Ciencia y Ciencia Ficción: Alcubierre y Shatner

El espacio: la última frontera. Estos son los viajes de la nave estelar «Enterprise», en una misión que durará cinco años, dedicada a la exploración de mundos desconocidos, al descubrimiento de nuevas vidas y nuevas civilizaciones, hasta alcanzar lugares donde nadie ha podido llegar.

La teoría de la relatividad especial de Einstein postula que la velocidad de la luz (c = 300 000 km/s) es independiente del estado del movimiento del observador y del estado de movimiento de la fuente que emite la luz. Debido a esto, dos observadores que se encuentren en dos sistemas de referencia inerciales diferentes, moviéndose a velocidades diferentes, deben de medir siempre la misma velocidad para la luz, aunque dicha fuente esté viajando a velocidades próximas a la de la luz (que por otra parte, siempre emitiría luz a la velocidad c). Esta teoría tiene consecuencias importantes ya que, para empezar, nada puede ir más rápido que la luz. Al medir la posición o el momento temporal en el que un evento tiene lugar, ambos observadores no medirán la misma posición en el espacio, ni observarán que dicho evento ocurre en el mismo instante de tiempo. La conclusión es que el tiempo pasa a ser considerado una coordenada de la misma categoría que las coordenadas espaciales, que tiene implicaciones físicas palpables. El espacio y el tiempo por separado, pasan a ser considerados como una “sábana” denominada espaciotiempo.

Lo anterior ocurre en ausencia de aceleraciones (de ahí lo de sistema de referencia inercial). ¿Qué ocurre si introducimos una aceleración como la de la gravedad? Einstein también se ocupó de ello y, al considerar la gravedad, el espaciotiempo se comporta como una sábana que se curva en presencia de la materia y energía.

La existencia de esta sábana tiene implicaciones importantes en cuanto a la velocidad a la que nos podríamos mover. La velocidad de la luz no se puede superar sobre la sábana, pero ¿qué pasaría si moviéramos la sábana a la velocidad que queramos mientras dejamos el cuerpo no se mueve o se mueve sólo a velocidades cercanas a la de la luz?

USS Enterprise

USS Enterprise (NCC-1701) (Fuente: Reddit)

Estamos a bordo de la nave USS Enterprise (NCC-1701), un crucero de batalla de la clase Constitución de la Flota Estelar de la Federación Unida de Planetas y construida en el año 2245. Tras varias misiones exploratorias, siendo la más importante de cinco años de duración, comandada por el capitán James T. Kirk, en la que se ha establecido contacto con los romulanos, la nave USS Enterprise es llevada a los Astilleros de San Francisco situados en órbita terrestre para sufrir una serie de mejoras. Una de estas mejoras es introducirle unos motores de impulso Warp…

Star_Trek_William_Shatner

William Shatner en el papel de James T. Kirk (Fuente: Wikimedia Commons)

Vamos a dar un salto hacia atrás en el tiempo. Vamos a una época que tuvo lugar muchos años antes de que la USS Enterprise entrara en contacto con los romulanos y que fuera equipada con el motor de impulso Warp.

El físico teórico mexicano Miguel Alcubierre, nació en Ciudad de México el 28 de Marzo de 1964. Estudió Física en la Universidad Autónoma de México (UNAM) y consiguió su doctorado en 1994 en la Universidad de Cardiff en Gales.

Miguel_alcubierre

Miguel Alcubierre (Fuente: Wikimedia Commons)

Alcubierre es un físico teórico de los buenos, de esos que gustan pasar las tardes disfrutando de los capítulos de Star Trek, ya sea de la serie original o de la Nueva Generación. Mientras veía Star Trek, a Alcubierre se le ocurrió que podía estudiar la física de los motores Warp de manera que pudiera desarrollar una teoría que permitiera los viajes espaciales, a una velocidad mayor que la de la luz, y permitir así la existencia de los motores Warp de Star Trek. Dicho y hecho. Se puso a trabajar y desarrolló la métrica de Alcubierre.

