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Viajes intergalácticos: Motores WARP

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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.

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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).

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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.

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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:

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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.

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¿Qué es el Efecto Casimir?

Es probable que nunca hayas oído hablar de tal efecto, pero no por eso pierde su encanto. ¡Veamos en qué consiste!

A comienzos del siglo XX, Max Planck inaguró la Teoría Cuántica. Más tarde, en la década de 1930, el físico alemán Heissenberg propuso el ‘Principio de Incertidumbre’, pero ¿en qué consiste?

Básicamente dice que no podemos saber con plena exactitud la posición y la velocidad de una partícula: si sabemos con precisión su velocidad, no podremos decir con exactitud dónde se encuentra, y viceversa. En realidad la formulación original dice que no podemos conocer con total precisión la posición y el momento lineal (que es proporcional a la velocidad). El propio Heissenberg estableció el límite entre el producto de ambas incertidumbres. Para “observar” esa partícula, necesitamos de ondas con poca longitud, tales como rayos gamma o X. Al usar esos fotones con tanta energía, modificamos y desviamos a la partícula. Simplemente con el hecho de observarla, modificamos su velocidad. Esto es proporcional a la masa de la propia partícula. Como consecuencia, no podemos conocer exactamente ambos parámetros.

Ahora bien, imaginémonos en el espacio. Si estuviese realmente vacío, conoceríamos la velocidad de todas las partículas (0) y su posición (0). ¡Básicamente lo sabríamos porque no están! Esto niega el Principio de Incertidumbre, entonces tiene que haber algo…¿pero qué?

La respuesta es el ‘Falso Vacío‘: pares de partículas y antipartículas que se generan espontáneamente, y que se autodestruyen al instante. Al destruírse, se emite energía (la misma que se necesitó para que surgiesen). ¿Os acordáis de la película Ángeles y Demonios de Tom Hanks? Pues la bomba que buscan está hecha de antimateria, por eso al juntarse con materia explota. Es una comparación con lo que pasa a pequeña escala en el espacio.

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Al juntarse materia y antimateria, se autodestruyen liberando energía

Podemos decir que eso está ocurriendo continuamente en el espacio, conque este está repleto de esas ondas. Ahora ‘colocaremos’ dos placas de metal muy juntas. ¿Qué ocurrirá?

Tal y como vemos en la imagen inferior, la energía que existe dentro y fuera de las placas puede interpretarse como fotones con diferentes longitudes de onda:





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Pero dentro no caben todas las longitudes de onda que caben fuera, ya que solo serán posibles aquellas cuya longitud de onda sea divisor de la distancia entre las dos placas (más correctamente, la mitad de la longitud de onda). De esta forma, se crea una presión mayor fuera que dentro, lo que origina una fuerza atractiva entre las placas. Este efecto fue predicho en 1948 por Hendrik Casimir y Dirk Polder.

Como dato curioso, si la distancia entre las placas es de 10 nanómetros (la cienmilésima parte de 1 milímetro), la presión entre las placas sería aproximadamente igual a una atmósfera de presión.

Esto queda muy bonito teóricamente, pero en la práctica también se puede comprobar. Veamos ejemplos: