Los científicos creen que viajar a la velocidad de la luz es posible. Así es cómo.

Un motor warp en funcionamiento permitiría a los humanos llegar a los confines del cosmos en un abrir y cerrar de ojos.

IA finales de 2020,El físico Harold “Sonny” White, PhD, director de investigación de la organización sin fines de lucro Limitless Space Institute, notó algo peculiar (y familiar) en un patrón circular de gráficos de datos generados por un experimento reciente.

White y su equipo en el laboratorio de LSI en Houston estaban realizando investigaciones para la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, o DARPA, y habían organizado estos experimentos particulares para estudiar las densidades de energía dentro de las cavidades de Casimir, los misteriosos espacios entre placas de metal microscópicas en el vacío. El gráfico de datos indicó áreas de energía disminuida entre las placas, lo que hizo que se empujaran una hacia la otra como si intentaran llenar el vacío. Esto se conoce como densidad de energía negativa del vacío, un fenómeno en la mecánica cuántica llamado, apropiadamente, efecto Casimir. Es algo que está ayudando a los científicos a comprender la física confusa de las estructuras a microescala, que algunos investigadores esperan que pueda aplicarse a aplicaciones energéticas que sean más prácticas, como circuitos y sistemas electromecánicos.

Pero White notó que el patrón de energía de vacío negativa entre las placas y alrededor de pequeñas columnas cilíndricas que habían insertado en el espacio les resultaba familiar. Precisamente se hizo eco del patrón de energía generado por un tipo de materia exótica que algunos físicos creen que podría desbloquear los viajes interestelares de alta velocidad. "Luego observamos, matemáticamente, lo que sucede si colocamos una esfera de una micra dentro de un cilindro de cuatro micras en las mismas condiciones, y descubrimos que este tipo de estructura podría generar una pequeña burbuja de deformación a nanoescala que encapsule esa región central". Blanco explica.

Así es: una burbuja warp. El componente esencial de un motor warp hasta ahora ficticio que durante décadas ha sido la obsesión de físicos, ingenieros y fanáticos de la ciencia ficción. El motor warp, por supuesto, es parte de la leyenda de Star Trek, un dispositivo encerrado dentro de una nave espacial que brinda a los mortales a bordo la capacidad de recorrer el cosmos a una velocidad sobrehumana. Para el fanático de la ciencia ficción, es una “caja negra”, una solución conveniente y completamente inventada para evitar las duras realidades de los viajes interestelares. Sin embargo, después de décadas de especulación, investigación y experimentación, los científicos creen que un motor warp realmente podría funcionar.

Para enfatizar: el blanco en realidad no hizo una burbuja warp. Pero los datos de su estudio llevaron a un momento de já: por primera vez, una burbuja warp construible parecía prometedora de éxito.

El núcleo de la tecnología Warp la ciencia es sorprendentemente sólida. Aunque la mecánica específica de un dispositivo real no se ha desglosado por completo, las matemáticas apuntan hacia la viabilidad. En resumen, un motor warp de la vida real usaría cantidades masivas de energía, que pueden venir en forma de masa, para crear suficiente atracción gravitacional para distorsionar el espacio-tiempo de manera controlada, permitiendo que una nave avance dentro de una burbuja autogenerada. que a su vez es capaz de viajar prácticamente a cualquier velocidad. Los motores warp aparecieron intermitentemente en la ficción durante varias décadas antes de que el creador de Star Trek, Gene Roddenberry, conectara uno al USS Enterprise en 1966. Pero Miguel Alcubierre, PhD, físico teórico mexicano y entusiasta declarado de Star Trek, dio la idea de patas del mundo real cuando publicó un artículo en 1994 especulando que tal impulso era matemáticamente posible. Fue el primer análisis serio de la viabilidad de un motor warp y fue noticia en todo el mundo. Su avance inspiró a más científicos a impulsar los aspectos teóricos del impulso warp hacia aplicaciones prácticas concretas.

"Propuse una 'geometría' para el espacio que permitiría viajar más rápido que la luz visto desde lejos, esencialmente expandiendo el espacio detrás del objeto que queremos mover y contrayéndolo delante", dice Alcubierre. "Esto forma una 'burbuja' de espacio distorsionado, dentro de la cual podría residir un objeto, una nave espacial, por ejemplo".

