El Motor de Curvatura / The Warp Drive

in Cervantes2 months ago

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Representación gráfica de una burbuja de deformación espaciotemporal / Graphical representation of a space-time warping bubble. Fuente / Source

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Español

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El Motor de Curvatura

En el año 2012, la sonda espacial Voyager 1 se convirtió en el primer objeto creado por el hombre en superar la heliosfera, la región de la atmósfera solar en la que existe la influencia del viento solar, por lo que aun estando en el sistema solar, pues se halla bajo la influencia de la gravedad solar, se puede decir que se encuentra en espacio interestelar, al estar expuesta a las partículas cargadas provenientes de otras estrellas, y que son repelidas por la atmosfera solar, poco tiempo después la Voyager 2 que sigue una ruta diferentes, también abandonaría la heliosfera, convirtiéndose ambas naves en los ingenios humanos, que se encuentran a mayor distancia de la Tierra. [6]

En su viaje, la Voyager 1 ha recorrido una distancia de 22.909.417.919 km (159 UA) y actualmente se orienta al centro de la galaxia, pero antes deberá abandonar la Nube de Oort la que se podría decir delimita el sistema solar y la cual alcanzará en 300 años, y podría superar en unos 17.702 años, mientras continúe viajando a los 17 km/s, a los que lo hace hoy en día. [6]

Aunque las Voyager no son los vehículos humanos más rápidos que existen en la actualidad, merito que le corresponde a la Sonda Solar Parker, que alcanzará una velocidad de 195 km/s, en su mayor aproximación al Sol en 2025. Es obvio que a velocidades como a las que se desplazan estos dispositivos, no es posible la exploración interestelar, pues sería necesario el desarrollo y financiamiento de proyectos que durasen cientos de generaciones, bien sea para llevar una sonda robótica a otro sistema planetario o, más difícil aun, una nave generacional con tripulantes humanos. [7]

Sin embargo, existe un desarrollo teórico matemático que podría abrir una ventana de esperanza para la exploración interestelar, se trata de la Métrica de Alcubierre, propuesta por el físico mexicano Miguel Alcubierre, es una solución a las ecuaciones de campo de la Teoría de la Relatividad General, que permitiría, bajo ciertas condiciones, que un objeto superase la velocidad de la luz.

Una de las restricciones más severas de la teoría de la relatividad es que no es posible para la materia, superar la velocidad de la luz, pues la cantidad de energía necesaria para acelerar cualquier objeto a esta velocidad sería infinita.

Además del hecho de ser necesaria una cantidad de energía infinita, también está la complicación que representa la dilatación del tiempo a velocidades relativistas, lo que significa que, para un observador en tierra, que presenciara el viaje de una de estas naves, su tiempo correrá mucho más a prisa, que para su contraparte en la nave, en consecuencia, mientras para el viajero que se desplazó a la velocidad de por ejemplo 99% de c, habrán 8,8 años de viaje de ida y vuelta a Alfa Centauri, para el resto de las personas en la Tierras, habrán pasado unos 64 años y esta cifra se incrementaría exponencialmente, conforme a mayor velocidad se desplace, hasta llegar a ser indeterminada al alcanzar la velocidad de la luz.

Si bien la materia no puede desplazarse a la velocidad de la luz, ya en otras publicaciones se ha mencionado que las galaxias, se alejan más rápido de nosotros, mientras más lejos se encuentran, llegando incluso a hacerlo a velocidades superiores a las de la luz fuera del universo observable, ¿cómo es esto posible?, si la materia no puede desplazarse a tales velocidades; esto ocurre, en el caso de las galaxias, porque ellas no son las que se mueven, es el espacio mismo entre ellas el que se expande. Y desde los planteamientos de la relatividad general no hay nada que impida que esta expansión se de a velocidades iguales o incluso superiores a c.

