Un ejercicio teórico
El astrofísico Avi Loeb nos cuenta cómo construir «la nave más fantástica jamás imaginada», que permitiría recorrer todo el universo observable en el transcurso de una sola vida humana.
Después de una tormenta de nieve, no hay mayor emoción que recoger nieve esponjosa para hacer una bola de nieve y lanzarla a gran velocidad. Del mismo modo, en un universo en aceleración no hay mayor emoción que recoger energía oscura para fabricar un objeto de masa negativa que lance una nave espacial a la velocidad de la luz. Debes estar pensando: «Espera, ¿qué?» Permita que se lo explique.
El astronauta se acercaría lo suficiente a la velocidad de la luz como para mantener una dilatación temporal suficiente y atravesar todo el Universo durante la vida de un ser humano.
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Cuenta la leyenda que Isaac Newton formuló la teoría de la gravedad después de ver caer una manzana de un árbol y preguntarse por qué la manzana caía recta hacia abajo. Newton razonó que la fuerza de la gravedad atrae la manzana hacia la Tierra, igual que atrae a dos objetos de masa positiva entre sí.
Albert Einstein generalizó la teoría de Newton interpretando la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo, a la que todos los objetos responden de la misma manera.
Esto se deriva del llamado Principio de Equivalencia, según el cual la masa inercial de un objeto, que dicta su aceleración en respuesta a una fuerza que actúa sobre él, es igual a su masa gravitatoria, es decir, su acoplamiento a la gravedad.
Pero la reformulación de la gravedad por Einstein también dio lugar a una sorpresa. Las ecuaciones de Einstein predicen que, bajo el dominio de la densidad de la energía del vacío, como la energía oscura observada en el Universo actual, una manzana se aceleraría alejándose de Newton. Por tanto, la gravedad puede ser repulsiva. Observamos que las galaxias lejanas se aceleran alejándose de nosotros por esta razón. Aún no comprendemos la naturaleza de la energía oscura. Para explicarla, quizá necesitemos desarrollar una teoría predictiva de la gravedad cuántica.
Isaac Newton.
Aunque los físicos no lograron unificar la mecánica cuántica y la gravedad durante el siglo pasado, debemos seguir siendo optimistas sobre las perspectivas futuras de la física.
Supongamos que, dentro de milenios, los ingenieros especializados en gravedad cuántica construyen un arado de energía oscura que fabrique objetos de masa negativa a partir de la reserva cósmica natural de energía oscura que nos rodea. ¿Qué implicaría esto?
Un objeto de masa negativa aceleraría en sentido contrario a la dirección de una fuerza externa. Si lo empujamos, se acelerará hacia nosotros. Según el principio de equivalencia, el objeto de masa negativa también se acoplará a la gravedad con signo contrario, es decir, que repelerá a los objetos de masa positiva.
Imaginemos ahora que colocamos el objeto de masa negativa junto a un objeto de masa positiva de signo igual pero opuesto. La repulsión gravitatoria entre las masas empujará a la masa positiva, pero también tirará de la masa negativa para perseguirla en la misma dirección.
Como resultado, las dos masas se moverán con una aceleración constante a lo largo de la dirección del eje que las une. El par se acelerará conjuntamente hasta alcanzar la velocidad de la luz en un proceso de fuga. La masa total del par es cero, por lo que no hay necesidad de combustible.
Hermann Bondi.
Caso cerrado. ¿No crees que no hay nada más emocionante que crear una nave espacial ideal a partir de un par de masas iguales pero opuestas? Este fantástico concepto de nave espacial fue concebido en 1957 por Hermann Bondi y estudiado por Robert Forward en 1990.
Obviamente, hay problemas conceptuales y prácticos con este concepto “gratis total” para la propulsión. Primero, un par de masas iguales pero opuestas no cuesta energía porque su masa total es cero.
Por tanto, el vacío podría producir espontáneamente pares de masas positivas y negativas. Los pares se acelerarían a la velocidad de la luz y llenarían el Universo. El hecho de que no las estemos observando significa que las masas negativas están prohibidas en la naturaleza o existe una barrera cuántica numérica que impide su creación espontánea. A nivel práctico, una nave espacial con una masa neta exactamente nula se desaceleraría considerablemente como resultado de una colisión con una sola partícula de gas o polvo en el medio interestelar. Esto contrasta con un cohete, que permite una aceleración constante de una masa positiva finita. En concreto, si una nave espacial acelerara con la aceleración gravitatoria terrestre de 9,8 metros por segundo al cuadrado, un astronauta a bordo tendría la misma experiencia que si estuviera en la superficie de la Tierra.
Si mantuviéramos esta aceleración constante durante varias décadas, el astronauta se acercaría lo suficiente a la velocidad de la luz como para mantener una dilatación temporal suficiente y atravesar todo el Universo durante la vida de un ser humano.
Imagen de portada: Concepto de nave espacial con Warp Drive.
FUENTE RESPONSABLE: El Confidencial. Por Avi Loeb. 19 de enero 2023.
Sociedad y Cultura/Ciencia/Física/Gravitación cuántica/Teoría.
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