Los físicos tienden a hablar en términos relativos. Al inyectar el astuto calificativo “visto desde muy lejos”, Alcubierre podría sonar como si estuviera describiendo el equivalente galáctico de una ilusión óptica, un efecto quizás similar a pasar por delante de un camión que va en dirección opuesta en la autopista cuando ambos van a 60 millas por hora. Se siente como un dólar veinte, ¿no? Pero la velocidad de A a B es real; el efecto de deformación simplemente acorta la distancia literal entre dos puntos. Estrictamente hablando, no te estás moviendo más rápido que la luz. Dentro de la burbuja, todo parece relativamente normal y la luz se mueve más rápido que tú, como debería. Fuera de la burbuja, sin embargo, estás transportando el correo.

La propuesta de Alcubierre había resuelto uno de los obstáculos iniciales para lograr velocidades de curvatura: la idea misma choca con la teoría de la relatividad general de Einstein, aceptada desde hace mucho tiempo, que afirma que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, pero no impide que el espacio mismo pueda viajar. viajando más rápido que eso. De hecho, los científicos especulan que los mismos principios explican la rápida expansión del universo después del Big Bang.

Si bien llegó a la conclusión de que la velocidad warp era realmente posible, Alcubierre también descubrió que se necesitaría una enorme cantidad de energía para sostener la burbuja warp. Teorizó que la energía negativa (la materia insinuada por la experimentación de White con las cavidades de Casimir) podría ser una solución. El único problema es que nadie ha demostrado todavía que la energía negativa sea real. Es el unobtanio de nuestra imaginación espacial, algo que los investigadores sólo creen que existe. En teoría, sin embargo, esta materia desconocida puede ser lo suficientemente poderosa como para que los futuros diseñadores de motores warp puedan canalizarla para contraer el espacio-tiempo a su alrededor. En los dibujos conceptuales de naves espaciales con capacidad de deformación, enormes anillos de material que contienen esta fuente de energía rodean un fuselaje central. Cuando se activa, deforma el espacio-tiempo alrededor de toda la nave. Cuanto más intensa es la deformación, más rápido se consigue el recorrido de la deformación.

Por supuesto, no es tan simple. El físico José Natário, PhD, profesor del Instituto Superior Técnico de Lisboa, escribió su propio e influyente artículo sobre la viabilidad matemática de los motores warp en 2001. Sin embargo, le preocupan los enigmas prácticos, como la cantidad de energía necesaria. "Es necesario poder curvar bastante el espacio-tiempo para poder hacer esto", dice. "Estamos hablando de algo que sería mucho, mucho más poderoso que el sol".

Alcubierre se muestra igualmente escéptico respecto de que sus ideas teóricas puedan usarse alguna vez para desarrollar un motor warp que funcione. “Para que una burbuja de unos 100 metros de ancho viaje exactamente a la velocidad de la luz, se necesitarían unas 100 veces la masa del planeta Júpiter convertida en energía negativa, lo que por supuesto suena absurdo”, afirma. Según ese criterio, concluye, es muy improbable que se produzca un motor warp.

Los físicos aman un desafío, sin embargo. En los 29 años transcurridos desde que Alcubierre publicó su artículo, otros científicos han luchado con las implicaciones del trabajo, proporcionando enfoques alternativos para generar energía utilizando fuentes de energía más accesibles, encontrando puntos de entrada indirectos al problema y discutiendo ideas de un lado a otro en respuesta. a los papeles del otro. Utilizan analogías con trampolines, manteles, bolas de bolos, globos, cintas transportadoras y música para explicar la física.

Incluso tienen su propio vocabulario. No se trata de viajar más rápido que la luz; Es un viaje superluminal, gracias. Luego están lo físico y lo no físico, también conocido como la distinción crítica entre especulación teórica y algo que realmente puede diseñarse. (Consejo profesional: nuestro objetivo es lo físico aquí, amigos). Mencionan mucho Star Trek, pero nunca Star Wars. Incluso el pastor nerf de aspecto más desaliñado sabe que las naves de Star Wars usan hiperimpulsor, que consume combustible, en lugar de motores warp, que no utilizan tecnología de propulsión sino que dependen, bueno, de la deformación. También son vagos sobre detalles como lo que experimentarían los pasajeros, cómo es la gravedad a bordo, ya que llevas barcos cargados de energía, y qué pasaría si alguien, por ejemplo, saltara del barco mientras se deforma. (Una suposición especulativa: nada bueno).

