Bases para el futuro del viaje interestelar
Estas son las cuatro teorías principales que podrían acercarnos a viajar más rápido que la luz
por Christopher Plain y MJ Banias
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| Credito: thedebrief.org |
Desde que el Capitán Kirk ordenó por primera vez a Starship Enterprise que activara el motor warp en 1967, los fanáticos de la ciencia ficción han soñado con viajar a las estrellas a la velocidad warp. Esa idea permaneció en el ámbito de la ciencia ficción hasta 1994, cuando el matemático mexicano Miguel Alcubierre propuso una solución matemáticamente viable para construir un motor warp más rápido que la luz en el mundo real.
Desde entonces, numerosos científicos e ingenieros han intentado su propia versión de un motor warp viable en el mundo real, incluido un intento de patentar una de estas ideas "allá afuera".
Aquí, The Debrief analiza tres de los modelos warp drive más prometedores del pasado, junto con un nuevo concepto de física llamado "Modelo triespacial", que puede ser la clave para hacer posible el viaje más rápido que la luz.
El original: Alcubierre/White warp drive
Si bien el concepto de motor warp de Alcubierre demostró que viajar más rápido que la luz era matemáticamente posible, fue ampliamente criticado por sus enormes requisitos de energía y el uso de "materia exótica" puramente teórica. Aún así, muchos científicos e ingenieros estaban intrigados por su trabajo, incluido el ex ingeniero y físico de la NASA Dr. Harold G. "Sonny" White.
Con la esperanza de trasladar la métrica de Alcubierre de la teoría a una forma canónica publicada, White analizó la idea más de cerca por primera vez en 2003.
“Empecé a trabajar en el programa espacial (NASA) en 2000”, dijo White a The Debrief en una entrevista. “Mientras trabajaba en el programa espacial, estaba pensando en esta propulsión de potencia avanzada. Estaba pensando en esta métrica warp de Alcubierre. Ya sabes, no se publicó en su forma canónica. Y así, en 2003, publiqué un artículo en la revista General Relativity and Gravitation”.
White notó de inmediato cómo funcionaban las matemáticas de Alcubierre, pero también detectó áreas en las que pensó que su propia experiencia en ingeniería y física podría mejorar el concepto.
“Algunas cosas no tenían mucho sentido para mí, pero al ponerlas en forma canónica, me ayudaron a descubrir '¿cómo funciona realmente este concepto?', dijo White a The Debrief. “Del proceso de no estar en warp a estar en warp… ¿cómo sería eso cuando observas las matemáticas? Y la única manera que pude ver para responder la pregunta es ponerla en forma canónica en 2003, así que eso es de lo que hablé en ese artículo”.
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Estructura teórica de la burbuja warp (Crédito de la imagen LSI) |
Años más tarde, la NASA le pidió a White que presentara su concepto warp actualizado, lo que llevó a su artículo de 2011 y al concepto de motor warp ahora conocido como "Acubierre/White Warp Drive".
“Me pidieron que diera una charla [sobre el motor warp] a DARPA y NASA en el Simposio de naves estelares de 100 años de DARPA en 2011”, dijo a The Debrief. “Hice un estudio de sensibilidad sobre la métrica. Observé lo que sucede cuando cambias los parámetros y las matemáticas”.
Específicamente, White observó la geometría del modelo clásico de motor warp y encontró algo que redujo drásticamente la cantidad de energía requerida por Alcubierre.
“Básicamente se reduce al grosor del anillo toroidal y la densidad de energía negativa del vacío”, explicó. “¿Qué tan grueso o delgado hacerlo, topológicamente? ¿Qué le hace eso a la energía total requerida? Y así, durante ese trabajo, no tenía objetivos 'objetivos', per se, aparte de explorar. En el proceso de hacer eso, descubrí que hacer ese anillo un poco más grueso, en lugar de ser como un anillo de bodas envuelto alrededor de tu dedo, es un poco más como un salvavidas, era clave”.
De hecho, el ajuste geométrico de White al modelo clásico redujo drásticamente la cantidad de materia exótica requerida a un concepto mucho más manejable.
