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Velocidad Warp



La nave Enterprise a tiro de una longitud de Planck



Cuenta la historia de la mítica serie que un tal Zefram Cochrane (2030-2117), a la tierna edad de 33 años terrestres, diseñó y construyó el motor warp, también conocido como motor de curvatura. Un ingenio capaz de llevar una nave espacial de un extremo del universo a otro a una velocidad prácticamente infinita o, dicho de otra manera, en un tiempo arbitrariamente pequeño. Desde ese mítico año de 2063, la historia de los viajes espaciales se vio cambiada para siempre, permitiendo el descubrimiento y posterior contacto con infinidad de razas extraterrestres.



Desafortunadamente, todos sabemos que el universo de Star Trek es puramente ficticio. Sin embargo, puede que el caso del motor de curvatura no sea una idea tan disparatada como parece. Es más, quizá se trate de uno de esos raros y peculiares ejemplos en que la ciencia ficción haya inspirado a los científicos reales.



Desde el trabajo pionero de Alcubierre, han sido no pocas las contribuciones referentes a las posibilidades e imposibilidades, a las ventajas e inconvenientes y a las dificultades para la construcción de un motor de curvatura capaz de propulsar una nave espacial interestelar. Uno de los obstáculos más serios que se ha puesto a la burbuja warp es su “desconexión causal” del exterior. Dicho en términos sencillos, ninguna acción llevada a cabo en el interior de la nave espacial podría afectar al exterior de la misma. Por lo tanto, la nave sería incontrolable, no sería posible pilotarla y, por tanto, ¿cómo desconectarla al llegar a Vulcano?



Debería existir una especie de “autopista exótica” previa por la que viajar que proporcionase la deformación necesaria del espacio-tiempo disponiendo, por ejemplo, de una serie de mojones generadores de energía negativa (materia exótica). Más aún, tendrían que ser los compatriotas de Spock los que apretasen el botón “OFF” cuando la Enterprise alcanzase su destino en el planeta de los vulcanianos. Pero ¿qué sucedería si la Enterprise viajase hasta un destino no habitado? ¿Quién o qué sería el encargado de frenar y detener la nave?



Una solución imaginativa a la dificultad anterior fue propuesta en el año 2000 por Pedro F. González, quien sugirió que si el pasajero de la burbuja warp pudiese viajar al pasado, entonces podría contribuir a la creación de aquélla y controlarla después ajustando las condiciones iniciales. Otras soluciones consistieron en demostrar que solamente una parte de la región afectada por la curvatura espacio-temporal quedaba causalmente desconectada de la nave cuando ésta superaba la velocidad de la luz, pero sin embargo podía ser aún manipulada y controlada mientras se desplazase a velocidad infralumínica. El control de velocidad podría instalarse en la parte de la burbuja que todavía permanecía conectada causalmente a la nave.



Otras dificultades aparentemente más mundanas deberían ser afrontadas por las intrépidas tripulaciones de los ingenios propulsados por motores de curvatura o warp. Y éstas tenían que ver con los potenciales objetos susceptibles de colisionar a tan elevadas velocidades: fragmentos de cometas, asteroides, polvo interestelar, etc. Incluso los mismísimos cuantos de luz, los fotones que se dirigiesen al casco de la nave estarían afectados por el efecto Doppler, lo que haría que su frecuencia estuviese desplazada hacia la parte del espectro de la radiación gamma, con el consiguiente riesgo tanto para la propia nave como para sus pasajeros.



En este sentido, algunos autores han demostrado, haciendo uso del diseño de burbuja ideado por Van den Broeck, que los fotones dañinos podrían ser frenados convenientemente hasta valores razonables de sus velocidades en una zona relativamente cercana a la nave, denominada “región de Broeck”.



En cuanto a los cuerpos materiales en curso de colisión con el fuselaje, los de mayor tamaño serían fragmentados por las fuerzas de marea causadas por la misma burbuja warp; los de dimensiones demasiado pequeñas como para sufrir estos efectos serían frenados en la región de Broeck e impactarían a velocidades mucho más lentas.



Más recientemente, y con objeto de soslayar algunas de las dificultades anteriores y otras más que no os contaré por no acabar con vuestros sueños más audaces de viajar a las estrellas a bordo de la inefable Enterprise, se han propuesto revisiones acerca del motor warp. Una de estas revisiones es la desarrollada por Richard K. Obousy y Gerald Cleaver, de la universidad Baylor, en Texas. La idea consiste en utilizar las controvertidas teorías cuánticas de la gravedad, más conocidas como teorías de supercuerdas o, simplemente, teoría M. Según estos modelos, nuestro universo esconde dimensiones espaciales venidas a menos, es decir, demasiado pequeñas como para ser observadas por nosotros, humanos limitados que únicamente podemos experimentar con las familiares ancho, alto y largo. Como ya os he comentado en otra ocasión, algunas de esas dimensiones extras podrían alcanzar longitudes del orden de las micras (millonésimas de metro).



