Concepción artística de la burbuja de Alcubierre: la nave se desplaza porque el espacio tiempo se contrae en la parte delantera y se expande en la trasera
Una investigación internacional en la que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España señala dos obstáculos que parecen invalidar la propuesta teórica del motor de curvatura para viajar más rápido que la luz, a más de trescientos mil kilómetros por segundo. Esta hipótesis se basa en el movimiento del propio espacio tiempo que, en principio, puede contraerse y expandirse sin límite de velocidad. Las conclusiones del trabajo aparecen publicadas en la revista Physical Review D., y pueden consultarse asimismo en arxiv.
Tal como explica al respecto el CSIC en un comunicado, paradójicamente, la teoría del motor de curvatura tiene su origen en la ficción: se trata del mecanismo que permite a los personajes de la serie de ciencia ficción Star Trek surcar el espacio más rápido que la luz, o a velocidades superluminares, mediante la distorsión del espacio tiempo.
Su salto al terreno científico tuvo lugar en 1994, año en el que el físico mexicano Miguel Alcubierre publicó un artículo en la revista Classical and Quantum Gravity titulado “El motor de curvatura: viaje hiperveloz en el marco de la Relatividad General”. Este trabajo aprovecha la flexibilidad de la geometría del espacio tiempo, que se curva en presencia de materia del mismo modo en que, por ejemplo, una pelota situada sobre una sábana tensada curva el tejido a su alrededor. En el Universo, los objetos de mayor masa producen curvaturas más acentuadas. Sobre esta base, Alcubierre diseñó un medio de transporte en forma de burbuja con paredes compuestas de materia exótica (un tipo de materia aún hipotético que tiene propiedades gravitatorias repulsivas) que producen una contracción del espacio tiempo en la proa y una dilatación en la popa similares a una ola en el mar.
El investigador del CSIC Carlos Barceló, del Instituto de Astrofísica de Andalucía, en Granada, explica: “Una nave dentro de la burbuja alcanzaría su destino sin moverse por la distorsión local del espacio tiempo, igual que un surfista situado sobre la cresta no ejerce un movimiento propio pero alcanza la orilla gracias al de la ola”. Según los autores, esta hipótesis matemática mostraba debilidades desde su publicación, aunque no se descartaba. Sin embargo, explican, hay un punto que no se había contemplado hasta el momento y que puede afectar al movimiento de esa burbuja: cómo actúan las fluctuaciones cuánticas ante las curvaturas.
De acuerdo con las estimaciones del trabajo, si la burbuja se desplaza a velocidad superior a la de luz, los tripulantes verán como las paredes anterior y posterior se comportan respectivamente como un horizonte negro y otro blanco, similares a los que tienen los agujeros negros. Así, si el astronauta de la nave mira hacia atrás no verá absolutamente nada, un horizonte negro, ya que se está desplazando a mayor velocidad que la luz y ninguna señal puede alcanzarle; en cambio, la proa de la nave recibirá todas las señales, y por ello se habla de horizonte blanco.
Dos horizontes problemáticos
Los autores calcularon cómo se comportan las fluctuaciones cuánticas en ambos horizontes cuando la burbuja se acerca a la barrera de la luz, y han hallado dos efectos que impiden el viaje. En ambos casos, el escollo se encuentra en el vacío del Universo. Según la teoría cuántica, en este estado la energía no es equivalente a cero, sino que de forma constante nacen y se aniquilan parejas de partículas tan rápido que resulta imposible detectar su presencia, y por ello se conocen como partículas virtuales. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, como una fuerte distorsión del espacio tiempo, esas partículas pasan a ser reales. Esto es lo que ocurre en ambos horizontes de la burbuja ideada por Alcubierre, con consecuencias negativas.
En el horizonte negro, el astronauta se toparía con la radiación de Hawking, enunciada por Stephen Hawking en 1974. Se trata de un efecto conocido en los agujeros negros debido a la creación y destrucción de parejas de partículas: el enorme campo gravitatorio del agujero negro puede romper el par y absorber una de las partículas, mientras que la otra escapa. Así se produce un resplandor que procede del horizonte y que, en el caso de la burbuja, depende del grosor de la pared: una pared fina, más fácil de obtener en teoría, presentaría temperaturas muy altas que podrían destruir la nave que viajara en su interior.
Pero, aunque pudieran construirse paredes tan gruesas que la temperatura producida por la radiación de Hawking no fuera un obstáculo, el horizonte blanco supone un impedimento insalvable, según la investigación. La contracción del espacio tiempo en la parte delantera produciría igualmente la ruptura de pares de partículas, con la diferencia de que irían amontonándose en la pared. “Este fenómeno provocaría un crecimiento exponencial de energía incontrolable, y hace inconsistente la construcción porque tiende a autodestruirse”, apunta Barceló. “O inventamos una manera de contrapesar esa energía con una energía inversa, lo cual parece inverosímil, o simplemente hay que admitir que no podemos superar la velocidad de la luz por razonables periodos de tiempo”, añade el investigador del CSIC.