¿Qué es la métrica de Alcubierre? En pocas palabras, es una métrica cuya función es curvar el espaciotiempo alrededor de un punto, creando una burbuja alrededor del mismo, donde se distorsiona el espaciotiempo de manera que lo expande detrás suyo y lo acerca por delante. De esta manera el punto se aleja del origen y se acerca a su destino a velocidades tan altas como se quiera. Este es precisamente el funcionamiento de los motores Warp.

Esto, que pudiera ser físicamente cuestionable, sí es realizable desde un punto de vista matemático en el marco de la teoría de la relatividad general de Einstein.

A raíz de esta investigación de Alcubierre, y dado que era un trekkie en toda regla, él y el capitán James Kirk, esto… William Shatner entablaron correspondencia (por qué no la entabló con Gene Roddenberry, director y productor de Star Trek, no se conoce). En esta correspondencia, Alcubierre, intentó explicar a Shatner la física detrás de la métrica que había desarrollado y el funcionamiento de los motores de impulso Warp.

Pero llegó un momento en el que Scotty no podía dar más potencia…

En uno de los correos de Alcubierre a Shatner, éste llego a decir:

“Cuando distorsionas el espaciotiempo, hay que pagar un precio. En la vida real no puedes deformar el espaciotiempo de la manera que quieres. La forma que toma el espaciotiempo se debe a la distribución de masa y energía. Para conseguir el efecto ‘warp’ necesitas un tipo de materia extremadamente extraña llamada ‘energía negativa’”

Alcubierre había dado en el clavo. Había conseguido transmitir a Shatner que la realidad de los motores Warp estaba lejos de ser conseguida.

Curvar el espaciotiempo cuesta una cantidad inmensa de energía. Pongamos por ejemplo el Sol. En el curso de un eclipse de Sol podemos ver las estrellas que se encuentran detrás de él, y las vemos porque su trayectoria se curva ligeramente. Sabemos que el Sol tiene una cantidad de materia y energía enorme comparada con nuestros parámetros diarios, pero esa cantidad sólo da para curvar la trayectoria ligeramente. Una curvatura tal que se pudiera utilizar para crear un efecto Warp, necesitaría de muchísimos más soles que los que podemos contar, es más, en palabras de Alcubierre “mucha más energía de la que ha emitido el Sol desde que nació hace aproximadamente 4500 millones de años”.

Para conseguir la energía necesaria para crear el efecto Warp se necesitaría conseguir energía negativa. Esta energía produce una repulsión gravitatoria en lugar de atractiva.

Hasta ahora, no se ha descubierto tal energía negativa. Y no se descubrirá en el corto plazo. Sin embargo, los físicos de partículas y los físicos de astropartículas siguen buscando pruebas de esta y otras formas de energía y materia. Puede que no la estén buscando con el objetivo de demostrar la teoría de Alcubierre, pero ¿no suena bien que se investigue en buscar algo tan misterioso y fascinante?

Nota final: La relatividad general de Einstein es una teoría incompleta debido a que todavía no se ha logrado crear una teoría cuántica de la gravedad. El hecho de que la teoría de Alcubierre necesite de una energía negativa, pone más aun en relieve la necesidad de lograr una teoría cuántica de la gravedad y poner a prueba dicha métrica.

Spock

Paz y prosperidad

Nota adicional: Gracias a los comentarios de Reyes Zambrano (@MReyesZam) que sabe más de relatividad especial que yo, he actualizado el primer párrafo de la entrada, ya que había cometido algunos errores en cuanto a la formulación de los postulados de la relatividad especial.

Referencias:

I’m Working On That: A Trek From Science Fiction To Science Fact. William Shatner (Información extraída de Google Books)

Más rápido que la luz. Cuando Einstein multa por exceso de velocidad. Mario Herrero-Valea. Revista Naukas #3

Podcast La Fábrica de la Ciencia. Albert Einstein: padre de la física contemporánea, con Reyes Zambrano. Programa 126.

Podcast CoffeBreak Ep28: Alcubierre: Viajes hiperlumínicos y máquinas del tiempo; ¿Construcciones alienígenas?; Marte (The Martian) Part I

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4 pensamientos en “Ciencia y Ciencia Ficción: Alcubierre y Shatner

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