El motor de curvatura. La cara y la cruz de un sueño.

30 de Junio de 2014. La NASA se involucra en el motor de curvatura.

Inspirados por Star Trek, científicos de la NASA creen que se podría  doblar el espacio-tiempo, y esto nos permitirá viajar a muchas veces la velocidad de la luz.

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La nave de clase Constitución USS Enterprise, en un muelle espacial de la Tierra al final de su renovación en el supuesto año 2270. Imagen Star Trek: The Motion Picture 1979.

 

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A pesar de la investigación, que está en un estadio muy temprano, la NASA ha encargado el artista Mark Rademaker desarrollar diseños conceptuales para una nave espacial con motor de curvatura para disparar la imaginación de los jóvenes científicos potenciales.

Científicos de la NASA están llevando a cabo un ambicioso experimento. Su objetivo es utilizar un campo eléctrico muy fuerte para doblar el tejido del espacio y el tiempo. Su aplicación eventual?, viajar más rápido que la luz para un viaje interestelar. El físico Harold White pertenece al staff del Centro Espacial Johnson de la NASA, Houston, Texas, donde lidera el proyecto Eagleworks, cuyo objetivo es desarrollar un revolucionario sistema de propulsión.

La historia de este experimento financiado por la NASA, es un extraño caso de la ciencia ficción inspirando a la ciencia real. Se inicia en la década de 1990, cuando el estudiante de doctorado de física teórica mexicana y ávido fan de Star Trek, Miguel Alcubierre actual director del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), se sentó a ver un episodio del programa. En el espectáculo, una tecnología llamada “motor warp” permitía a las naves viajar en un bostezo a varios años luz de estrella en estrella, en la escala de tiempo de un episodio de una hora. Alcubierre, decidió utilizar su comprensión de la relatividad general para ver cómo la velocidad warp podría funcionar en el mundo real. Era realmente posible viajar más rápido que la luz?

El problema estaba en que  Alcubierre tuvo que dejar de lado el “límite de velocidad cósmica”, la velocidad de la luz. De acuerdo con la teoría de la relatividad especial de Einstein, nada puede superar a un haz de luz. Pero Alcubierre, inspirado en la unidad como se describe en Star Trek, descubrió una laguna en la física. A pesar de todo en el universo está limitada por la velocidad de la luz, el tejido del espacio y el tiempo mismo, el espacio-tiempo, puede expandirse o contraerse a cualquier velocidad. Eso es lo que ocurrió justo después del Big Bang, cuando el universo entero se expandió a 1021 veces la velocidad de la luz.

Parece que suena muy SCI-Fi, pero el motor de curvatura es teóricamente posible, solo hay que curvar el espacio-tiempo de una manera particular.

Alcubierre encontró que si el espacio-tiempo se podría contraer en el frente de la nave, y ampliar detrás de ella, la nave sería impulsada hacia delante. Con esta flexión, una pequeña burbuja de espacio-tiempo sin doblar puede ser propulsado por el universo a cualquier velocidad que desee.

Alcubierre publicó un artículo de referencia en 1994, que describe las soluciones a las ecuaciones de Einstein que permitirían viajar más rápido que la luz. Su idea, que ahora se conoce como la “unidad Alcubierre“, no viola la relatividad especial, ya que no es la propia nave la que está “en movimiento” si no, el espcio-tiempo en que se encuentra.

El físico y lider del proyecto Harold White, jefe de Eagleworks laboratories de la NASA, donde el experimento se está llevando a cabo, lo ha equiparado a una pasarela en movimiento de un aeropuerto. Al estar de pie en la pasarela, se puede adelantar la gente sin mucho esfuerzo, porque la cinta por debajo de ti, es la que te está llevando.

Cuando Alcubierre propuso su unidad, era sólo una posibilidad matemática, una novedad. Un primer intento de calcular la cantidad de energía que se requeriría para vencer a velocidad de la luz, salió con números imposibles, equivalente a la energía producida por el Sol en más de 10 mil millones de años. Pero en las últimas dos décadas, la idea ha sido refinada, y con cada mejora,  los requerimientos energéticos se han reducido.

Ahora se necesita la cantidad de energía equivalente a lo que el Sol da en menos de una millonésima parte de un segundo. Aunque la energía requerida es menor que antes, es todavía mucho. Se necesitaría toda la civilización humana global, funcionando a niveles de 2008, más de 130 años, para generar esta cantidad épica de la energía. Obviamente, cualquier motor de curvatura sólo podría lograrse mediante la generación de energía avanzada de una civilización en el futuro.

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Una vista frontal del concepto de diseño para una nave espacial con motor de curvatura. Marck Rademarker’s.

En 2011, la NASA anunció que iban a lanzar experimentos preliminares para probar su viabilidad en el laboratorio. El primer paso, según White, es crear una “burbuja microscópica ” y medirla.

“Sabemos que la naturaleza puede curvar el espacio-tiempo”, dice Geraint Lewis, profesor de astrofísica en la Universidad de Sydney. La masa distorsiona el espacio-tiempo muy parecido a como una bola de bolos distorsiona la superficie de una cama elástica en que está asentada, y la energía puede hacerlo también si usted tiene bastante de ella metida en un pequeño espacio suficiente. El experimento de la NASA intenta hacer esto mediante la generación de un campo eléctrico muy potente. Para probar el resultado disparan un láser a través del campo. Cualquier contracción espacio-tiempo acortará la distancia recorrida por el rayo láser. Por lo tanto, comparando la distancia recorrida por el láser con el campo eléctrico, en el campo y fuera del equipo, debe ser capaz de detectar si su máquina está curvando el espacio-tiempo o no. “Si funciona,” dice Lewis, serán “los primeros pasos en la dirección de un motor de curvatura”.