“Al usar esa técnica de optimización, pude reducir la cantidad de materia exótica de una cantidad del tamaño de Júpiter a algo del tamaño de la nave espacial Voyager”, dijo White. “Entonces, alrededor de dos toneladas métricas o poco menos de dos toneladas métricas”.
Como señala White, incluso unas pocas toneladas de una sustancia teórica como la materia exótica siguen siendo inalcanzables para los científicos e ingenieros de hoy, pero sus cambios definitivamente mejoraron la viabilidad final de la idea de Alcubierre.
“En lugar de ser simplemente matemáticamente posible en nuestro trabajo, lo movemos potencialmente a la categoría de tal vez sea plausible”, señaló encogiéndose de hombros alegremente. "Ahora hay dos toneladas métricas de este material que no estamos muy seguros de cómo hacer exactamente".
Las opiniones de White sobre la viabilidad de los impulsos warp y sus efectos relacionados han atraído bastante atención de los críticos a lo largo de los años. Entre ellos se encuentra el astrofísico Ethan Siegel quien, aunque permanece escéptico sobre las afirmaciones de White, ha señalado que el concepto de impulso warp "sigue siendo una posibilidad interesante y digna de una investigación científica continua, pero sobre la que debe permanecer tremendamente escéptico dado el estado actual de las cosas".
El concepto de Lentz
Una década después de que White actualizara el concepto original del motor warp, reduciendo la necesidad de materia exótica de una cantidad del tamaño de Júpiter a unas pocas toneladas, otro científico llamado Dr. Eric W. Lentz decidió probar su propio concepto de motor warp. Publicado en 2021, su artículo "Rompiendo la barrera warp: solitones hiperrápidos en la teoría del plasma de Einstein-Maxwell" presenta un concepto completamente nuevo de impulso warp. Y a diferencia de Alcubierre y White, Lentz creía que su modelo de impulso warp más rápido que la luz podía lograrse de una forma completamente nueva y diferente.
“La solución de Alcubierre proporcionó una imagen intuitiva de lo que haría un motor warp: contraer el espacio inmediatamente frente a la región central que contiene la nave o el transporte, y expandir el espacio inmediatamente detrás”, explicó el Dr. Lentz en un correo electrónico a The Debrief. "Esto nos da la imagen del motor warp como una ola de curvatura en la que una nave viajará hasta su destino".
Sin embargo, explica Lentz, "esta imagen no es una característica esencial de un motor warp". En cambio, dice, una solución propuesta por el físico José Natario en 2002 mostró que la expansión y la contracción no eran necesarias para transportar la nave hacia adelante. Ese trabajo, dice Lentz, fue fundamental para formar su propia teoría, una en la que se podría crear un campo warp utilizando solo materia tradicional y no materia exótica.
“[Natario] demostró que la expansión podría ser trivial (cero) en todas partes y aun así realizar la misma tarea de transportar una nave”, dijo Lentz a The Debrief. Este es un avance significativo, dice, porque significa que la materia exótica que distorsiona el espacio frente al pasajero teórico, así como detrás de él (como se muestra en casi todas las soluciones teóricas de impulso warp), ya no es necesaria para alcanzar velocidades más rápidas que la luz.
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¿Podría la materia oscura permitir a los físicos un camino para superar los desafíos del viaje más rápido que la luz? (Crédito: ESO). |
"En la solución de Alcubierre, la densidad de energía y las curvaturas están separadas al máximo, con la energía restringida a un pequeño toro entre las regiones de alta contracción y expansión", dijo Lentz a The Debrief, evocando una vez más la imagen clásica del modelo Alcubierre Warp. "Las curvaturas y las fuentes en mi propuesta, en cambio, están altamente correlacionadas, con las regiones de alta densidad de energía y alta expansión y contracción superpuestas casi exactamente".
Como explica su artículo publicado, "Este es el primer ejemplo de solitones hiperrápidos resultantes de fuentes conocidas y familiares, reabriendo la discusión de los mecanismos superlumínicos arraigados en la física convencional".
Lentz admite libremente que su teoría es algo novedosa, incluso en este campo altamente teórico. “El factor de expansión en mi propuesta es aún más extraño [que en Natario o Alcubierre], con regiones de gran expansión y contracción del espacio que rodea la región central que contiene una nave”.