Pues bien, si fuésemos capaces de modificar el tamaño de estas dimensiones a nuestro antojo, en teoría podríamos ser capaces de alterar el ritmo al que se expande el mismísimo espacio, sin más que cambiar el valor de la constante de Hubble, pues se demuestra que ésta varía inversamente con el cuadrado del tamaño de la dimensión extra. La constante de Hubble es la razón entre la velocidad de alejamiento mutuo de las galaxias debido al Big Bang con el que se originó el universo y la distancia que las separa. Por lo tanto, da cuenta de lo rápido que se alejan las galaxias entre sí o, lo que es equivalente, de la velocidad a la que se expande el espacio. Y recordad que la expansión mayor o menor del espacio es la idea que subyace escondida detrás del motor de curvatura.



El valor actual de la constante de Hubble es de alrededor de H=2,17 10^(-18) (m/s)/m. Esto quiere decir que para que un solo metro de espacio se expanda hasta dos metros de espacio han de transcurrir nada menos que 65.000 millones de años. Modificando el valor de H a voluntad se lograría que la expansión del Universo fuese más o menos rápida, permitiéndonos un control sobre el espacio-tiempo. Teniendo control sobre esto sería posible viajar a puntos arbitrariamente lejanos en tiempos arbitrariamente cortos. Obousy y Cleaver han determinado que para lograr que el espacio se expandiese a la velocidad de la luz, una civilización suficientemente avanzada (nosotros no lo somos) debería poder alterar el valor de H hasta hacerlo cien billones de billones de veces mayor que el actual. Equivalentemente, la dimensión espacial extra tendría que reducir su tamaño hasta las décimas de attometro (trillonésima de metro).



Ahora bien, ¿cómo se lleva a cabo esta manipulación del tamaño de las dimensiones extra del espacio? Pues como se hace todo, esto es, disponiendo de cantidades enormes de energía. Los mismos autores anteriores han estimado que para que la burbuja warp albergase una nave de forma cúbica de 10 m de lado, serían necesarios 10^45 joules, es decir, la cantidad equivalente a convertir en energía pura la masa de un planeta del tamaño de Júpiter.



La teoría M guarda aún más sorpresas. Según la misma, el motor warp no podría viajar a una velocidad infinita. Muy al contrario, la rapidez de la nave estaría limitada debido a que las dimensiones extra no pueden hacerse arbitrariamente pequeñas. En efecto, la longitud de Planck representa el valor más pequeño que puede tener una medida, pues la física actual no parece funcionar por debajo de dicho valor. Admitiendo que el tamaño de las dimensiones extra fuese el de la longitud de Planck, la nave nunca podría desplazarse a una velocidad superior a cien millones de cuatrillones de veces la velocidad de la luz, para lo cual se requeriría la masa de cien cuatrillones de cuatrillones de galaxias como la Vía Láctea. A semejante velocidad, la Enterprise cruzaría el universo de un extremo al otro en tan sólo 30 femtosegundos (milbillonésimas de segundo). ¡Señor Sulu, velocidad máxima!



En aquel ya histórico artículo, Miguel Alcubierre proponía la idea de diseñar una “burbuja warp”, una deformación del espacio-tiempo consistente nada menos que en plegar éste de manera que una hipotética nave espacial introducida en la burbuja vería cómo aquél se encogería por delante de la proa al mismo tiempo que se estiraría por detrás de la popa. Así, la nave alcanzaría su destino a la misma velocidad a la que tuviese lugar el plegamiento del espacio-tiempo. Y aquí es donde viene lo realmente novedoso del método propuesto por Alcubierre, pues resulta que la malla espacio-temporal, en teoría, puede deformarse a una velocidad arbitrariamente elevada. Dicho en otras palabras, no hay ningún impedimento en la teoría general de la relatividad para que se supere la velocidad de la luz en el vacío cuando es el propio espacio el que se “mueve”.



De hecho, la nave espacial no se habrá movido “localmente” (dentro de su propia burbuja warp) a una velocidad hiperlumínica en ningún momento. Más aún, Alcubierre demostró que los pasajeros a bordo de la nave no sufrirían ni las terribles aceleraciones de los viajes “convencionales”, ni tampoco las consecuencias de la dilatación temporal consecuencia de las velocidades relativistas. Todo parecía ideal, se podría llegar a cualquier lugar del universo en un tiempo razonable y sin encontrarte a tu familia disfrutando de la pensión a tu vuelta. Sólo restaba poner manos a la obra y construir la burbuja.



