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domingo, 23 de marzo de 2014

Viajes intergalácticos: Motores WARP

En la serie de ciencia ficción Star Trek, la nave espacial Enterprise viajaba a grandes velocidades por el espacio mediante un motor ficticio llamado motor de curvatura Warp. Muchas veces, las series de ficción o los libros (como los de Verne) anticipan inventos, como el submarino. ¿Podrá ser el motor Warp una realidad algún día? Teóricamente y matemáticamente, sí. Veamos más en detalle este concepto:

Si entendemos el espacio y la gravedad desde el modelo relativista de Albert Einstein, todo lo que forma el Universo estaría incrustado en una estructura tetradimensional llamada espaciotiempo. Ya hemos hablado anteriormente de en qué consiste, pero recordémoslo. En Relatividad especial, tiempo y espacio son dos conceptos que van fuertemente unidos. Mientras que para la dinámica Newtoniana funcionaban aislados, para la de Einstein (velocidades próximas a la luz y campos gravitatorios intensos) están muy relacionados. En la práctica, es más cómodo utilizar las leyes de Newton que las de Einstein, pero a grandes velocidades...las de Newton trae problemas que solo Einstein sabe solucionar. 

Podemos imaginar el espaciotiempo como una esponja. Dentro de ella están incrustados planetas, estrellas e incluso nosotros mismos. Por el simple hecho de que algo tenga masa, deforma el espaciotiempo. Como es muy difícil imaginar algo en 4 dimensiones (yo no sé), lo simplificaremos con esta representación bidimensional. 

representación del espaciotiempo y su curvatura
Simulación de cómo se curva el espaciotiempo en presencia
de un objeto que posee masa.
Ondas y partículas se mueven siguiendo el espaciotiempo, en unas trayectorias llamadas geodésicas. Si en la imagen superior nosotros pasásemos con un coche cerca de la esfera amarilla, nos desviaríamos, como le ocurre a la línea amarilla de la imagen inferior (b). 

Curvatura del espaciotiempo

En el año 1919, esto quedó demostrado. Einstein predijo que la luz de una estrella situada detrás del Sol se curvaría para llegar a nosotros, es decir, gracias a la curvatura espaciotemporal que produce el Sol, somos capaces de ver cosas detrás de él. Como el Sol es muy brillante, la única manera de demostrarlo era durante un eclipse. Al ver dicha estrella durante el eclipse, la Teoría de Einstein cobró fuerza. 

Eclipse Einstein deformación espaciotemporal.
La luz de la estrella (A) se curva por la deformación espaciotemporal
del Sol, y llega a nosotros como si estuviese en la posición (B).

Llegados a este punto, sabemos que la energía curva el espaciotiempo "hacia abajo" o positivamente. Aquí surge un tema muy complicado en astrofísica: ¿hay suficiente curvatura como para que el Universo esté tan plegado que se 'cierre' sobre sí mismo? ¿O es prácticamente plano y por consiguiente infinito en extensión?
Las grandes velocidades y los campos gravitatorios suficientemente fuertes, producen la denominada contracción espacial y la dilatación temporal. En próximas entradas explicaré que la gravedad y las altas velocidades hacen que el tiempo transcurra más despacio y que el espacio se contraiga. Una vez que ya tenemos las nociones de Relatividad básicas, procedamos a explicar el funcionamiento de un motor Warp.

Motor Warp

Un motor de curvatura espaciotemporal, también llamado Warp, funciona deformando el espaciotiempo de la siguiente manera:

Curvatura del espaciotiempo producida por un motor warp

Curva la red del espaciotiempo de manera positiva hacia delante, contrayendo el espacio y por consiguiente "atrayendo" lo que esté delante del motor hacia sí. En la parte de atrás, se produce una curvatura negativa del espaciotiempo, de manera que se "aleja". Durante el trayecto, la nave permanece inmóvil en la llamada "burbuja Warp". Es posible "viajar a velocidades superiores a la de la luz", porque el motor permanece inmóvil todo el tiempo, y el espacio es contraído y dilatado. Se crearían puentes espaciotemporales que conectarían lugares muy remotos en el espacio o en el tiempo, lo que daría esa sensación de superar la velocidad de la luz, aunque como ya sabemos, según la Teoría de la Relatividad esto NO ES POSIBLE. Un símil podría ser: el motor Warp es un surfero que se mueve encima de las olas, que son el espaciotiempo. El surfero permanece quieto, al igual que el motor Warp.