Fue basándose en este fenómeno que Miguel Alcubierre, planteó una métrica según la cual un objeto puntual, puede desplazarse de un punto a otro, dentro de una burbuja de deformación, sin técnicamente moverse, haciéndolo a velocidades incluso superiores a las de la luz, esto sucedería por que el que se desplaza no es el objeto en sí mismo, pues este permanecería fijo dentro de la burbuja, por lo que se movería el espacio tiempo mismo a su alrededor, permitiéndole así “burlar” la barrera de la velocidad de la luz. [1]

La burbuja de deformación o burbuja de Alcubierre, que rodearía al objeto, se desplazaría como si surfease una ola, por efecto de la contracción del espacio tiempo frente a ella y su expansión atrás. Este desplazamiento en principio podría hacerse a cualquier velocidad y dado que no es el objeto el que se mueve, sino el espacio tiempo a su alrededor, no se vería afectado por la dilatación temporal.

Sin embargo, el planteamiento de Alcubierre es fundamentalmente teórico. Como el físico explica, sería necesaria materia de densidad negativa para crear la burbuja, es decir materia exótica, lo que permitiría formar una burbuja de energía negativa. Si bien la existencia de la materia exótica no está descartada, y eso parece mostrarlo el efecto Casimir; el poder contar con suficiente materia de este tipo, si acaso es posible, representa una imposibilidad tecnológica, que estaría muy lejos de resolverse. [1]

Pese a la imposibilidad de contar con una burbuja de energía negativa tal como plantea Alcubierre, investigadores asociados al grupo de investigadores liderados por Alexey Bobrick, miembros del grupo de Física Aplicada, encargados de asesorar a gobiernos y empresas en cuestiones físicas, dicen haber encontrado soluciones que permitirían crear burbujas de deformación, sin requerir para ellos energía negativa, con la limitación de que estas no permitirían desplazarse a velocidades iguales o mayores a c, pero si muy cercanas a ella. [2]

Por otra parte, como resultado de un experimento realizado para el DARPA, en el que se estudia la posibilidad de extraer energía del efecto Casimir, por un equipo del Instituto del Espacio Sin Límites bajo la supervisión del Dr. Harold G. White, por casualidad logró detectar una burbuja de deformación a escala micro/nanométrica formada por energía negativa, lo que comprobaría la posibilidad de crear tales estructuras al menos a escala microscópica, si bien no es el objetivo del estudio, los investigadores están muy interesados en continuar con esta línea, por lo que al concluir su investigación para el DARPA, plantean la posibilidad de introducir, a manera de nave nanométrica, una diminuta bola metálica en medio de una de las burbujas, para estudiar su comportamiento. [3][4]

Si bien la construcción de un motor de curvatura práctico, aun esta lejos de lograrse, existen desarrollos que parecen mostrar que es posible, si tal vez no superar la barrera de la velocidad de la luz, si velocidades similares a ella que permitan hacer viable la exploración de nuestro entorno interestelar próximo.

Texto de @amart29, Barcelona, Venezuela, septiembre de 2022

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English


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The Warp Drive

In 2012, the Voyager 1 space probe became the first man-made object to pass through the heliosphere, the region of the solar atmosphere where the influence of the solar wind exists, so that even though it is in the solar system, because it is under the influence of solar gravity, it can be said to be in interstellar space, being exposed to the charged particles coming from other stars, which are repelled by the solar atmosphere, shortly after Voyager 2, which follows a different route, would also leave the heliosphere, making both spacecraft the human spacecraft, which are at a greater distance from Earth. [6]

In its journey, Voyager 1 has traveled a distance of 22,909,417,919 km (159 AU) and is currently oriented to the center of the galaxy, but before it must leave the Oort Cloud which could be said to delimit the solar system and which it will reach in 300 years, and could exceed in about 17,702 years, while it continues to travel at 17 km/s, at which it does so today. [6]

Although the Voyagers are not the fastest human vehicles in existence today, merit that belongs to the Parker Solar Probe, which will reach a speed of 195 km/s, at its closest approach to the Sun in 2025. It is obvious that at speeds such as those at which these devices travel, interstellar exploration is not possible, since it would require the development and financing of projects lasting hundreds of generations, either to take a robotic probe to another planetary system or, even more difficult, a generational spacecraft with human crew members. [7]

However, there is a mathematical theoretical development that could open a window of hope for interstellar exploration, it is the Alcubierre Metric, proposed by the Mexican physicist Miguel Alcubierre, is a solution to the field equations of the Theory of General Relativity, which would allow, under certain conditions, an object to exceed the speed of light.

