Un descubrimiento científico podría allanar el camino para los viajes interestelares como los de Star Trek

En 1966, la serie de televisión Star Trek cautivó a las audiencias con la idea de viajar a velocidades superiores a la de la luz. La tripulación de la nave espacial USS Enterprise emprendía aventuras interestelares con la facilidad de encender un automóvil. Este concepto de ciencia ficción, que parecía inalcanzable en aquel entonces, plantó una semilla en la mente de muchos científicos, incluyendo al físico mexicano Miguel Alcubierre Moya. Alcubierre, fascinado por la posibilidad de hacer realidad estos viajes, se embarcó en una investigación que décadas después resultaría en una de las propuestas más innovadoras en el campo de la física teórica: el “warp drive” o impulsor de curvatura.

En la década de 1990, Alcubierre publicó una investigación que sorprendió a la comunidad científica. Su propuesta, conocida como el impulsor de curvatura de Alcubierre, sugirió una forma teórica de viajar más rápido que la luz sin violar las leyes de la física. La idea central era contraer el espaciotiempo frente a una nave espacial y expandirlo detrás de ella, creando una “burbuja de curvatura” que permitiría que la nave se desplazara de un punto A a un punto B a velocidades arbitrariamente rápidas. Para un observador externo, la nave parecería moverse más rápido que la luz, aunque dentro de la burbuja los pasajeros no sentirían ninguna aceleración.

A pesar de su potencial revolucionario, el impulsor de curvatura de Alcubierre tenía un problema fundamental: dependía de un tipo de energía llamado energía negativa. Esta energía implica el uso de partículas exóticas, una forma de materia hipotética que no se ha observado en nuestro universo. Las partículas exóticas tendrían propiedades inusuales, como masa negativa y oposición a la gravedad, pero hasta ahora solo existen en términos matemáticos. Esta dependencia en la energía negativa ha sido un obstáculo significativo en la viabilidad práctica del “warp drive” propuesto por Alcubierre.

Recientemente, un equipo de investigadores del think tank Applied Physics, con sede en Nueva York, ha propuesto una solución innovadora al problema del “warp drive”. Liderados por Gianni Martire y Jared Fuchs, han desarrollado un sistema que utiliza energía positiva en lugar de energía negativa, respetando las leyes físicas conocidas. Su trabajo, publicado en abril pasado en la revista Classical and Quantum Gravity, podría marcar el inicio de una nueva era en los viajes interestelares.

El uso de energía positiva elimina la necesidad de partículas exóticas, haciendo que la construcción de una “burbuja de curvatura” sea mucho más factible. Esta burbuja, formada por una envoltura de materia regular pero extremadamente densa, propulsa la nave espacial mediante la gravedad potente de la envoltura, sin que los pasajeros sientan aceleración alguna. Este avance es significativo porque ofrece una base más realista para el desarrollo futuro de tecnologías de viaje a velocidades superiores a la luz.

Imagina una estructura esférica que rodea y encierra el espacio de una nave utilizando una envoltura de materia regular pero increíblemente densa. Esta burbuja propulsa la nave mediante la poderosa gravedad de la envoltura, pero sin causar aceleración a los pasajeros dentro de la nave. Gianni Martire explica que la densidad de la envoltura y la presión que ejerce en el interior se controlan cuidadosamente para mantener la estabilidad de la burbuja.

Dentro de su entorno de espaciotiempo local, los observadores experimentan un movimiento normal en el tiempo. Simultáneamente, la burbuja comprime el espaciotiempo frente a la nave y lo expande detrás, permitiendo que la burbuja y la nave contenida se muevan extremadamente rápido. Jared Fuchs compara el movimiento de la materia en las paredes de la burbuja con el impulso generado por el movimiento de bolas rodando, donde es el movimiento de la materia en las paredes lo que realmente crea el efecto de propulsión para los pasajeros en el interior.

Para modelar la complejidad del sistema, el equipo de Applied Physics desarrolló un programa computacional llamado Warp Factory. Este toolkit permite a los investigadores evaluar las ecuaciones de campo de Einstein y calcular las condiciones energéticas necesarias para varias geometrías de “warp drives”. Warp Factory está disponible de forma gratuita para cualquier persona interesada en experimentar con el modelado de espaciotiempo de “warp drives”.

Con esta herramienta, los investigadores pudieron crear un modelo general de un “warp drive” de energía positiva. Un hallazgo significativo es que la cantidad de energía requerida por una burbuja de curvatura depende de su forma; por ejemplo, una burbuja más plana en la dirección del viaje necesita menos energía.

El físico Erik Lentz, del Pacific Northwest National Laboratory, elogia este avance como un hito importante en la investigación de los “warp drives”. Lentz, quien trabaja en la detección de materia oscura y en la ciencia de la información cuántica, también realiza investigaciones independientes sobre la teoría de los “warp drives” basados en física convencional. Aunque hay muchos obstáculos prácticos por superar, Lentz destaca la importancia de este nuevo modelo para explorar las posibilidades del viaje interestelar.

Uno de los desafíos más destacados es la coordinación necesaria para controlar las burbujas de curvatura, ya que implican enormes cantidades de materia y energía para mantener a los pasajeros seguros y con una percepción del tiempo similar a la del destino. Cualquier desajuste podría resultar en una pérdida de sincronización con el tiempo en el destino, complicando aún más los viajes interestelares.

El nuevo modelo de energía positiva de Applied Physics aún enfrenta retos significativos. Por ejemplo, requiere una masa equivalente a dos planetas Júpiter para generar la fuerza gravitacional necesaria para un efecto de curvatura significativo. Aún no se ha identificado una fuente factible para esta masa, aunque algunos sugieren que la materia oscura podría ser una opción, aunque sigue siendo un misterio para los científicos.

Además, aunque el modelo actual permite una burbuja de curvatura estable, solo funciona a una velocidad constante. Los científicos todavía deben descubrir cómo diseñar una aceleración inicial y un mecanismo para desacelerar y detener la nave al final del viaje. Esta falta de capacidad para ajustar la velocidad es una de las principales barreras para el desarrollo práctico de los “warp drives”.

Aunque todavía estamos lejos de construir un “warp drive” operativo, este nuevo modelo de energía positiva representa un avance significativo sobre la tecnología actual de viajes espaciales. Viajar a la mitad de la velocidad de la luz, por ejemplo, permitiría llegar a Alpha Centauri en nueve años, en comparación con los 75.000 años que tardaría nuestra nave más rápida actual, la Voyager 1, que viaja a 61.000 kilómetros por hora.

El principal desafío radica en superar la limitación impuesta por la teoría de la relatividad especial de Einstein, que establece que la masa de un objeto en movimiento aumenta infinitamente a medida que se acerca a la velocidad de la luz, requiriendo una cantidad infinita de energía para mantener esa velocidad. Resolver este problema podría implicar avances en la física de la materia condensada, que estudia las fuerzas entre átomos y electrones en la materia, y ya ha sido fundamental para varias tecnologías actuales, como los transistores y los láseres de estado sólido.