La existencia es un viaje en el que no existen los caminos llanos: todo son subidas o bajadas.
Arturo Graf
Por Diana
Anotaciones de entrada y salida: KC
Como resultado de un post de Leopoldo Zambrano, forista de los grupos de Yahoo sobre temas de misterio, relacionado con el concepto de "Warp Drive" (o impulso de deformación), se me ocurrió la idea de entrevistar a Miguel Alcubierre. Así que le solicité a mi hija Diana, quien recibe clases del mismo Alcubierre, que me hiciera el favor de realizar una breve entrevista, en exclusiva para Ahuramazdah. Así mi Dianukas se convirtió en mi reportera favorita de la facultad de ciencias de la UNAM.
El Dr. Alcubierre es un brillante físico mexicano conocido por haber desarrollado un modelo matemático que permitiría a una nave viajar más rápido que la luz sin violar el principio físico que sostiene que nada puede superar la velocidad de la luz. Según cuenta la leyenda, Alcubierre desarrolló la idea viendo la serie de ciencia ficción Star Trek. Así que sin más preámbulo pasemos a la sección de...
Preguntas.
1. ¿Como es que esta idea de la deformación (wrap) del espacio tiempo permite a un objeto masivo (una nave) viajar a una velocidad mayor que la de la luz?
2. ¿Cuanta energía se necesitaría para comprimir el espacio tiempo delante del objeto y expandirlo justo detrás?
3. Has postulado que para que esta idea pudiese ser una realidad sería necesario manipular materia exótica ¿Que es esta materia exótica?
4. ¿Como podrías ejemplificar la idea de la densidad de energía negativa?
5. Dentro la burbuja de espacio tiempo donde estaría el objeto a trasladar por este medio ¿Hay alteraciones espaciales o temporales como resultado de las expansiones y compresiones fuera de ella? Si no las hay ¿por qué no?
En el ambiente de la facultad de ciencias, Alcubierre responde en un lenguaje coloquial que a veces da por sentado que uno conoce, por ejemplo, que la masa y la energía pueden ser equivalentes, o que, en el mundo de las soluciones matemáticas es posible crear situaciones aun no observadas en la realidad, como tener burbujas de espacio-tiempo, rodeadas de materia exótica. Aquí las respuestas de Alcubierre, aclarando que dentro de su respuesta a la pregunta 3, también responde a la 4, y que la transcripción del audio puede tener algún error (entendí "producción" cuando se refirió al ambiente de ciencia ficción, pero en realidad no estoy seguro que haya querido decir esa palabra en particular).
Respuestas.
1. La idea aquí es darle la vuelta al problema. El objeto en realidad no viaja a más rápido que la luz... localmente. Si desde el objeto se dispara luz, va igual de rápido que siempre para él (el objeto). Lo que estamos haciendo en esta idea es más bien deformar el espacio. Entonces, en particular, la deformación necesaria no es simplemente torcerlo un poquito (el espacio), sino hacer que se expanda y se contraiga. La idea es que, si estás en una nave espacial puedes contraer el espacio delante de ti, hacia donde quieres ir, y atrás de ti se expande. Entonces ¿que es lo que pasa? como se está comprimiendo el espacio enfrente de ti, te estás acercando a las cosas que están adelante, y como se está expandiendo detrás, te alejas de lo que dejas atrás. Eso te mueve, efectivamente, de un lugar a otro.
Pero como es algo que está haciendo el espacio, realmente nunca te estás moviendo más rápido que la luz en tu burbuja, porque si disparas un rayo de luz, este se va, viajando más rápido que la nave en la que vas. Localmente siempre te mueves a velocidad menor que la luz, pero visto desde lejos, por esto que le pasó al espacio, llegas rapidísimo de un lugar a otro.
La luz también se ve afectada por estos cambios, de tal forma que el rayo lanzado desde tu nave siempre viajará más rápido que la nave.
2. Es una pregunta difícil de responder. Porque no sabemos que tipo de energía sería necesaria. Pero si se hace un cálculo sencillo de cuanta energía se necesita, dependerá de que tan grande es el objeto que se desea mover y que tan angosta es la región del espacio sobre la que se está produciendo la compresión-expansión. Hubo un cálculo que hicieron hace unos años unos científicos americanos en el que estaban suponiendo que el espacio interior sería suficiente para contener una nave, digamos unos 100 metros de radio, y que la paredes tenían que ser muy delgadas, por consideraciones cuánticas, y eso requería una cantidad de energía ridícula, comparable a toda la energía del universo.
