La colaboración ALPHA ha realizado el experimento más preciso jamás realizado para medir el comportamiento de la antimateria neutra en un campo gravitacional. Dependiendo de los resultados, esto podría abrir la puerta a nuevas tecnologías increíbles. Muchas tecnologías de ciencia ficción permanecerán en el ámbito de la ficción durante mucho tiempo (o para siempre), a menos que cambie la física. ¿Pero muchos experimentos también pueden comprobar esto?
El sueño de la comunicación instantánea, las naves espaciales interestelares y la capacidad de viajar en el tiempo son clichés trillados de la ciencia ficción. En muchos sentidos, representan las mayores esperanzas de la humanidad y, sin embargo, dependen de la tecnología que va más allá de lo que se conoce actualmente. Sin embargo, constantemente se están realizando y desarrollando nuevos experimentos. Si tenemos suerte, ¿qué podemos encontrar más allá del horizonte? Ethan Siegel de Medium.com responde la siguiente pregunta:
"Suponiendo que tengamos suerte, ¿qué tipo de experimentos científicos durante las próximas décadas podrían abrirnos oportunidades de ciencia ficción?"
Hay algunas oportunidades fantásticas que podrían sacudir nuestra realidad a finales del siglo XXI.
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Cualquier cohete jamás construido requiere combustible. Pero si tuviéramos que crear un motor de materia oscura, se podría encontrar nuevo combustible literalmente en cada paso del camino a través de la galaxia.
La materia oscura puede ser una fuente ilimitada de combustible que no necesitamos llevar consigo
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Uno de los mayores misterios de la ciencia es, de hecho, la naturaleza de la materia oscura. Sabemos que existe a través de la observación indirecta, y sabemos que hay mucho. Si suma toda la materia ordinaria en una gran galaxia, resulta que hay cinco veces más materia oscura. Y es casi seguro que está formado por partículas con algunas propiedades comunes:
- tienen masa
- no tienen carga eléctrica o de color
- interactúan gravitacionalmente
- deben, en cierto nivel, chocar entre sí y / o con la materia ordinaria
De la famosa fórmula de Einstein E = mc2, aprendimos que la materia oscura contiene una enorme cantidad de energía: cinco veces más que toda la materia ordinaria combinada. Si el universo es bueno para nosotros, podríamos intentar extraerlo.
La distribución de masa de Abell 370, reconstruida mediante lentes gravitacionales, muestra dos grandes halos de masa difusa que corresponden a la materia oscura de los dos cúmulos fusionados. Hay cinco veces más materia oscura cerca y dentro de cualquier acumulación de materia ordinaria.
Muchos experimentos buscan colisiones de materia oscura tanto con la materia ordinaria como consigo misma. En general, hay dos tipos de partículas: fermiones (con espín medio entero) y bosones (con espín entero). Si la materia oscura es un bosón, esto significa que lo más probable es que sea su propia antipartícula, lo que significa que si toma dos partículas de materia oscura y las obliga a interactuar entre sí, se aniquilarán mutuamente. Y si se destruyen, producirán energía pura. En otras palabras, es una fuente de energía gratuita e ilimitada que está disponible en todas partes y en abundancia. Y ni siquiera necesitas llevártelo contigo si decides cruzar el Universo. Por lo tanto, cuando escuche sobre experimentos para buscar materia oscura, la energía libre e ilimitada es nuestro objetivo final y deseado.
Una ilustración de un campo de deformación de Star Trek que encoge el espacio frente a él, alargando el espacio detrás de él.
La antimateria puede tener masa negativa, lo que significa que podría ser la clave para un impulso warp
Si desea viajar a las estrellas, las fuentes convencionales de energía y combustible solo lo sacarán de la cerca hasta la hora del almuerzo. O no se moverán más rápido que la velocidad de la luz. La estrella de tipo solar más cercana con mundos potencialmente habitables, Tau Ceti, está a unos 12 años luz de distancia. Es decir, el viaje de ida y vuelta solo le llevará al menos la mitad de su vida. Pero si pudiéramos reducir el espacio frente a nosotros mientras viajamos a través del espacio interestelar mientras lo expandimos detrás de nosotros, podríamos llegar mucho más rápido. Ésta fue la idea que se le ocurrió al astrofísico Miguel Alcubierra en 1994, quien luego la formalizó según los cánones de la ciencia estricta.