Aún así, el problema de los requisitos de energía no está totalmente resuelto por Lentz, aunque le dijo a The Debrief que hay algo de esperanza en esta área.
“Hay una serie de mecanismos de ahorro de energía muy eficaces para el accionamiento de Alcubierre descritos en la literatura”, explicó. “El desafío sería modificar estos mecanismos para que operen usando solo fuentes convencionales, [como su teoría propuesta que no requiere materia exótica] o innovar técnicas novedosas de ahorro de energía”.
En otras palabras, si estas técnicas de reducción de energía propuestas no funcionan en su concepto de accionamiento debido a la falta de materia exótica, una preocupación legítima, entonces se necesitaría una solución completamente nueva, como la que aún no se ha encontrado. Afortunadamente, dice Lentz, su unidad ya logra parte de ese objetivo ya que "no toda la energía debe provenir directamente del reactor, ya que esperamos que gran parte de la energía que genera la burbuja provenga de las masas en reposo de las partículas".
Esas partículas, conocidas en física como solitones, están en el corazón de la solución de Lentz para viajar más rápido que la luz y, aparte de cualquier intento teórico de reducir aún más las necesidades de energía, son algo que él cree que representa el área más viable para el futuro, práctico. pruebas. Lentz le dijo a The Debrief que ve un puñado de objetivos razonables en el futuro, incluido concentrarse en un nivel de energía viable para un concepto de unidad comprobable del mundo real utilizando solo la tecnología actual de generación de energía.
“Después de que los requisitos de energía sean lo suficientemente bajos y se hayan encontrado los medios adecuados para crear tales solitones, me gustaría que se confirmara la existencia de tales solitones en un entorno de laboratorio para una velocidad pequeña (~ 1 m de radio), lenta (~ km/s), pero de un solitón detectable”, dijo. "El nivel de energía objetivo es donde una burbuja de diez metros de radio que se mueve al 1% de la velocidad de la luz podría ser alimentada por un reactor de fisión moderno".
Aunque obviamente está entusiasmado con su novedosa solución para viajar más rápido que la luz sin materias exóticas, Lentz también le dijo a The Debrief que está entusiasmado con todos los conceptos nuevos e innovadores que se están discutiendo.
“Ha sido emocionante ver cuánto progreso se ha logrado en este campo recientemente”, dijo, “y creo que hay muchos más avances listos para lograrse. Tengo muchas ganas de ver lo que traerán los próximos años”.
Concepto warp de Applied Physics
A veces, más lento es mejor, especialmente cuando desea evitar el uso de "materia exótica" para hacer que su teoría funcione. Ingrese al Grupo Applied Physics (APL). Sus diseños se publicaron recientemente en la revista revisada por pares Classical and Quantum Gravity y representan lo último en un campo cada vez más concurrido de propuestas warp.
A diferencia de los diseños de Alcubierre y White, el equipo de APL evita la materia exótica como fuente de energía. Sin embargo, hay que hacer sacrificios. La naturaleza física del diseño de APL significa que está limitado por la física newtoniana. En resumen, si bien su concepto de propulsión está diseñado para transportar humanos a través de la galaxia, no es capaz de romper la velocidad de la luz. Maldición.
“Hay una idea errónea común de que el viaje interestelar tiene que ser superlumínico”, dijo Gianni Martire a The Debrief el año pasado, “no es así. Si podemos enviar una sonda para llegar a otra estrella dentro de diez años, seguirá siendo increíblemente útil”.
Y aunque los fanáticos de la ciencia ficción tienen ganas de ir rápido, el motor warp de APL no tiene los mismos requisitos de energía y, por lo tanto, la radiación, lo que tiende a ser un problema enorme en la construcción de una nave tripulada con capacidad warp. Básicamente, nadie muere cocinado cuando alcanza el factor de deformación 1.
“Antes de nuestro documento”, dice Martire, “decir tales cosas [como warp] era ciencia ficción sin sentido. Ahora es ciencia real. Dimos un pequeño paso hacia el futuro, ¿lo sientes?"
