Es difícil vivir en un universo relativista, donde incluso las estrellas más cercanas están muy lejos y la velocidad de la luz es absoluta. No es de extrañar entonces por qué las franquicias de ciencia ficción emplean habitualmente FTL (Faster-than-Light) como un dispositivo de trama. Presiona un botón, presiona un pedal, y ese elegante sistema de conducción, 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 este año, 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 de la urdimbre para determinar el estado del arte y la viabilidad".
Como Agnew explicó a una casa repleta, la teoría detrás de un sistema de propulsión de urdimbre 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 recorrido 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 expande. 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 de urdimbre 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 que se mueve a sí misma), 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 Space Magazine 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 noté cómo habían predicho o inspirado la invención de teléfonos celulares, tabletas y otras comodidades. Pensé en algunas de las otras tecnologías, como los torpedos de fotones, los fásers y la transmisión por deformación, e intenté investigar tanto lo que la "ciencia de Star Trek" como el "equivalente de la 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 por esto va en gran medida al Dr. 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 Simposio de 100 años de Starship en 2011, el Dr. 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 el Dr. 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 urdimbre. Bajo la tutoría del Dr. 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 que presenta la investigación en mecánica de urdimbre.
Como Agnew relató, uno de los más grandes es el hecho de que el concepto de "unidad 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 está directamente fuera 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 la suposición de "velocidad de la luz". No fue hasta que profundicé más en la teoría que me di cuenta de que no tenía estos problemas. Creo que habrá / 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 (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 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 personal , 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 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 de "tamaño de 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 espacio-tiempo a voluntad y de manera local, como alrededor de un objeto pequeño o un barco. Sabemos con certeza que densidades de energía muy altas, en forma de campos EM o masa, por ejemplo, pueden causar curvatura en el espacio-tiempo. Sin embargo, se necesitan enormes cantidades 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 pueda duplicarse en una 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 Júpiter de materia exótica sigue siendo prohibitivamente grande. A este respecto, aún se necesita hacer un progreso significativo para reducir los requisitos de energía a algo más realista.
La única forma previsible de hacerlo 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 el problema de la financiación, que siempre es un desafío cuando se trata de conceptos que se consideran "por ahí".
Pero como dice Agnew, ese no es un desafío insuperable. Considerando el progreso que se ha hecho hasta ahora, hay
“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 gran salto 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 parece completamente posible.
Y dada nuestra creciente preocupación por los exoplanetas (otro campo explosivo de astronomía), no hay escasez de personas que esperan enviar misiones a las estrellas cercanas para buscar planetas potencialmente habitables. Y como los ejemplos mencionados sin duda demuestran, a veces, todo lo que se necesita para que la pelota ruede es un buen empujón ...
Imagen superior: "IXS Starship ". Crédito y ©: Mark Rademaker (2016)
