp Field Mechanics 101" (y un estudio del mismo nombre).
Según White, la teoría de Alcubierre era sólida, pero necesitaba algunas pruebas y desarrollos serios. Desde entonces, él y sus colegas han estado haciendo estas cosas a través del Laboratorio Eagleworks.
De manera similar, Agnew ha pasado gran parte de su carrera académica investigando la teoría y la mecánica detrás de la mecánica de la urdimbre (o warp). Bajo la tutoría de Jason Cassibry, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial y miembro de la facultad del Centro de Investigación de Propulsión de la UAH, el trabajo de Agnew ha culminado en un estudio que aborda los principales obstáculos y oportunidades presentados por la investigación de la mecánica de la urdimbre.
Como Agnew relató, uno de los más grandes es el hecho de que el concepto del "mecanismo de distorsión" todavía no se toma muy en serio en los círculos científicos:
"En mi experiencia, la mención de warp drive tiende a hacer reír a la conversación porque es muy teórica y sacada de la ciencia ficción. De hecho, a menudo se encuentra con comentarios despectivos y se usa como un ejemplo de algo totalmente extravagante, lo cual es comprensible.
Sé que en mi propio caso, inicialmente lo había agrupado, mentalmente, en la misma categoría que los conceptos superluminales típicos, ya que obviamente todos violan el supuesto de "la velocidad de la luz es la velocidad máxima".
No fue hasta que profundicé en la teoría con más cuidado que me di cuenta de que no tenía estos problemas. Creo que había/habrá mucho más interés cuando las personas profundicen en el progreso realizado. La naturaleza históricamente teórica de la idea también es un elemento disuasorio probable, ya que es mucho más difícil ver un progreso sustancial cuando se observan ecuaciones en lugar de resultados cuantitativos".
Si bien el campo aún está en pañales, ha habido una serie de desarrollos recientes que han ayudado. Por ejemplo, el descubrimiento de ondas gravitacionales que ocurren naturalmente (gravitational waves - GWS) por científicos de LIGO en 2016, que confirmaron una predicción hecha por Einstein hace un siglo y demuestran que la base para el impulso de urdimbre existe en la naturaleza.
Como lo indicó Agnew, este es quizás el desarrollo más significativo, pero no el único:
"En los últimos 5-10 años más o menos, ha habido un gran progreso excelente en la línea de predicción de los efectos anticipados del impulso, determinando cómo uno podría llevarlo a la existencia, reforzando suposiciones y conceptos fundamentales, y mi favorito, formas de probar la teoría en un laboratorio.
El descubrimiento de LIGO hace unos años fue, en mi opinión, un gran avance en la ciencia, ya que demostró, experimentalmente, que el espacio-tiempo puede 'deformarse' y doblarse en presencia de enormes campos gravitacionales, y esto se propaga a través del Universo. de una manera que podamos medir. Antes, había un entendimiento de que este era probablemente el caso, gracias a Einstein, pero ahora lo sabemos con certeza".
Dado que el sistema se basa en la expansión y compresión del espacio-tiempo, dijo Agnew, este descubrimiento demostró que algunos de estos efectos ocurren naturalmente.
"Ahora que sabemos que el efecto es real, la siguiente pregunta, en mi opinión, es '¿cómo lo estudiamos y podemos generarlo nosotros mismos en el laboratorio?'", Agregó. "Obviamente, algo así sería una gran inversión de tiempo y recursos, pero sería enormemente beneficioso".
Por supuesto, el concepto Warp Drive requiere soporte adicional y numerosos avances antes de que sea posible la investigación experimental. Estos incluyen avances en términos del marco teórico, así como avances tecnológicos.
Si estos se tratan como problemas del "tamaño de un bocado" en lugar de un desafío masivo, dijo Agnew, entonces seguramente se logrará progreso:
"En esencia, lo que se necesita para una unidad warp es una forma de expandirse y contraer el espacio-tiempo a voluntad, y de manera local, como alrededor de un pequeño objeto o nave. Sabemos con certeza que tienen densidades de energía muy altas en la forma de campos EM o de masa, por ejemplo, puede causar curvatura en el espacio-tiempo. Sin embargo, se necesita una enorme cantidad para hacerlo con nuestro análisis actual del problema.
Por otro lado, las áreas técnicas deberían tratar de refinar el equipo y procesar tanto como sea posible, haciendo que estas altas densidades de energía sean más plausibles. Creo que existe la posibilidad de que una vez que el efecto se pueda duplicar a escala de laboratorio, conduzca a una comprensión mucho más profunda de cómo funciona la gravedad y pueda abrir la puerta a algunas teorías o lagunas aún no descubiertas.
Supongo que para resumir, el mayor obstáculo es la energía, y con eso vienen los obstáculos tecnológicos, que necesitan campos EM más grandes, equipos más sensibles, etc."
La gran cantidad de energía positiva y negativa necesaria para crear una burbuja de deformación sigue siendo el mayor desafío asociado con el concepto de Alcubierre. Actualmente, los científicos creen que la única forma de mantener la densidad de energía negativa requerida para producir la burbuja es a través de materia exótica. Los científicos también estiman que el requerimiento total de energía sería equivalente a la masa de Júpiter.
Sin embargo, esto representa una caída significativa de las estimaciones de energía anteriores, que afirmaban que tomaría una masa de energía equivalente a todo el Universo. Sin embargo, una cantidad masiva de materia exótica de Júpiter sigue siendo prohibitivamente grande. A este respecto, todavía se necesita hacer un progreso significativo para reducir los requerimientos de energía a algo más realista.
La única forma previsible de hacer esto es a través de nuevos avances en física cuántica, mecánica cuántica y metamateriales, dice Agnew. En cuanto al aspecto técnico de las cosas, será necesario avanzar más en la creación de superconductores, interferómetros y generadores magnéticos. Y, por supuesto, está la cuestión de la financiación, que siempre es un desafío cuando se trata de conceptos que se consideran "por ahí".
Pero como afirma Agnew, ese no es un desafío insuperable. Considerando el progreso que se ha hecho hasta ahora, hay razones para ser positivo sobre el futuro:
"La teoría ha confirmado hasta ahora que vale la pena seguirla, y ahora es más fácil que antes proporcionar evidencia de que es legítima. En términos de justificaciones para la asignación de recursos, no es difícil ver que la capacidad de explorar más allá de nuestro Sistema Solar, incluso más allá de nuestra Galaxia, sería un salto enorme para la humanidad. Y el crecimiento de la tecnología resultante de empujar los límites de la investigación ciertamente sería beneficioso".
Al igual que la aviónica, la investigación nuclear, la exploración espacial, los autos eléctricos y los propulsores de cohetes reutilizables, el Alcubierre Warp Drive parece estar destinado a ser uno de esos conceptos que tendrán que luchar cuesta arriba. Pero si estos otros casos históricos son una indicación, eventualmente puede pasar un punto de no retorno y de repente parecer completamente posible.
Y dada nuestra creciente preocupación por los exoplanetas (otro campo explosivo de la astronomía), no faltan personas que esperan enviar misiones a las estrellas cercanas para buscar planetas potencialmente habitables. Y como los ejemplos antes mencionados ciertamente demuestran, a veces, todo lo que se necesita para que la pelota ruede es un buen empujón...
Modificado por orbitaceromendoza
No hay comentarios.:
Publicar un comentario