El modelo triespacial
Todo comenzó en la universidad cuando un joven aficionado a la ciencia ficción, futuro ingeniero y líder senior de proyectos de The Aerospace Corporation, Gregory Meholic, se topó con un pequeño y curioso folleto hecho por RAND Corporation.
"Fue sobre las partículas Taquión y su potencial para viajar y moverse más rápido que la luz", explicó Meholic a The Debrief. “Y quiero decir, mucha ciencia ficción usa taquiones como el widget más rápido que la luz, ¿verdad?”
Ese folleto RAND fue un trabajo exploratorio en física especulativa escrito por el teniente coronel Edward Puscher para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en 1980. Explora la teoría sobre una partícula teórica llamada taquión que puede existir en un estado permanente más rápido que la luz.
“Básicamente, era una solución algebraica a las ecuaciones de la relatividad general y especial que gobiernan el movimiento cerca de la velocidad de la luz”, explicó Meholic.
Una gran patada en los pantalones de la FTL para cualquier fanático de la ciencia ficción es la Teoría de la Relatividad de Einstien. Cuanto más te acercas a la velocidad de la luz, más aumenta tu masa. A medida que se acerca a la marca de los 300.000 kilómetros por segundo (la velocidad de la luz), necesita una cantidad infinita de energía para alcanzar la velocidad de la luz.
“Y este folleto básicamente estaba tratando de mostrar que, en primer lugar, los taquiones teóricamente pueden existir en un reino súper liminal”, dice Meholic. "Y segundo, proporcionó los resultados algebraicos lógicos de la relatividad especial y general para mostrar sus características".
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Concepto artístico que representa un viaje más rápido que la luz (dominio público). |
Después de que Meholic leyera el panfleto, se agitó su imaginación.
“Lo que se me ocurrió al leer esto fue que se podrían asociar tres velocidades posibles con cualquier punto dado en el espacio: subluz, velocidad de la luz y viaje superlumínico”, explicó.
Entonces, en pocas palabras, la Teoría del Triespacio de Meholic divide la realidad en tres "reinos" que coexisten en cualquier punto del espacio-tiempo. El reino de la subluz es todo lo que se mueve más lento que la velocidad de la luz, como tu viejo Honda Accord o ese barista en tu cafetería habitual. El reino de la velocidad de la luz es el mundo del fotón sin masa que se desplaza rápidamente al límite de velocidad de 300.000 kps. Y luego está el reino superliminal donde moran cosas como los taquiones. Una vez que vas más allá de la curva matemática que te lleva a la velocidad de la luz, las matemáticas se duplican.
"Entonces, cuando comencé a pensar en este 'otro lado de la curva', por así decirlo, lo que sucede en este reino superlumínico es realmente interesante porque cuando le quitas energía al sistema, vas más rápido", dice Meholic.
En nuestro reino, sub-luz, cuanta más energía pones en viajar, más rápido vas. En el reino superliminal, más allá de la curva algebraica, como dice Meholic, cuanta más energía pones en viajar, más lento vas, y eventualmente chocas con el límite de rastreo de 300.000 kps, pero desde la parte superior. Para reducir la velocidad a la de la luz, un objeto superliminal requeriría una cantidad infinita de energía; casi como una teoría retrógrada de la relatividad.
“Y esto implica que la masa en reposo se vuelve imaginaria, que es la raíz cuadrada entera negativa una cosa... Y así, siempre que te muevas más rápido que la velocidad de la luz, esta solución algebraica particular dice que las partículas de taquiones podrían tener una masa positiva real viajando a estas velocidades superlumínicas”, postula Meholic.
Y para los fanáticos de la ciencia ficción que necesitan que su nave llegue rápidamente de la Tierra a Wolf 359, la idea de que algo puede tener masa y lograr un viaje más rápido que la luz resuelve todo el problema del límite de velocidad cósmica. El modelo Tri-Space no viola las reglas porque el objeto superliminal existe fuera de los reinos de la subluz y la velocidad de la luz. Sin problemas de causalidad. No hay dilataciones de tiempo extrañas. Sin viajes accidentales en el tiempo. No hay problemas de masa infinita. Solo abre el espacio superliminal.
Suena divertido, pero plantea una gran pregunta: ¿Cómo?