Pero la razón es que habían exigido que las paredes debían ser muy delgadas. Si uno relaja este requerimiento, exigiendo paredes más gruesas, acabaríamos obteniendo la energía equivalente a la masa de una estrella, que aun así es enorme, porque es necesario deformar el espacio. Con la gravedad la deformación del espacio es muy pequeña. Cálculos más recientes arrojaron energías equivalentes a la masa de Júpiter. En realidad no es fácil lograrlo.
3 y 4. En la teoría de Einstein, se tienen dos lados de la ecuación. Por un lado uno tiene la deformación del espacio-tiempo, la geometría, y del otro lado uno tiene la fuente, la masa, la energía que uno necesita para deformar el espacio. En principio uno puede decir, yo deformo el espacio como yo quiera, propongo una geometría, acudo a las ecuaciones de campo de Einstein y obtengo lo que está del otro lado, la fuente del campo gravitacional. Cuando uno pone esta geometría tipo "warp drive", lo que queda del lado derecho son densidades de energía negativa. Y no me refiero a la energía potencial sino a energía de la masa y el problema es que en la naturaleza no conocemos energías negativas, todo lo que conocemos conocemos tiene energías positivas, genera gravedad atractiva y las masas son positivas. ¿De dónde vamos a sacar energías negativas? A la energía negativa (o masa negativa) se le llama exótica. Así se le llama porque no la conocemos.
Este resultado también tiene otra propiedad interesante: La materia exótica, o la energía negativa, lo que produciría sería un campo gravitacional que repele, en lugar de atraer. Tendría un efecto repulsivo que es lo contrario de lo que estamos acostumbrados a observar. En el Warp Drive se requieren energías negativas para comprimir y expandir el espacio. Esta materia exótica (con densidades de energía negativa) es actualmente un problema interesante, pues en física clásica no existe. En mecánica cuántica hay posibilidad, en algunas regiones, pero en cantidades minúsculas y prácticamente sin posibilidades de utilizarse. Eso es materia exótica, algo que tiene densidad de energía negativa y que produce antigravedad.
5. En el Warp Drive se tiene expansión por detrás, contracción adelante, y esto se restringe a una especie de burbuja de espacio-tiempo en la que se supone que no pasa nada. Si tú estás dentro de la burbuja, puedes acomodar las cosas de manera que no haya fuerzas intensas, que no sientas gravedad, y puedes ir flotando muy tranquilo en su interior. Tendrías que colocarte en su región central, lejos de las paredes, pues en las paredes se concentraría la energía exótica, paredes que tendrían un cierto espesor, no muy delgadas. Mientras no toques las paredes estarías muy tranquilo y la burbuja te llevaría de un lado a otro, sin que sintieras nada. Ni siquiera sentirías aceleración o desaceleración. La burbuja se podría estar acelerando tan rápido como quieras y no lo sentirías. En ciencia ficción es lo que se llamaría una producción no newtoniana. Una producción newtoniana es aquella en la que, como en los cohetes, si se aceleran los tripulantes se van hacia atrás debido a la inercia.
En el interior de la burbuja el espacio es plano y no hay efectos de tiempo. En la propuesta que construí, en la burbuja no habría alteraciones de tiempo o espacio, la geometría se mantendría, y podrías viajar a otras galaxias y no se presentarían efectos. En esta propuesta, al moverte a través del espacio ni tú, ni tu burbuja, tienen efectos relativistas puesto que es el espacio el que se está deformando.
Encore
Más sobre Alcubierre puede verse aquí: http://tenoch.scimexico.com/2008/03/24/cientificos-mexicanos-miguel-alcubierre-moya/, en el excelente blog Las Patillas de Asimov (en donde también se reproduce un artículo de Alcubierre publicado en la Gaceta UNAM) y en otras ligas del mensaje original de Leopoldo Zambrano. La entrevista realizada por Dianukas me muestra a un hombre con ideas geniales, que ha sembrado la semilla del sueño de viajes espaciales sobre distancias enormes en la mente de muchos científicos y técnicos. Bien por esos científicos que no cesan de proponer ideas que con el tiempo y con el mantenimiento del focus se hacen realidad. Y aún mejor por ser mexicano.