Pero, ¿cómo conseguimos energía negativa para curvar hacia arriba el espaciotiempo?

La respuesta la hallaremos en EL EFECTO CASIMIR. Este defiende la existencia de energía negativa que curva el espaciotiempo negativamente. La física cuántica, y más en concreto el Principio de Incertidumbre, explican que en el llamado vacío cuántico se forman pares de partículas y su correspondiente antipartícula, de modo que se destruyen mutuamente liberando ondas. Si colocamos dos placas muy próximas, como en la imagen inferior, solo será posible la existencia de ondas con una longitud menor a la distancia entre las placas. Como consecuencia, entre las placas hay menos energía que en el exterior. Si en el exterior la energía es 0 porque la desprendida en la destrucción de las partículas es igual a la necesaria para que se formen, significa que en el interior esa energía necesariamente será negativa. Mediante el Efecto Casimir se podría curvar negativamente el espaciotiempo. Recomiendo leer una entrada sobre este efecto para su comprensión haciendo click sobre la imagen inferior.

Atracción no gravitacional entre dos placas muy próximas por el Efecto Casimir

A la hora de crear un motor Warp tenemos dos inconvenientes:

1. La energía negativa producida por el Efecto Casimir, hoy en día, no es capaz ni de desplazar un átomo.

2. La energía positiva necesaria para desplazar una nave espacial convencional tendría que curvar el espaciotiempo al igual que el planeta Júpiter.

Con la tecnología actual no somos capaces de crear un motor así, aunque el físico teórico Miguel Alcubierre descubriese la posibilidad de su existencia, matemática y físicamente.

La NASA lleva con discreción todo lo relacionado con este tipo de componentes. Quién sabe si un día nos parecerá algo cotidiano viajar por las estrellas gracias a esta tecnología. Hasta entonces habrá que seguir investigando y descubriendo nuevas puertas en este fascinante mundo que es la FÍSICA.

Un saludo, compartid y dejad comentarios.
Hasta la próxima!

8 comentarios:

  1. Esto es fascinante! Sin duda este es el reto que tiene la humanidad si no quiere extinguirse (sino lo hace antes por otros motivos), pues nuestro planeta no será eterno.

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  2. Interesante el articulo pero tengo que recordarte que la teoría de la relativida nada puede superar la velocidad de la luz, se podrá aproximar, pero jamas superarse... igualmente me gustó el artículo. gracias por compartirlo.

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    1. ¡Claro que no! Nada puede superar la velocidad de la luz, pero este tipo de motores curvaría el espaciotiempo de tal modo que crearían atajos para viajar muy lehos en el espacio o en el tiempo...
      Un saludo!

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    2. El motor warp se queda estaciinario, lo q hace es dar la imprecion de superar la velocidad de la luz al doblar el espacio tiempo, atrayendo asi lo que se encuentre en su frente aun a una distancia inalcansable. Si aun a la velocidad de la luz nis es imposible alcansar ciertos lugares pues en teoria los atraeriamos a nosotros con un motor warp. "Si Mahoma no va a la montaña, la montaña va a Mahoma"

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  3. Una energía tan potente como para rivalizar con Júpiter haría que los individuos que fuesen en dichas naves se viesen afectados seriamente por la radiación o por los campos de fuerza intensivos. Si ya hay problemas con los campos que generan los móviles, imagínense esos campos. De hecho podrían producir hasta amnesia en los tripulantes de la nave. Aunque esto ultimo es de mi cosecha particular.

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    1. Esas son las desventajas o "pegas" a las que nos tenemos que enfrentar hoy en día ante esto. La tecnología actual no es capaz de desarrollar métodos para llevar a cabo estos viajes. Ojalá vivamos para presenciar estas cosas.
      Un saludo!

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  4. Una preguntita,
    al curvar de esta manera el espaciotiempo, ¿no se curvarían todos los rayos de luz, se atraería la tierra y demás planetas a esta curvatura? Es decir, ¿no se chocaría todo?

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    1. Pero esa atracción es débil y se compensa con otras fuerzas

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