Otra opción consiste en no atravesar la barrera de la luz, de modo que no se produjeran horizontes, ni radiación de Hawking, ni altas temperaturas. Como los autores señalan al final del artículo, “quizá viajar al 99% de la velocidad de la luz no esté tan mal, después de todo”.
Tal como explica al respecto el CSIC en un comunicado, paradójicamente, la teoría del motor de curvatura tiene su origen en la ficción: se trata del mecanismo que permite a los personajes de la serie de ciencia ficción Star Trek surcar el espacio más rápido que la luz, o a velocidades superluminares, mediante la distorsión del espacio tiempo.
Su salto al terreno científico tuvo lugar en 1994, año en el que el físico mexicano Miguel Alcubierre publicó un artículo en la revista Classical and Quantum Gravity titulado “El motor de curvatura: viaje hiperveloz en el marco de la Relatividad General”. Este trabajo aprovecha la flexibilidad de la geometría del espacio tiempo, que se curva en presencia de materia del mismo modo en que, por ejemplo, una pelota situada sobre una sábana tensada curva el tejido a su alrededor. En el Universo, los objetos de mayor masa producen curvaturas más acentuadas. Sobre esta base, Alcubierre diseñó un medio de transporte en forma de burbuja con paredes compuestas de materia exótica (un tipo de materia aún hipotético que tiene propiedades gravitatorias repulsivas) que producen una contracción del espacio tiempo en la proa y una dilatación en la popa similares a una ola en el mar.
El investigador del CSIC Carlos Barceló, del Instituto de Astrofísica de Andalucía, en Granada, explica: “Una nave dentro de la burbuja alcanzaría su destino sin moverse por la distorsión local del espacio tiempo, igual que un surfista situado sobre la cresta no ejerce un movimiento propio pero alcanza la orilla gracias al de la ola”. Según los autores, esta hipótesis matemática mostraba debilidades desde su publicación, aunque no se descartaba. Sin embargo, explican, hay un punto que no se había contemplado hasta el momento y que puede afectar al movimiento de esa burbuja: cómo actúan las fluctuaciones cuánticas ante las curvaturas.
De acuerdo con las estimaciones del trabajo, si la burbuja se desplaza a velocidad superior a la de luz, los tripulantes verán como las paredes anterior y posterior se comportan respectivamente como un horizonte negro y otro blanco, similares a los que tienen los agujeros negros. Así, si el astronauta de la nave mira hacia atrás no verá absolutamente nada, un horizonte negro, ya que se está desplazando a mayor velocidad que la luz y ninguna señal puede alcanzarle; en cambio, la proa de la nave recibirá todas las señales, y por ello se habla de horizonte blanco.
Dos horizontes problemáticos
Los autores calcularon cómo se comportan las fluctuaciones cuánticas en ambos horizontes cuando la burbuja se acerca a la barrera de la luz, y han hallado dos efectos que impiden el viaje. En ambos casos, el escollo se encuentra en el vacío del Universo. Según la teoría cuántica, en este estado la energía no es equivalente a cero, sino que de forma constante nacen y se aniquilan parejas de partículas tan rápido que resulta imposible detectar su presencia, y por ello se conocen como partículas virtuales. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, como una fuerte distorsión del espacio tiempo, esas partículas pasan a ser reales. Esto es lo que ocurre en ambos horizontes de la burbuja ideada por Alcubierre, con consecuencias negativas.
En el horizonte negro, el astronauta se toparía con la radiación de Hawking, enunciada por Stephen Hawking en 1974. Se trata de un efecto conocido en los agujeros negros debido a la creación y destrucción de parejas de partículas: el enorme campo gravitatorio del agujero negro puede romper el par y absorber una de las partículas, mientras que la otra escapa. Así se produce un resplandor que procede del horizonte y que, en el caso de la burbuja, depende del grosor de la pared: una pared fina, más fácil de obtener en teoría, presentaría temperaturas muy altas que podrían destruir la nave que viajara en su interior.
Pero, aunque pudieran construirse paredes tan gruesas que la temperatura producida por la radiación de Hawking no fuera un obstáculo, el horizonte blanco supone un impedimento insalvable, según la investigación. La contracción del espacio tiempo en la parte delantera produciría igualmente la ruptura de pares de partículas, con la diferencia de que irían amontonándose en la pared. “Este fenómeno provocaría un crecimiento exponencial de energía incontrolable, y hace inconsistente la construcción porque tiende a autodestruirse”, apunta Barceló. “O inventamos una manera de contrapesar esa energía con una energía inversa, lo cual parece inverosímil, o simplemente hay que admitir que no podemos superar la velocidad de la luz por razonables periodos de tiempo”, añade el investigador del CSIC.
Otra opción consiste en no atravesar la barrera de la luz, de modo que no se produjeran horizontes, ni radiación de Hawking, ni altas temperaturas. Como los autores señalan al final del artículo, “quizá viajar al 99% de la velocidad de la luz no esté tan mal, después de todo”.