Coloque a una persona en el espacio, lejos de los lazos gravitacionales de la superficie terrestre, y se sentirá ingravidez. Aunque todas las masas del Universo seguirán actuando gravitacionalmente sobre él, también atraerán cualquier nave espacial en la que se encuentre la persona, por lo que flotará. Y, sin embargo, en la televisión, se nos mostró que la tripulación de cierta nave espacial camina con bastante éxito en el suelo con los pies en cualquier condición. Para ello se utiliza la gravedad artificial, creada mediante instalaciones a bordo de un fantástico barco. ¿Qué tan cerca está esto de la ciencia real?
El capitán Gabriel Lorca en el puente Discovery durante una batalla simulada con los Klingon. Toda la tripulación es atraída por la gravedad artificial, y esto es, por así decirlo, un canon
En cuanto a la gravedad, el gran descubrimiento de Einstein fue el principio de equivalencia: con aceleración uniforme, el marco de referencia es indistinguible del campo gravitacional. Si estuvieras en un cohete y no pudieras ver el universo a través de una ventana, no tendrías idea de lo que está sucediendo: ¿estás siendo arrastrado hacia abajo por la fuerza de la gravedad o la aceleración del cohete en una determinada dirección? Esta fue la idea que llevó a la relatividad general. Cien años después, esta es la descripción más precisa de la gravedad y la aceleración que conocemos.
El comportamiento idéntico de una pelota que golpea el suelo en un cohete en vuelo (izquierda) y en la Tierra (derecha) demuestra el principio de equivalencia de Einstein.
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Hay otro truco, dice Ethan Siegel, que podemos usar si queremos: podemos hacer girar la nave espacial. En lugar de la aceleración lineal (como el empuje de un cohete), se puede hacer que la aceleración centrípeta funcione, de modo que la persona a bordo pueda sentir el casco exterior de la nave espacial empujándola hacia el centro. Este fue el truco utilizado en 2001 A Space Odyssey, y si su nave espacial fuera lo suficientemente grande, la gravedad artificial sería indistinguible de la gravedad real.
Solo uno pero. Estos tres tipos de aceleración (gravitacional, lineal y rotacional) son los únicos que podemos utilizar para simular los efectos de la gravedad. Y este es un gran problema para la nave espacial.
El concepto de la estación de 1969, que se iba a montar en órbita a partir de las fases pasadas del programa Apolo. La estación tuvo que girar sobre su eje central para crear gravedad artificial.
¿Por qué? Porque si desea viajar a otro sistema estelar, deberá acelerar su nave para llegar allí y luego reducir la velocidad al llegar. Si no puede aislarse de estas aceleraciones, el desastre le espera. Por ejemplo, para acelerar a pleno impulso en Star Trek, hasta un pequeño porcentaje de la velocidad de la luz, uno tendría que experimentar una aceleración de 4000 g. Esto es 100 veces la aceleración que comienza a obstruir el flujo sanguíneo en el cuerpo.
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El lanzamiento del transbordador espacial Columbia en 1992 mostró una aceleración durante un largo período. La aceleración de la nave espacial será muchas veces mayor y el cuerpo humano no podrá hacer frente a ella.
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Si no quiere estar ingrávido en un viaje largo, para no exponerse a un desgaste biológico espantoso, como la pérdida de masa muscular y ósea, debe ejercer fuerza constantemente sobre el cuerpo. Para cualquier otra fuerza, esto es bastante fácil de hacer. En electromagnetismo, por ejemplo, uno podría colocar a la tripulación en una cabina conductora y muchos campos eléctricos externos simplemente desaparecerían. Sería posible colocar dos placas paralelas en el interior y obtener un campo eléctrico constante, empujando las cargas en una determinada dirección.
Si la gravedad funcionara de la misma manera.
El concepto de conductor gravitacional simplemente no existe, así como la capacidad de protegerse de la fuerza gravitacional. Es imposible crear un campo gravitacional uniforme en una región del espacio, por ejemplo, entre dos placas. ¿Por qué? Porque a diferencia de la fuerza eléctrica generada por cargas positivas y negativas, solo hay un tipo de carga gravitacional, y es la masa-energía. La fuerza gravitacional siempre atrae y no hay ningún lugar donde esconderse de ella. Solo puede usar tres tipos de aceleración: gravitacional, lineal y rotacional.
La gran mayoría de los quarks y leptones del Universo se compone de materia, pero cada uno de ellos también tiene antipartículas de antimateria, cuyas masas gravitacionales no están determinadas.
La única forma en que podría crearse la gravedad artificial que lo protegería de los efectos de la aceleración de su nave y le proporcionaría un empuje constante hacia abajo sin aceleración estaría disponible si descubriera partículas de masa gravitacional negativa. Todas las partículas y antipartículas que hemos encontrado hasta ahora tienen una masa positiva, pero estas masas son inerciales, es decir, solo pueden juzgarse cuando se crea o acelera una partícula. La masa inercial y la masa gravitacional son las mismas para todas las partículas que conocemos, pero nunca hemos probado nuestra idea en antimateria o antipartículas.
Actualmente se están llevando a cabo experimentos en esta parte en particular. El experimento ALPHA en el CERN ha creado antihidrógeno: una forma estable de antimateria neutra, y está trabajando para aislarlo de todas las demás partículas. Si el experimento es lo suficientemente sensible, podemos medir cómo una antipartícula golpea un campo gravitacional. Si cae, como la materia ordinaria, entonces tiene una masa gravitacional positiva y puede usarse para construir un conductor gravitacional. Si cae en el campo gravitacional, lo cambia todo. Un resultado, y la gravedad artificial puede ser posible de repente.
La posibilidad de obtener gravedad artificial nos atrae increíblemente, pero se basa en la existencia de masa gravitacional negativa. La antimateria puede ser tan masiva, pero aún no lo hemos probado
Si la antimateria tiene una masa gravitacional negativa, entonces al crear un campo de materia ordinaria y un techo de antimateria, podríamos crear un campo de gravedad artificial que siempre lo derribaría. Al crear un caparazón conductor gravitacional en la forma del casco de nuestra nave espacial, protegeríamos a la tripulación de las fuerzas de aceleración ultrarrápida que de otro modo se volverían letales. Y lo mejor de todo es que los humanos en el espacio ya no experimentarían los efectos fisiológicos negativos que afectan a los astronautas en la actualidad. Pero hasta que encontremos una partícula con masa gravitacional negativa, la gravedad artificial solo se obtendrá mediante aceleración.
Ilya Khel