Este tipo de investigación no suele estar financiada por instituciones académicas ni por los DARPA y la NASA del mundo, por lo que gran parte de este trabajo se realiza en el tiempo libre de los científicos. Uno de esos científicos y entusiasta de Star Trek es el físico Erik Lentz, PhD. Lentz, ahora investigador del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en Richland, Washington, estaba realizando un trabajo postdoctoral en la Universidad de Göttingen en Alemania cuando, en medio de los primeros y aislados días de la pandemia, reflexionó sobre la idea de viajar más rápido que la luz. Publicó un artículo en 2021 argumentando que los motores warp podrían generarse utilizando fuentes de energía positivas en lugar de la energía negativa que parecía requerir el motor warp de Alcubierre.

"Hay una serie de barreras de entrada para poder construir un motor warp", dice Lentz. "La energía negativa era la más obvia, así que traté de derribar esa barrera".

Exploró una nueva clase de soluciones en la relatividad general de Einstein mientras se concentraba en algo llamado condición de energía débil, que, explica, rastrea la positividad de la energía en el espacio-tiempo. Dio con una “solución de solitón” (una onda que mantiene su forma y se mueve a una velocidad constante) que podría satisfacer el desafío del nivel de energía y viajar más rápido que la luz. Una burbuja warp de este tipo podría viajar utilizando fuentes de energía conocidas, aunque aprovecharlas en los niveles necesarios todavía está mucho más allá de nuestras capacidades. El siguiente paso, señala, puede ser llevar los requisitos de energía para un motor warp al alcance de un reactor de fusión nuclear.

En teoría, un dispositivo impulsado por fusión podría viajar hacia y desde Próxima Centauri, la estrella más cercana a la Tierra, en años en lugar de décadas o milenios, y luego ir cada vez más rápido a medida que mejoren las fuentes de energía. Por otra parte, la tecnología de cohetes convencional actual tardaría 50.000 años sólo en un viaje de ida, suponiendo, por supuesto, que hubiera un suministro ilimitado de combustible para esos motores.

Al igual que la tesis original de Alcubierre, el artículo de Lentz tuvo un impacto sísmico en la comunidad de motores warp, lo que llevó a otro grupo de científicos a profundizar en el desafío. El físico Alexey Bobrick y el empresario tecnológico Gianni Martire han sido particularmente prolíficos. En 2021, publicaron un artículo que teorizaba que a partir de los conocimientos científicos actuales se podría desarrollar una clase de impulsos warp subliminales, que viajan a solo una fracción de la velocidad de la luz. Si bien ese artículo esencialmente argumentaba que es perfectamente aceptable caminar antes de poder correr, a principios de este año lo siguieron con otra teoría que describe cómo se podría usar un agujero negro simulado, creado usando ondas sonoras y glicerina y probado con un rayo láser. evaluar los niveles de fuerza gravitacional necesarios para deformar el espacio-tiempo. El dúo codificó ese avance en una aplicación pública que esperan ayude a convertir más rápidamente las ideas teóricas en prácticas. Aunque el equipo está esperando que la tecnología pase una etapa de revisión por pares antes de publicar detalles, la aplicación es esencialmente un simulador que permite a los científicos ingresar sus ecuaciones de velocidad warp para validar si son prácticas.

“Cuando alguien publica una métrica de deformación por primera vez, la gente dice: 'Está bien, ¿tu métrica es física?'”, dice Martire. La respuesta a esa pregunta (si la métrica tiene potencial práctico o es estrictamente teórica) es difícil de establecer dados los desafíos que implica probar estas hipótesis. Esa determinación podría tardar entre seis y ocho meses. "Ahora podemos decírtelo en cuestión de segundos y te muestra visualmente qué tan lejos estás o qué tan cerca estás", dice.