Los resultados preliminares presentados a finales de 2013, no fueron concluyentes. White y su equipo están trabajando para aumentar la sensibilidad del instrumento que mide la distancia recorrida por el rayo láser. Mientras que la anterior puesta a punto en teoría podría detectar una contracción del espacio de unos 100 nanómetros, el nuevo será capaz de detectar las contracciones de sólo 5 nanómetros.

Incluso si el equipo de White tiene éxito, sólo indicaría que podría ser posible contraer un espacio-tiempo delante de la nave espacial. La parte realmente difícil de lograr, explica Lewis, es expandir el espacio-tiempo detrás de la nave, una hazaña que requeriría de “energía negativa”, o la energía oscura. Eso es algo que sabemos que existe, que explica por qué el universo se sigue expandiendo a un ritmo acelerado, pero no tenemos idea de cómo producirlo o darle forma.

El motor de curvatura es teóricamente posible. Con esta flexión, una pequeña burbuja de espacio-tiempo sin doblar puede ser propulsado por el Universo a cualquier velocidad que desee.

Pero no todo el mundo es tan optimista, “el motor warp es casi imposible”. Así lo cree uno de los físicos más respetados en este campo.

Sean Carroll es físico en el  Instituto de tecnología de California (Caltech). Parte de su trabajo se especializa en investigar las leyes físicas de la energía oscura. Es una de las personas más relevantes a la hora de hablar científicamente de cosas como viajes a mayor velocidad que la luz.

Carroll reconoce que el motor warp de Alcubierre es muy interesante, pero da cero esperanzas a que sea realidad algún día.

La energía requerida para tal hazaña es casi inalcanzable, su estimación personal de la probabilidad de que algún día seamos capaces de construir un motor warp es bastante inferior a un 1%. Y las posibilidades de que esto ocurra en los próximos 100 años las pone en menos de 0,01%.

Los últimos trabajos de White, han logrado reducir teóricamente la cantidad de energía requerida para el motor warp de Alcubierre. Según White, la masa-energía equivalente necesaria sería de 700 kilogramos o menos. Aún así Carroll se muestra escéptico, “la masa-energía equivalente de 700 kilogramos (dato que no me creo, sospecho que necesitarías mucho más) significa básicamente que necesitarías combinar 350 kilos de antimateria con 350 kilos de materia”.

Aseguran que producir un gramo de antimateria podría costar 100 billones de dólares (100 trillones anglosajones). Pero, utilizando estimaciones completamente injustificadas, dicen que se podría llegar a 10.000 millones de dólares por gramo. Así que, incluso con los cálculos más optimistas, solo el combustible de una nave así costaría 3,5 trillones de dólares (cuatrillones anglosajones)es decir, aproximadamente el valor de la producción económica mundial total durante 40 años.

Al fin y al cabo, la NASA no está financiando la investigación de un motor warp, sino la construcción de un péndulo de torsión que permitiese medir determinadas propiedades cuánticas del vacío, principalmente el efecto Casimir. Lo que sucede es que White cree posible aprovechar dicho efecto para propulsar un vehículo espacial. Lleva desde 2012 trabajando en colaboración con el doctor Richard Juday en su péndulo de torsión, en un experimento dirigido a generar una microburbuja de curvatura espaciotemporal. Lo llaman Interferómetro de campo warp de White–Juday, y sus resultados no han sido concluyentes.

Se sabe que teóricamente es posible, y los sueños son el combustible que han llevado al ser humano hasta la conquista del espacio. Así que aunque la posibilidad de tal ingenio es casi una utopía hoy en día, no niegan que en un futuro lejano, pudiera hacerse realidad.

…50 años de Star Trek…

 

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La Nebulosa “Enterprise” Vista por Spitzer.  Para celebrar el 50 aniversario de la serie de televisión Star Trek, que se emitió por primera vez el 8 de Septiembre de 1966, una nueva imagen infrarroja del telescopio espacial Spitzer de la NASA, podría recordar a la Enterprise a los fans de la serie histórica. Desde la antigüedad, la gente ha imaginado objetos familiares cuando observa el cielo. Este fenómeno, conocido como pareidolia, incluyen constelaciones y nebulosas muy conocidas como la Hormiga, la nebulosa Pez Raya o la Nebulosa Reloj de Arena. En la imagen de la derecha, con un poco de escrutinio, se pueden ver indicios del platillo y casco de la USS Enterprise original, capitaneada por James T. Kirk, como si estuviera emergiendo de una nebulosa oscura. A la izquierda, se encuentra la sucesora de Next Generation, Enterprise-D de Jean Luc Picard, que vuela en dirección contraria.

 

Fuentes:

https://cosmosmagazine.com/the-future/nasa-engages-warp-drive

http://es.gizmodo.com/este-es-el-nuevo-diseno-de-la-nasa-para-una-nave-a-velo-1589159075

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