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Miguel Alcubierre y su Motor de Curvatura
Miguel Alcubierre , en la presentación de su libro Surfear en el Espacio Tiempo Crédito Cronica.com.mx
Una pequeña semblanza de quien es Miguel Alcubierre Moya.
Es un Físico Teórico Mexicano que está en el candelero de los genios expertos en las teorías de Einstein.
Nacido en la Ciudad de México, el 28 de marzo de 1964. Es conocido por haber desarrollado un modelo matemático (conocido como métrica de Alcubierre) que permitiría viajar más rápido que la luz sin violar la relatividad general, que sostiene que nada puede superar la velocidad de la luz.
Estudió Física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México. Alcubierre se trasladó a Gales en 1990 para estudiar en la Universidad de Cardiff, recibiendo su doctorado en 1994 a través del estudio de la relatividad numérica.
Trabajó durante un tiempo en el Max Planck Institute for Gravitational Physics en Potsdam, Alemania, donde desarrolló nuevas técnicas matemáticas para describir la física de los agujeros negros. Desde 2002 ha trabajado en el Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), donde coordina una investigación sobre relatividad numérica, empleando ordenadores para formular y solucionar una serie de ecuaciones físicas formuladas por Albert Einstein.
Fue nombrado Director del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) el 11 de junio de 2012 y estuvo a su cargo hasta 2020, actualmente es Profesor en la UNAM.
Un Chapuzón a la Física Teórica para Descubrir el Motor de Curvatura de Miguel Alcubierre
Esta es la IXS Enterprise. Es un concepto de la NASA de una nave capaz de viajar a velocidades superiores a la de la luz. Crédito: NASA
El Motor de Curvatura de Miguel Alcubierre
El motor de curvatura de Alcubierre parece, sin duda, uno de esos conceptos propios de la ciencia ficción. Es un dispositivo que nos podría permitir viajar más rápido que la luz sin violar las leyes de la física. Pero, ¿cómo funciona? ¿es posible?
Ciencia Ficción con Base Real
Pistolas láser, robots, implantes cibernéticos, métodos de desplazamiento más rápidos que la luz… Todos tienen común ser habituales dentro de la ciencia ficción y, además, también tienen cierta base en la ciencia real. Hay otros métodos de viaje propuestos en la ciencia ficción, como el hiperespacio, o simplemente viajar más rápido que la luz (algo físicamente imposible). El motor de curvatura de Alcubierre, sin embargo, es uno de los más interesantes.
Este dispositivo es una solución especulativa, pero válida, al menos en apariencia, para las ecuaciones del campo de Einstein. En concreto, responde a cómo interactúan el espacio, el tiempo y la energía. En este modelo matemático del espacio-tiempo en particular, nos encontramos con características que recuerdan a los motores de curvatura que hemos visto en muchas de las grandes obras de ciencia ficción.
Origen de la Idea
Desde que Einstein propusiese su teoría especial de la relatividad en 1905, los científicos han trabajado bajo las restricciones impuestas por un universo relativista. Una de esas restricciones es la creencia de que la velocidad de la luz es inviolable. Es decir, nada puede viajar más rápido que ella. Este planteamiento descarta opciones como viajar más rápido que la luz para poder desplazarnos por el espacio.
Desde aquel famoso enunciado de Einstein, los científicos e ingenieros han logrado romper la barrera del sonido. También han logrado desafiar a la gravedad de la Tierra para lanzar naves al espacio. La velocidad de la luz, sin embargo, parecía una barrera que nunca podría ser traspasada. Al menos hasta que, en 1994, un físico mexicano, Miguel Alcubierre, propuso una manera de estirar la fábrica del espacio-tiempo. En teoría, algo así debería permitir el viaje más rápido que la luz.
El Motor de Curvatura de Alcubierre
Visualización de un campo de curvatura, según el motor de Alcubierre.
Crédito: The Planetary Society
El método por el que funciona el motor es razonablemente fácil de entender. Si podemos estirar el espacio-tiempo en una ola, podríamos provocar (en teoría) que el espacio por delante de un objeto se contraiga mientras el espacio por detrás se expande. Una nave dentro de esta ola podría navegar la región, a la que denominamos una burbuja de curvatura. A este concepto lo denominamos la Métrica de Alcubierre.
Dentro del contexto de la relatividad general, la métrica permite que la burbuja de curvatura aparezca en una región plana del espacio-tiempo. Esa burbuja tiene la capacidad de alejarse a velocidades que superan la velocidad de la luz. Su interior es el marco de referencia inercial para cualquier objeto que se encuentre en el interior. Es posible que esto suene un tanto enrevesado, pero no es tan complejo como parece.