El Dr. Alcubierre es un brillante físico mexicano conocido por haber desarrollado un modelo matemático que permitiría a una nave viajar más rápido que la luz sin violar el principio físico que sostiene que nada puede superar la velocidad de la luz. Según cuenta la leyenda, Alcubierre desarrolló la idea viendo la serie de ciencia ficción Star Trek. Así que sin más preámbulo pasemos a la sección de...
Preguntas.
1. ¿Como es que esta idea de la deformación (wrap) del espacio tiempo permite a un objeto masivo (una nave) viajar a una velocidad mayor que la de la luz?
2. ¿Cuanta energía se necesitaría para comprimir el espacio tiempo delante del objeto y expandirlo justo detrás?
3. Has postulado que para que esta idea pudiese ser una realidad sería necesario manipular materia exótica ¿Que es esta materia exótica?
4. ¿Como podrías ejemplificar la idea de la densidad de energía negativa?
5. Dentro la burbuja de espacio tiempo donde estaría el objeto a trasladar por este medio ¿Hay alteraciones espaciales o temporales como resultado de las expansiones y compresiones fuera de ella? Si no las hay ¿por qué no?
En el ambiente de la facultad de ciencias, Alcubierre responde en un lenguaje coloquial que a veces da por sentado que uno conoce, por ejemplo, que la masa y la energía pueden ser equivalentes, o que, en el mundo de las soluciones matemáticas es posible crear situaciones aun no observadas en la realidad, como tener burbujas de espacio-tiempo, rodeadas de materia exótica. Aquí las respuestas de Alcubierre, aclarando que dentro de su respuesta a la pregunta 3, también responde a la 4, y que la transcripción del audio puede tener algún error (entendí "producción" cuando se refirió al ambiente de ciencia ficción, pero en realidad no estoy seguro que haya querido decir esa palabra en particular).
Respuestas.
1. La idea aquí es darle la vuelta al problema. El objeto en realidad no viaja a más rápido que la luz... localmente. Si desde el objeto se dispara luz, va igual de rápido que siempre para él (el objeto). Lo que estamos haciendo en esta idea es más bien deformar el espacio. Entonces, en particular, la deformación necesaria no es simplemente torcerlo un poquito (el espacio), sino hacer que se expanda y se contraiga. La idea es que, si estás en una nave espacial puedes contraer el espacio delante de ti, hacia donde quieres ir, y atrás de ti se expande. Entonces ¿que es lo que pasa? como se está comprimiendo el espacio enfrente de ti, te estás acercando a las cosas que están adelante, y como se está expandiendo detrás, te alejas de lo que dejas atrás. Eso te mueve, efectivamente, de un lugar a otro.
Pero como es algo que está haciendo el espacio, realmente nunca te estás moviendo más rápido que la luz en tu burbuja, porque si disparas un rayo de luz, este se va, viajando más rápido que la nave en la que vas. Localmente siempre te mueves a velocidad menor que la luz, pero visto desde lejos, por esto que le pasó al espacio, llegas rapidísimo de un lugar a otro.
La luz también se ve afectada por estos cambios, de tal forma que el rayo lanzado desde tu nave siempre viajará más rápido que la nave.
2. Es una pregunta difícil de responder. Porque no sabemos que tipo de energía sería necesaria. Pero si se hace un cálculo sencillo de cuanta energía se necesita, dependerá de que tan grande es el objeto que se desea mover y que tan angosta es la región del espacio sobre la que se está produciendo la compresión-expansión. Hubo un cálculo que hicieron hace unos años unos científicos americanos en el que estaban suponiendo que el espacio interior sería suficiente para contener una nave, digamos unos 100 metros de radio, y que la paredes tenían que ser muy delgadas, por consideraciones cuánticas, y eso requería una cantidad de energía ridícula, comparable a toda la energía del universo.Pero la razón es que habían exigido que las paredes debían ser muy delgadas. Si uno relaja este requerimiento, exigiendo paredes más gruesas, acabaríamos obteniendo la energía equivalente a la masa de una estrella, que aun así es enorme, porque es necesario deformar el espacio. Con la gravedad la deformación del espacio es muy pequeña. Cálculos más recientes arrojaron energías equivalentes a la masa de Júpiter. En realidad no es fácil lograrlo.