Pero las dificultades surgen a la hora de determinar la cantidad de energía requerida en la deformación del espacio-tiempo. Tres años después de la aparición del artículo de Alcubierre, Michael J. Pfenning y Larry H. Ford publicaban en la misma revista unos resultados desoladores para todos los “trekkies” del mundo mundial. Se necesitaba más energía que la que había en todo el universo conocido. ¡Adiós al sueño de la Enterprise! Pero como todo podía ser peor, efectivamente lo fue. La energía necesaria debía ser NEGATIVA. ¿Qué, cómo, dónde, cuándo?



Pues sí, queridos lectores. Energía negativa a montones. ¿Qué era la energía negativa? ¿Existía semejante cosa? ¿Cómo se obtenía? ¿Había que buscarla en algún lado o simplemente había que sintetizarla de alguna manera? ¿Había existido alguna vez o todo era producto de unas ecuaciones que habían alcanzado su límite y ya no eran aplicables? Si, según la teoría de la relatividad, la energía y la masa son dos manifestaciones diferentes de una misma cosa y si la masa es responsable de la curvatura del espacio, ¿cómo se podía curvar al revés éste? ¿Existían las deformaciones negativas? Evidentemente, en el marco de la teoría general de la relatividad, la masa y, por ende, la energía negativa no tenían cabida.



Casi 50 años antes de que se propusiese el motor de curvatura, dos físicos holandeses, Hendrik Casimir y Dirk Polder, utilizaron la teoría cuántica para demostrar la existencia de la energía negativa. Predijeron que si se situaban dos placas metálicas, eléctricamente neutras, paralelas entre sí, aparecería una fuerza de atracción entre ellas que sería directamente proporcional a sus áreas superficiales e inversamente proporcional a la cuarta potencia de su separación. Sería una fuerza tan pequeña que tan sólo se manifestaría de forma apreciable cuando la separación entre las placas fuese muy pequeña. De hecho, si ésta fuese de una micra, la fuerza por unidad de área (presión) sobre las placas sería de una milésima de pascal, es decir, 100 millones de veces menor que la presión atmosférica. La aparición de esta fuerza atractiva misteriosa era una manifestación de las fluctuaciones cuánticas del vacío y podía interpretarse como debida a la existencia de una energía negativa en el espacio entre las placas metálicas. ¿Entendéis algo? Yo ni papa, sinceramente.



De todas maneras, ahí estaba la esperanza de nuevo para los conquistadores del cosmos. La energía negativa era real, no era un producto de ninguna imaginación calenturienta y la fuerza de Casimir había sido medida de forma precisa en el año 1997 por Steven Lamoreaux en el laboratorio nacional de Los Álamos, justo el mismo año de la publicación de Ford y Pfenning. Sin embargo, restaba la cuestión de la cantidad requerida. ¿De dónde sacar más energía que la disponible en el universo? ¿De otro universo? Algo había que hacer, y rápido, muy rápido, a velocidad warp.



En 1999, un tal Chris Van Den Broeck, entonces en la universidad católica de Leuven, en Bélgica, introdujo una variante en el método propuesto por Miguel Alcubierre cinco años antes. Se trataba de modificar ligeramente la geometría del espacio-tiempo utilizada por el físico mejicano, introduciendo dentro de la “burbuja warp” una especie de “bolsillo”. De alguna manera la corteza exterior de la burbuja se haría microscópicamente muy pequeña (del orden de las millonésimas de nanómetro), mientras que el volumen interior sería macroscópicamente grande (cientos de metros). Algo que solamente se podía lograr con materia exótica, esto es, otra vez la omnipresente energía negativa. Pero ¿cuál era la ventaja de esta nueva geometría? Pues, sencillamente, que los requerimientos energéticos para construir la burbuja capaz de albergar la nave espacial disminuían drásticamente en varios órdenes de magnitud. Ahora ya únicamente se requerían cantidades de energía negativa equivalentes a la masa de una estrella no demasiado diferente al Sol. ¿Estábamos más cerca de nuestro sueño de alcanzar las estrellas? Capitán Kirk, ¿me oye? Señor Spock, ¿le parece perfectamente lógico?



Desafortunadamente, no todo eran buenas noticias. Van Den Broeck también señalaba en su artículo varias dificultades que resultarían prácticamente insalvables para los ingenieros. Al parecer, si la burbuja warp se desplazase a mayor velocidad que la luz, su corteza exterior sería dejada atrás, parte de la materia exótica requerida no sería capaz de mantenerse unida al resto, con lo que el efecto warp desaparecería. Y más aún, la misma materia exótica se desplazaría con movimiento taquiónico, provocando la aparición de una singularidad desnuda en la parte frontal de la burbuja. Algo terrible, un horror, señor Sulu, oiga.








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