"Sr. Sulu, establezca un rumbo, la velocidad warp es dos": estas palabras, quizás, son conocidas por todos los fanáticos de la ciencia ficción. Pertenecen a James Kirk, el capitán del Starship Enterprise de la legendaria serie Star Trek. Según la trama, los héroes se mueven por la Galaxia cientos de veces más rápido que la luz gracias al motor warp, que dobla el espacio circundante.
En la lejana década de 1960, cuando la serie se estrenó en las pantallas, se percibió como una fantasía imposible. Pero hoy en día muchos científicos e ingenieros están hablando seriamente sobre la posibilidad de crear tal motor y, además, ya existen propuestas concretas.
El límite de velocidad del universo
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Nuestro sistema solar está ubicado en una sección bastante delgada de la Vía Láctea, con una baja densidad de cúmulos de estrellas. El sistema estelar más cercano, Alpha Centauri, está a 4,36 años luz del Sol. En los cohetes modernos, que desarrollan una velocidad de 10 a 15 kilómetros por segundo, ¡los astronautas tendrían que volar hacia ellos durante más de 70.000 años!
Y esto a pesar de que el diámetro total de nuestra galaxia es de 100.000 años luz. Si no podemos superar ni siquiera una distancia tan insignificante según los estándares del Universo, entonces ni siquiera deberíamos tartamudear sobre la colonización y exploración del espacio profundo.
Hay otro obstáculo más serio en el camino hacia las estrellas. Se refleja en la teoría de la relatividad de Einstein. Antes de que apareciera la teoría en 1905, la mecánica celeste de Newton reinaba supremamente en la física. Según él, la velocidad de la luz dependía de la velocidad de movimiento del observador. Es decir, si lograras alcanzar la luz y moverte con ella, entonces simplemente se detendría por ti. Más tarde, Maxwell le dio a esta teoría una base matemática.
Cuando todavía era estudiante, Albert Einstein no pudo aceptar este postulado; sintió que en alguna parte había un error. Al final, encontró la respuesta a la pregunta que lo atormentaba. Demostró que la velocidad de la luz es constante y de ninguna manera depende de un observador externo.
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Resultó que era imposible alcanzar la luz. No importa qué tan rápido se mueva, la luz seguirá adelante. La famosa fórmula de Einstein E = ms², donde la energía de un cuerpo es igual a su masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado, literalmente dice lo siguiente: para acelerar un objeto a la velocidad de la luz, se requiere una cantidad infinita de energía, lo que significa que el objeto debe tener una masa infinita. De hecho, ¡un cohete que quiera acelerar a la velocidad de la luz pesará tanto como el universo entero!
Por supuesto, en la vida real es absolutamente imposible hacer esto, la velocidad de la luz es una especie de inspector DPS universal que de una vez por todas establece el límite de velocidad.
Parecería que esto pone fin al sueño de la humanidad de volar a estrellas distantes. Sin embargo, diez años después de la publicación de la teoría especial de la relatividad, apareció la relatividad general, donde se hicieron comentarios y adiciones más extensos.
En relatividad general, Einstein combinó el espacio y el tiempo. Antes de eso, se consideraban diferentes conceptos físicos. Para una mejor ilustración, comparó el espacio-tiempo con el lienzo. Bajo ciertas condiciones, este lienzo puede moverse mucho más rápido que la luz. Sin embargo, esto no dio respuesta a la pregunta principal: ¿cómo, después de todo, adelantar a la luz?
Durante casi 70 años, muchos investigadores se han preguntado sobre este misterio. Y un buen día, un joven científico encendió la televisión y, al cambiar de canal, se encontró con una serie fantástica. Mientras lo miraba, de repente se dio cuenta y se dio cuenta de cómo desarrollar una velocidad superluminal sin violar las leyes de la física. El nombre de este científico es Miguel Alcubierre.
Motor warp
Luego, en 1994, Alcubierre estudió la teoría de la relatividad en la Universidad de Cardiff (Gales, Reino Unido). En la televisión, vio la serie "Star Trek". El científico llamó la atención sobre el hecho de que los héroes usan un motor de deformación espacial, o warp drive, para moverse en el espacio.
Así como una vez la manzana que cayó sobre la cabeza de Newton lo inspiró a crear la mecánica celeste, el programa de televisión inspiró a Miguel a dar a luz una teoría que podría acabar de una vez por todas con la "discriminación" de alta velocidad del Universo.
Alcubierre se puso a calcular y pronto publicó los resultados. Tomó como base la teoría general de la relatividad, que dice que si aplicas una cierta cantidad de energía o masa, puedes hacer que el espacio se mueva más rápido que la luz.
Para hacer esto, necesitas crear una burbuja especial, o campo de deformación, alrededor del barco. Este campo de deformación reducirá el espacio por delante de la nave y se expandirá por detrás. Resulta que la nave en realidad no se mueve a ningún lado, el espacio en sí se dobla y empuja la nave en una dirección determinada.