Si bien es útil, la aplicación acelerará los cálculos preliminares sólo para futuros investigadores. Aún quedan desafíos del tamaño de una galaxia antes de que experimentemos los viajes interestelares con turbocompresor. A Alcubierre le preocupa en particular lo que pueda suceder cerca de las paredes de la burbuja warp. La distorsión del espacio es tan violenta allí, señala, que destruiría cualquier cosa que se acercara. "Si chocas con algo en tu camino, es casi seguro que sería catastrófico", dice.

Natário reflexiona sobre cuestiones aún más prácticas, como girar el volante y frenar. "Es una burbuja espacial que estás empujando a través del espacio", dice. "Entonces, tendrías que decirle al espacio... que haga una curva delante de tu nave espacial". Pero ahí radica el problema: no puedes indicarle al espacio frente a ti que se comporte como quieres.

¿Su opinion? Los viajes superlumínicos son imposibles. "Se necesitan estas enormes deformaciones que no sabemos cómo lograr", dice Natário. "Entonces, sí, se ha hecho un gran esfuerzo para lograr esto y estudiar estas extrañas soluciones, pero todo esto sigue siendo completamente teórico, abstracto y muy, muy, muy, muy lejos de acercarse a un motor warp práctico". Eso es “muy” elevado a cuatro, claro está: cada golpe aplastante nos aleja exponencial e insoportablemente más y más de nuestras anheladas vidas superluminales.

En definitiva, la persecución La existencia de un transporte interestelar viable de alta velocidad también apunta a un desafío terrestre más apremiante: en primer lugar, cómo la comunidad científica aborda los desafíos a ultra largo plazo. La mayor parte de la investigación hasta ahora proviene de iniciativas independientes sin financiación directa, o de descubrimientos fortuitos realizados al explorar investigaciones a menudo no relacionadas, como el trabajo del Dr. White sobre las cavidades de Casimir.

Muchos científicos sostienen que estamos en un período de varias décadas de estancamiento en la investigación de la física, y el impulso warp (a pesar de sus horizontes temporales épicos antes de que la investigación inicial conduzca a aventuras que abarcan toda la galaxia) es en cierto modo emblemático de ese estancamiento. Sabine Hossenfelder, investigadora del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt y creadora del canal de YouTube Science Without the Gobbledygook, señaló en una publicación de blog de 2020 que la investigación en física se ha alejado de la experimentación física frecuente y persistente hacia infusiones exorbitantes de dinero en efectivo en relativamente pocos dispositivos. Ella escribe que con menos experimentos, los descubrimientos fortuitos se vuelven cada vez más improbables. Sin esos descubrimientos, el progreso tecnológico necesario para mantener los experimentos económicamente viables nunca se materializa.

Cuando se le preguntó si esto se aplicaba igualmente al warp drive, Hossenfelder ve una conexión débil pero plausible. "Los motores warp son una idea que no dará lugar a aplicaciones en los próximos 1.000 años aproximadamente", afirma. “Así que no juegan un papel importante de un modo a otro. Pero cuando se trata de financiación, se ve cierta superposición de problemas”.

Entonces, a pesar de todos los avances, el horizonte de un impulso warp sigue siendo dolorosamente remoto. Sin embargo, eso no ha desconcertado a los científicos involucrados. Hace unos años, mientras enseñaba en Francia, White visitó la catedral de Estrasburgo con su esposa. Mientras admiraba su aguja de 466 pies de altura, le sorprendió el hecho de que la construcción comenzó en 1015 pero no concluyó hasta 1439, un lapso de 424 años. Quienes construyeron el sótano no tuvieron ninguna posibilidad de ver el producto terminado, pero sabían que tenían que hacer su parte para ayudar a las generaciones futuras. "No tengo una bola de cristal", dice White. “No sé lo que depara el futuro. Pero sé lo que tengo que hacer ahora mismo”.

Eric Adams es un escritor y fotógrafo que se centra en tecnología, transporte, ciencia, viajes y otros temas para una amplia gama de medios, incluidos Wired, The Drive, Gear Patrol, Men's Health, Popular Science, Forbes y otros.

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