3 y 4. En la teoría de Einstein, se tienen dos lados de la ecuación. Por un lado uno tiene la deformación del espacio-tiempo, la geometría, y del otro lado uno tiene la fuente, la masa, la energía que uno necesita para deformar el espacio. En principio uno puede decir, yo deformo el espacio como yo quiera, propongo una geometría, acudo a las ecuaciones de campo de Einstein y obtengo lo que está del otro lado, la fuente del campo gravitacional. Cuando uno pone esta geometría tipo "warp drive", lo que queda del lado derecho son densidades de energía negativa. Y no me refiero a la energía potencial sino a energía de la masa y el problema es que en la naturaleza no conocemos energías negativas, todo lo que conocemos conocemos tiene energías positivas, genera gravedad atractiva y las masas son positivas. ¿De dónde vamos a sacar energías negativas? A la energía negativa (o masa negativa) se le llama exótica. Así se le llama porque no la conocemos.
Este resultado también tiene otra propiedad interesante: La materia exótica, o la energía negativa, lo que produciría sería un campo gravitacional que repele, en lugar de atraer. Tendría un efecto repulsivo que es lo contrario de lo que estamos acostumbrados a observar. En el Warp Drive se requieren energías negativas para comprimir y expandir el espacio. Esta materia exótica (con densidades de energía negativa) es actualmente un problema interesante, pues en física clásica no existe. En mecánica cuántica hay posibilidad, en algunas regiones, pero en cantidades minúsculas y prácticamente sin posibilidades de utilizarse. Eso es materia exótica, algo que tiene densidad de energía negativa y que produce antigravedad.
5. En el Warp Drive se tiene expansión por detrás, contracción adelante, y esto se restringe a una especie de burbuja de espacio-tiempo en la que se supone que no pasa nada. Si tú estás dentro de la burbuja, puedes acomodar las cosas de manera que no haya fuerzas intensas, que no sientas gravedad, y puedes ir flotando muy tranquilo en su interior. Tendrías que colocarte en su región central, lejos de las paredes, pues en las paredes se concentraría la energía exótica, paredes que tendrían un cierto espesor, no muy delgadas. Mientras no toques las paredes estarías muy tranquilo y la burbuja te llevaría de un lado a otro, sin que sintieras nada. Ni siquiera sentirías aceleración o desaceleración. La burbuja se podría estar acelerando tan rápido como quieras y no lo sentirías. En ciencia ficción es lo que se llamaría una producción no newtoniana. Una producción newtoniana es aquella en la que, como en los cohetes, si se aceleran los tripulantes se van hacia atrás debido a la inercia.
En el interior de la burbuja el espacio es plano y no hay efectos de tiempo. En la propuesta que construí, en la burbuja no habría alteraciones de tiempo o espacio, la geometría se mantendría, y podrías viajar a otras galaxias y no se presentarían efectos. En esta propuesta, al moverte a través del espacio ni tú, ni tu burbuja, tienen efectos relativistas puesto que es el espacio el que se está deformando.
Encore
Más sobre Alcubierre puede verse aquí: http://tenoch.scimexico.com/2008/03/24/cientificos-mexicanos-miguel-alcubierre-moya/, en el excelente blog Las Patillas de Asimov (en donde también se reproduce un artículo de Alcubierre publicado en la Gaceta UNAM) y en otras ligas del mensaje original de Leopoldo Zambrano. La entrevista realizada por Dianukas me muestra a un hombre con ideas geniales, que ha sembrado la semilla del sueño de viajes espaciales sobre distancias enormes en la mente de muchos científicos y técnicos. Bien por esos científicos que no cesan de proponer ideas que con el tiempo y con el mantenimiento del focus se hacen realidad. Y aún mejor por ser mexicano.
Imágenes: Dr. Alcubierre, y la famosa nave Enterprise de la serie Star Trek
2 comentarios:
Bravo por Dianukas, muy buena entrevista. Esta entrada es excelente para que algunos puedan ver que los científicos sueñan, claro, pero siempre van por más.
Gracias Malena.
Ya extrañaba tus comentarios
Saludos
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