Solo que ahora, para resolver Alcubierra, se necesita una masa negativa
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Para lograr la configuración correcta del espacio-tiempo requerida para acelerar el impulso warp, se deben cumplir dos condiciones: una cantidad colosal de energía y la existencia de masa negativa. Esta masa negativa, que todavía se conoce solo en papel, es necesaria para la correcta curvatura del espacio-tiempo y, por lo tanto, para el movimiento de deformación. Pero nunca hemos medido la masa de las partículas de antimateria; caen "hacia abajo" o "hacia arriba" en el campo gravitacional, esto aún se desconoce. El experimento ALPHA del CERN mide actualmente los efectos gravitacionales de la antimateria y su comportamiento en un campo gravitacional. Si la respuesta es caer "hacia arriba" en el campo gravitacional, simplemente obtendremos nuestra masa negativa y ensamblaremos el impulso warp.
La herramienta Virtual IronBird te permite crear gravedad artificial, pero requiere mucha energía y te permite proporcionar solo una fuerza centrípeta específica. La verdadera gravedad artificial requeriría masa negativa
La masa negativa también nos permitiría crear gravedad artificial
La misma posibilidad, la existencia de masa negativa en el Universo, nos permitiría crear un campo gravitacional artificial. La existencia de cargas positivas y negativas en el electromagnetismo nos permite crear conductores, manipular campos eléctricos y proteger esos campos eléctricos. La gravedad, como la entendemos ahora, tiene un solo tipo de carga: masa positiva. La existencia de masa negativa nos permitiría crear un verdadero entorno con gravedad cero y nos proporcionaría la capacidad de crear un campo gravitacional artificial de cualquier magnitud entre dos sistemas de masa positiva y negativa.
La idea de viajar en el tiempo aparece constantemente en la ciencia ficción. Pero si hay curvas temporales cerradas en el universo, esto no solo es posible, sino inevitable.
Un universo en rotación podría permitirnos retroceder en el tiempo
Al mismo tiempo, viajar en el tiempo no solo es posible, sino también inevitable … en la dirección de avance. Dado que el espacio y el tiempo están unidos por el tejido del espacio-tiempo, será necesario un cambio significativo de la física que conocemos para hacer que el tiempo fluya en la dirección opuesta. En el espacio, volver a su posición original es bastante simple: la Tierra misma hace esto cuando gira alrededor del Sol, pero al mismo tiempo pasa una distancia significativa hacia adelante en el tiempo, es decir, pasa el tiempo, aproximadamente un año. Una "curva similar a un espacio cerrado" es fácil de hacer. Sin embargo, para volver al punto de partida en el tiempo, se requerirá algo inusual: una "curva temporal cerrada" es una característica que no está presente en nuestro Universo en expansión y lleno de materia. A menos que el universo esté girando.
En el universo que gira, hay una solución exacta en la que la densidad de la materia y la constante cosmológica (también conocida como energía oscura) tienen ciertos valores, y el universo debe tener curvas cerradas similares al tiempo. Hasta ahora, solo hemos impuesto restricciones a la rotación general y global del Universo, pero no la hemos excluido por completo. Si el universo gira a una cierta velocidad, que está equilibrada por una determinada densidad de materia y una constante cosmológica, será absolutamente posible retroceder en el tiempo y regresar al lugar exacto donde comenzó, no solo en el espacio, sino también en el espacio-tiempo. Los estudios a gran escala de las estructuras del cielo profundo, que pueden proporcionar observaciones de los observatorios WFIRST o LSST, podrían revelar dicha rotación, si la hubiera.
Imagen conceptual del satélite WFIRST de la NASA, que irá al espacio en 2024 y nos proporcionará las mediciones más precisas de la energía oscura, y también hará otros descubrimientos.
Siempre hay posibilidades más exóticas de las que permite la ciencia: teletransportación de objetos físicos, movimiento instantáneo entre lugares abiertos (agujeros de gusano) o comunicación más rápida que la velocidad de la luz, pero esto requerirá bailes mucho más complejos con panderetas que un simple experimento con dos posibles resultados. Sin embargo, seguimos buscando. La ciencia no es una historia unidireccional. Es una historia de detectives en curso, donde cada descubrimiento, cada punto de datos y cada experimento conduce inevitablemente a preguntas más profundas en el futuro. Es importante mantener la mente abierta en el camino.
Ilya Khel