En este modelo, la nave no se está moviendo dentro de la burbuja. En su lugar, es la propia burbuja la que lo arrastra a medida que se mueve a través del espacio. Los efectos como la dilación del tiempo (que hace que el tiempo pase más lento cuanto más nos acercamos a la velocidad de la luz) no se aplican. El funcionamiento del espacio-tiempo y las leyes de la relatividad no se ven afectados.
El motivo es que este método no requiere moverse más rápido que la luz dentro del marco local. Un haz de luz fuera de la burbuja siempre se moverá más rápido que la nave. En realidad, nuestra nave sólo es más rápida que la luz en el sentido de que puede alcanzar su destino antes de que lo haga un haz de luz fuera de la burbuja.
Los Desafíos de esta Hipótesis
Concepto artístico de una nave utilizando un motor de Alcubierre. Crédito: NASA
Como toda hipótesis, el motor de curvatura de Alcubierre presenta sus propias dificultades. La primera, y seguramente más evidente, es que no conocemos ningún método que nos permita crear una burbuja de curvatura en una región del espacio que no contenga una ya. La segunda, suponiendo que tuviésemos la manera de crear esa burbuja, es que no conocemos ninguna manera de abandonarla. Por tanto, el motor de curvatura de Alcubierre (y, en consecuencia, la métrica de Alcubierre) permanecen en la categoría de teoría.
Matemáticamente, la teoría del físico mexicano se puede representar con esta ecuación: ds2= – (a2 – BiBi) dt2 + 2Bi dxi dt + gijdxi dxj. La interpretación de la ecuación es bastante técnica, y por tanto no se incluye la explicación en este artículo y que, para el propósito de esta ilustración, no son realmente necesario y sólo crearían confusión.
Intentos de Desarrollo
Concepto artístico del proyecto Breakthrough Starshot, que pretende enviar nanonaves a Alfa Centauri.
Crédito: breakthroughinitiatives.org
En 1996, la NASA inició un proyecto conocido como el Breakthrough Propulsion Physics Project (abreviado BPP). El objetivo era estudiar diferentes propuestas y tecnologías. En 2002, se detuvo la financiación del proyecto, provocando que el fundador, Marc G. Millis, y varios miembros, creasen la Fundación Tau Zero. Esta organización, denominada así en honor a la novela, del mismo nombre, de Poul Anderson, está dedicada a la investigación del viaje interestelar.
En 2012, el Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada de la NASA anunció que habían comenzado sus experimentos para ver si es posible fabricar un motor de curvatura. Se construyó un interferómetro para detectar las distorsiones espaciales producidas por la expansión y contracción del espacio-tiempo según la métrica de Alcubierre. Todo esto está descrito en un estudio de la NASA, titulado Warp Field Mechanics 101.
El objetivo era crear una burbuja de curvatura microscópica. Aunque de dimensiones minúsculas, sería una perturbación del espacio-tiempo. Según los cálculos, una burbuja podría permitirnos llegar a Alfa Centauri (el sistema estelar más cercano al Sol) en sólo dos semanas. Ese sería el tiempo transcurrido tanto en la Tierra como para alguien en el interior de una nave en ese viaje. Los astronautas disfrutarían de un viaje muy cómodo.
¿Llegaremos a ver el motor de curvatura de Alcubierre en funcionamiento?
Cuando pensamos en el futuro de la exploración espacial, hay preguntas difíciles que no podemos ignorar. Pensar en cuánto nos puede llevar alcanzar la estrella más cercana puede ser desesperante. Al menos si no tenemos en cuenta algún tipo de método que nos permita viajar más rápido que la luz. ¿Cómo podemos esperar ser una especie interestelar si todos los métodos disponibles nos obligarían a pasar siglos de viaje? ¿O si sólo podemos a utilizar sondas microscópicas para llegar a otras estrellas?
Por ahora, no parece completamente posible que vayamos a ver el motor de curvatura de Alcubierre en funcionamiento. Los intentos para hacer funcionar esta teoría han terminado, al menos hasta el momento, en fracaso o dando resultados inconclusos. Por suerte, si algo nos ha enseñado nuestra propia historia, es que lo que consideramos imposible cambia con el paso del tiempo. Quién sabe lo que podríamos pensar en sólo unas décadas, o cómo lo verán nuestros descendientes…