Para que un objeto exista en el espacio superliminal, debe saltar de este reino al reino superliminal. La idea no es acelerar a una velocidad superliminal, sino entrar en ella. Y la mejor manera de hacerlo es convertir la materia sublumínica común y corriente en una versión que pueda existir en el reino superliminal. Entonces, ¿cómo construye alguien la máquina para hacer posible tal conversión? Cero pista.
Si bien la idea de Meholic sigue siendo muy especulativa, es única. No requiere una deformación en el espacio-tiempo o un agujero de gusano o mucho en el camino de las nuevas matemáticas. Es muy similar a la materia oscura y la energía oscura; el mayor desafío es que actualmente no podemos observar lo superliminal, por lo que decir que existe un "reino superliminal" se convierte en una cuestión de física teórica.
En resumen, todavía estamos muy lejos de hacer que el concepto de viaje más rápido que la luz sea algo más que un elemento de entretenimiento de la ciencia ficción. Sin embargo, con el trabajo de científicos como estos que siguen dedicados a su estudio, esta forma ficticia de viajar algún día puede abrirse paso en el ámbito de la ciencia real.
"Agujero negro" creado con ondas de sonido podría ayudar a permitir el desarrollo de un motor warp físico
por Christopher Plain
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Credito: thedebrief.org |
Un agujero negro artificial producido usando ondas de sonido y un medio dieléctrico ha sido creado en el laboratorio, según investigadores de un grupo de expertos internacional que cuenta con más de 30 investigadores Ph.D. científicos de todo el mundo.
Los investigadores dicen que su descubrimiento es significativamente más rentable y eficiente que los métodos actuales que utilizan los investigadores que quieren simular los efectos de un agujero negro en un entorno de laboratorio.
Applied Physics, con sede en Nueva York, logró reconocimiento por primera vez con la publicación en 2021 de un artículo teórico revisado por pares que detalla las matemáticas detrás de la construcción de un motor warp físico. Más recientemente, la organización publicó un método para usar el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) de Cal Tech para detectar el uso de impulsores warp en el espacio exterior, en coautoría del Dr. Manfred Paulini, decano asociado de física en la Universidad Carnegie Mellon.
Ahora, el grupo dice que sus compañeros que trabajan en la mecánica del campo warp tienen una herramienta que no existía anteriormente o simplemente era demasiado costosa y poco práctica para utilizar. Sus hallazgos, publicados en la revista revisada por pares Universe, están marcando el ritmo de una pequeña pero creciente comunidad de investigadores que esperan explorar la mecánica de la gravedad y crear la primera nave espacial con motor warp de la humanidad.
Las ondas sonoras y la glicerina demostraron ser los ingredientes clave
Para crear su agujero negro simulado, el autor principal del artículo, el Dr. Edward Rietman, y su coautor, el Dr. Brandon Melcher, llenaron una cámara con un líquido no tóxico de uso diario. “El medio dieléctrico utilizado fue glicerina”, explicó Rietman en un correo electrónico exclusivo a The Debrief. “Tiene la agradable propiedad de ser ópticamente transparente y denso, y su índice de refracción normal es 1,4768”.
A continuación, los investigadores bombardearon el medio dieléctrico con ondas sonoras específicas. Una vez que las ondas se sintonizaron correctamente, Rietman y Melcher emplearon un colimador de fibra Thorlabs FS30SMA-1550 para enviar la luz a un espectrómetro de la serie Thorlabs CSS 100, que confirmó la curvatura de la luz, exactamente como un agujero negro real en el espacio.
“El equipo indujo un agujero negro mediante la modulación de ondas acústicas en un fluido denso, basándose en investigaciones recientes que exploran el uso de ondas acústicas de alta frecuencia para simulaciones analógicas de gravedad y relatividad general en el laboratorio”, dijo el equipo de Applied Physics a The Debrief. "Las ondas acústicas alteran el medio a través del cual viajan, desviando la luz láser en el laboratorio de manera similar a cómo la atracción gravitacional de los agujeros negros desvía la luz de las estrellas distantes detrás de ellos".
