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¿Se puede viajar más rápido que la luz?

  • Un estudio en el que participa el IAA muestra que el motor de curvatura, una propuesta de la física teórica para viajes que superan la velocidad de la luz, resulta difícilmente viable

Según la Teoría de la Relatividad General, nada puede viajar a más de trescientos mil kilómetros por segundo, lo que impide una exploración espacial profunda: llegar a la estrella más cercana requeriría, como mínimo, cuatro años de viaje, y ni hablar de cruzar la Galaxia, que exigiría varias decenas de miles de años. Una de las posibilidades teóricas para escapar de esta limitación era el motor de curvatura (warp drive), consistente en mover el propio espacio tiempo que, en principio, puede contraerse y expandirse sin límite de velocidad. Sin embargo, un reciente artículo, publicado en la revista Physical Review D y en el que participa Carlos Barceló, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), muestra dos efectos del motor de curvatura que imponen serias restricciones a su desarrollo.

El motor de curvatura tiene su origen en la ficción: se trata del mecanismo que permite a los personajes de 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 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 que, por ejemplo, una pelota situada sobre una sábana tensada curva el tejido a su alrededor. En el Universo, los objetos más masivos producen curvaturas más acentuadas, y Alcubierre diseñó el siguiente medio de transporte: una burbuja cuyas paredes, compuestas de materia "exótica", producen una contracción del espacio tiempo en la proa y una dilatación en la popa similares a una ola en el mar. 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.

"El motor de curvatura es una construcción matemática muy ingeniosa, que incluso hizo pensar si podría hacerse ingeniería de ella. Pero, ¿es realista construirlo?", apunta Carlos Barceló (IAA-CSIC), cuyo trabajo ha ofrecido una respuesta negativa. El motor de Alcubierre ya mostraba debilidades, como la enorme cantidad de energía en forma de materia exótica (un tipo de materia aún hipotético que tiene propiedades gravitatorias repulsivas) necesaria para hacerlo funcionar. Existen indicaciones de que este tipo de materia podría existir, por lo que la posibilidad de construir un motor de curvatura no se descartaba.

"Pero hay algo que no se ha contemplado y puede afectar al movimiento de esa burbuja: cómo actúan las fluctuaciones cuánticas ante las curvaturas", señala Carlos Barceló. Cuando la burbuja se desplaza a velocidad superluminar, desde el punto de vista del observador interno las paredes anterior y posterior se comportan respectivamente como un horizonte blanco y un horizonte negro, similar al que poseen los agujeros negros. Esto es: si el astronauta de la nave mira hacia atrás no verá absolutamente nada, 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.

En este reciente estudio, los físicos han calculado 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 la teoría cuántica, en presencia de curvatura ocurre que, aunque el estado de mínima energía es el vacío (o estado de no partícula), la energía del vacío nunca es equivalente a cero y por tanto debe tener efectos gravitatorios. Para describir este vacío no inerte se habla del constante nacimiento y aniquilación de parejas o pares de partículas, tan rápido que resulta imposible detectar su presencia. Por ello se las conoce 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, con catastróficas consecuencias.

DOS HORIZONTES PROBLEMÁTICOS

En el horizonte negro se produce un resplandor debido a la radiación de Hawking, un efecto conocido en los agujeros negros, objetos que presentan campos gravitatorios tan intensos que nada, ni la luz, puede escapar. Aunque siempre se pensó que ninguna emisión podía proceder de ellos, Stephen Hawking predijo en 1974 que los agujeros sí emiten radiación debido, precisamente, a la creación y destrucción de pares en la proximidad del horizonte de sucesos, o región límite a partir de la que sí es posible la huida: el enorme campo gravitatorio del agujero negro puede romper el par y absorber una de las partículas, mientras que la otra escapa y pasa de ser una partícula virtual a una partícula real. El efecto es un resplandor que procede del horizonte y cuya intensidad, en el caso del horizonte negro 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.

Y, aunque pudieran construirse paredes tan gruesas que la temperatura producida por la radiación de Hawking no fuera un obstáculo, el horizonte delantero, el blanco, supone un impedimento insalvable. La contracción del espacio tiempo en la parte delantera produciría, igualmente, la ruptura de los pares de partículas, aunque con la diferencia de que todas las partículas irían amontonándose en la pared produciendo en ella una acumulación exponencial de energía. "Un crecimiento exponencial es incontrolable -asegura Carlos Barceló-, y hace inconsistente la construcción porque tiende a autodestruirse. 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". 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".

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