One of the most severe restrictions of the theory of relativity is that it is not possible for matter to exceed the speed of light, since the amount of energy necessary to accelerate any object to this speed would be infinite.

In addition to the fact that an infinite amount of energy is necessary, there is also the complication of time dilation at relativistic speeds, which means that for an observer on the ground witnessing the journey of one of these ships, his time will run much faster than for his counterpart in the ship, consequently, while for the traveler who moved at the speed of, for example, 99% of c, 8.8 years of round trip to Alpha Centauri will have passed, for the rest of the people on Earth, about 64 years will have passed, and this figure would increase exponentially, as the speed increases, until it becomes indeterminate when reaching the speed of light.

Although matter cannot move at the speed of light, it has already been mentioned in other publications that galaxies move away from us faster, the farther away they are, even reaching speeds higher than those of light outside the observable universe, how is this possible, if matter cannot move at such speeds; this happens, in the case of galaxies, because they are not the ones that move, it is the space itself between them that expands. And from the approaches of general relativity there is nothing that prevents this expansion from occurring at speeds equal to or even greater than c.

It was based on this phenomenon that Miguel Alcubierre, proposed a metric according to which a point object can move from one point to another, inside a deformation bubble, without technically moving, doing so at speeds even higher than those of light, this would happen because it is not the object itself that moves, since it would remain fixed inside the bubble, so the spacetime itself around it would move, thus allowing it to "circumvent" the barrier of the speed of light. [1]

The deformation bubble or Alcubierre bubble, which would surround the object, would move as if it were surfing a wave, by effect of the contraction of spacetime in front of it and its expansion behind it. This displacement could in principle be made at any speed and since it is not the object that moves, but the spacetime around it, it would not be affected by time dilation.

However, Alcubierre's approach is fundamentally theoretical. As the physicist explains, matter of negative density would be necessary to create the bubble, i.e. exotic matter, which would make it possible to form a bubble of negative energy. Although the existence of exotic matter is not ruled out, and this seems to be shown by the Casimir effect, having enough of this type of matter, if it is possible at all, represents a technological impossibility, which would be far from being solved. [1]

Despite the impossibility of having a negative energy bubble as proposed by Alcubierre, researchers associated with the group of researchers led by Alexey Bobrick, members of the Applied Physics group, responsible for advising governments and companies on physical issues, claim to have found solutions that would allow creating deformation bubbles, without requiring for them negative energy, with the limitation that these would not allow moving at speeds equal to or greater than c, but very close to it. [2]

On the other hand, as a result of an experiment performed for DARPA, studying the possibility of extracting energy from the Casimir effect, by a team from the Limitless Space Institute under the supervision of Dr. Harold G. White, by chance managed to detect a micro/nanometer scale deformation bubble formed by negative energy, which would prove the possibility of creating such structures at least at microscopic scale, although it is not the objective of the study, the researchers are very interested in continuing with this line, so at the conclusion of their research for DARPA, they propose the possibility of introducing, as a nanometer ship, a tiny metal ball in the middle of one of the bubbles, to study its behavior. [3][4]

Although the construction of a practical warp drive is still far from being achieved, there are developments that seem to show that it is possible, if perhaps not to overcome the barrier of the speed of light, then at speeds similar to it, to make the exploration of our near interstellar environment feasible.

Text of @amart29, Barcelona, Venezuela, September 2022


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Referencias / Sources

[1] Wikipedia, Métrica de Alcubierre, Wikipedia.
[2] Nieves, J., Diseñan el primer motor de curvatura para viajar a la velocidad de la luz, ABC Ciencia.
[3] Díaz, J., Detectan una burbuja de curvatura que abre la puerta a viajar más rápido que la luz, El Confidencial.
[4] Romero, S., DARPA crea una burbuja de curvatura que permitiría viajar más rápido que la luz, Muy Interesante.
[5] Rivero, A., El motor de curvatura de Alcubierre, Astrobitácora
[6] Wikipedia, Voyager 1, Wikipedia.
[7] Wikipedia, Sonda Solar Parker, Wikipedia.

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