El tiempo y el espacio dentro de la burbuja no están sujetos a deformaciones ni distorsiones. Por lo tanto, la tripulación del barco no experimenta ninguna sobrecarga adicional y puede parecer que nada ha cambiado. En este caso, no solo los astronautas que hayan pasado una selección y entrenamiento médicos especiales, sino también personas comunes y corrientes podrán volar al espacio.
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Si estuvieras en el puente de un barco mientras se mueve a una velocidad superluminal y miras el espacio a tu alrededor, las estrellas se convertirían en trazos largos. Pero si miras hacia atrás, no verás nada más que una oscuridad impenetrable, ya que la luz no puede alcanzarte.
Alcubierre calculó que un warp drive permitiría alcanzar una velocidad 10 veces más rápida que la ligera, sin embargo, en su opinión, nada impide un aumento de la potencia del motor y una aceleración a velocidades más altas.
Sin embargo, al familiarizarse con la teoría de Alcubierre, Sergei Krasnikov del Observatorio Astronómico Principal de Pulkovo reveló una característica. El hecho es que el piloto no podrá cambiar arbitrariamente la trayectoria del barco. Es decir, si, por ejemplo, vuelas de la Tierra a Sirius y de repente recuerdas que no apagaste la plancha en casa, no podrás regresar. Primero tendrá que volar a su destino y luego regresar.
Además, tampoco podrás contactar a nadie, ya que el campo warp aísla completamente la nave del mundo exterior y bloquea cualquier señal. Por lo tanto, Krasnikov comparó un viaje en un barco de este tipo con un viaje en el metro. Lo llamó "metro FTL".
Pero este no es el problema principal. El propio campo de deformación debe tener una carga negativa. Para crearlo, se necesita energía negativa, cuya existencia se ha debatido durante muchos años.
Lo que no puede ser
Si la gravedad es la energía de atracción, entonces la energía negativa debería tener propiedades opuestas y repeler los objetos extraños de sí misma. ¿Pero cómo obtienes tanta energía?
En 1933, el físico holandés Hendrik Casimir sugirió que si tomaba dos placas de metal idénticas y las colocaba perfectamente paralelas entre sí a la mínima distancia posible, comenzarían a atraerse. Como si una fuerza invisible los empujara el uno hacia el otro.
Según la mecánica cuántica, el vacío no es un lugar absolutamente vacío, en él aparecen constantemente pares de partículas de materia y antimateria, que colisionan y se aniquilan instantáneamente. Este proceso toma literalmente mil millonésimas de segundo. Cuando chocan, se libera una cantidad microscópica de energía, lo que crea una presión total distinta de cero en un vacío "vacío".
Es importante acercar las placas lo más posible entre sí, entonces el volumen de partículas en el exterior excederá en gran medida su número en el espacio entre las placas. Como resultado, la presión del exterior apretará las placas y su energía, a su vez, será menor que cero, es decir, negativa. En 1948, un experimento logró medir la energía negativa. Pasó a la historia con el nombre de "efecto Casimir".
En 1996, después de 15 años de experimentación e investigación, Steve Lamoreau del Laboratorio Nacional de Los Alamos, junto con Umar Mohidin y Anushri Roy de la Universidad de California en Riverside, lograron medir con precisión el efecto Casimir. Era igual a la carga de un eritrocito, un glóbulo rojo.
Por desgracia, esto es simplemente monstruosamente pequeño para crear un campo de deformación, se necesitan miles de millones de veces más. Hasta que sea posible generar energía negativa a escala industrial, el impulso warp permanecerá en el papel.
A través de las dificultades a las estrellas
A pesar de todas las dificultades en la creación, el impulso warp es el candidato más probable para el primer vuelo interestelar. Los proyectos alternativos, como una vela solar o un motor termonuclear, solo pueden alcanzar velocidades subluminales, mientras que los agujeros de gusano o las puertas estelares son demasiado complejos y tardan miles de años en completarse.
Hoy en día, la NASA está desarrollando más activamente un prototipo de impulsión warp, cuyos especialistas están seguros de que se trata de un problema más técnico que teórico. Y un equipo de ingenieros ya está haciendo esto en el Centro Espacial Johnson, donde una vez se preparó el primer vuelo tripulado a la luna.
Según muchos expertos, lo más probable es que las primeras muestras de tecnología de deformación espacial no aparezcan antes de 100 años después, sujeto a la disponibilidad de financiación constante.
Dime, ¿fantástico? Pero quizás valga la pena recordar que unos años antes de que los hermanos Wright tomaran su avión en el aire, el eminente físico inglés William Thomson dijo que nada más pesado que el aire podía volar. Y 60 años después, el primer cosmonauta de la Tierra sonrió y dijo: "¡Vamos! …"
Adilet URAIMOV