En otras palabras, las ondas de sonido se concentraron en un fluido espeso, lo que provocó que la luz se curvara como si estuvieran cerca de un agujero negro. “Este descubrimiento proporciona un método novedoso para obtener información sobre la física de los agujeros negros, todo dentro de la seguridad de un laboratorio”, explicó el equipo.
También significativo, el equipo dice que sus mediciones del grado en que la luz doblada del agujero negro artificial se confunde perfectamente con la luz real. “Mostramos los cálculos comparando nuestros resultados con la métrica de Schwarzschild (en nuestro artículo)”, dijo Rietman a The Debrief.
El agujero negro "más barato, mejor y más rápido" abre la investigación de la gravedad a todos
Si bien los agujeros negros simulados se utilizan actualmente en los laboratorios para explorar una amplia gama de fenómenos, el equipo de Applied Physics dice que su agujero negro particular es más accesible para operar que las alternativas y es notablemente menos costoso. Este costo-beneficio, señalan, permitirá que la pequeña pero creciente comunidad de físicos e ingenieros que intentan hacer avanzar la ciencia hacia la construcción de un motor warp real pueda permitirse una herramienta altamente especializada que es fundamental para su trabajo.
"Un condensado de Bose-Einstein requiere temperaturas de helio líquido más una sala llena de equipos costosos (que pueden totalizar) más de $ 1 millón", explicó Gianni Martire, fundador de Applied Physics, en un mensaje a The Debrief, "mientras que nuestro sistema es verdaderamente de sobremesa, con costes totales de alrededor de 10.000 dólares”.
“No podíamos pagar un millón de dólares”, agregó Martire, “así que inventamos una manera más barata, mejor y más rápida simplemente por necesidad”.
El agujero negro artificial podría permitir el desarrollo de una nave espacial warp drive del mundo real
Los investigadores detrás del agujero negro artificial advierten que el primer vuelo de una nave espacial warp drive en funcionamiento podría estar todavía a décadas de distancia, o que tal tecnología puede ser simplemente demasiado compleja para llegar a buen término. Sin embargo, reiteran que su solución proporciona una nueva herramienta para investigadores de ideas afines que confían en la posibilidad de que se pueda lograr hacer realidad el impulso warp.
“Nadie ha usado glicerina para crear un sistema de agujeros negros en el laboratorio”, dijo Melcher a The Debrief. “Consideramos que este avance ofrece otra herramienta a los investigadores de sistemas analógicos. Vemos las variaciones de presión en la glicerina como suelo fértil para posibilidades de espacio/tiempo más complicadas”.
“Estamos aquí para escalar la ciencia”, agregó el físico, “no para hacer conjeturas, por lo que medir es importante”.
Cuando se le preguntó cómo su trabajo puede ayudar a facilitar los avances hacia un motor warp que funcione, Rietman fue notablemente cauteloso, aunque todavía optimista.
“Este descubrimiento demuestra el emocionante potencial de los sistemas analógicos para estudiar fenómenos astrofísicos y cosmológicos en el laboratorio”, dijo a The Debrief. "Con esta innovación, podemos comprender mejor los efectos del espacio/tiempo curvo y avanzar en el futuro de la investigación de motores warp".
“Es demasiado pronto para responder claramente [cómo esto conducirá a un motor warp], ya que necesitamos publicar más artículos sobre el trabajo que hemos realizado”, agregó más tarde. “La ciencia y la tecnología avanzan paso a paso, por lo que podemos decir que lo hará, pero entrar en los detalles es un agujero científico profundo que quitará el enfoque. Necesitamos esto para medir y probar teorías en warp [mecánica]. Esa es la manera simple de decirlo”.
En última instancia, el equipo de investigación de Applied Physics dice que su nueva herramienta es muy necesaria para investigadores como ellos que esperan avanzar en la comprensión de la gravedad por parte de la humanidad. Pero también señalan que el principal beneficio de su nuevo agujero negro creado en laboratorio puede ser su seguridad, ya que crear un agujero negro real aquí en la Tierra podría tener consecuencias catastróficas.
“Simplemente no dejes tu agujero negro desatendido”, bromeó Matire antes de agregar: “Probablemente deberíamos convertir eso en una señal”.
Modificado por orbitaceromendoza
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