Viajar por el espacio más rápido que la luz no es ciencia ficción: hay físicos trabajando seriamente en ello

La teoría de la relatividad general que Albert Einstein publicó en 1915 establece, entre muchas otras ideas que en su momento fueron revolucionarias, que ningún objeto con masa puede desplazarse por el continuo espacio-tiempo a una velocidad superior a la de la luz. Para conseguirlo, muy a grandes rasgos, necesitaría disponer de una cantidad de energía infinita, algo que a todas luces no es posible.

Pero esto no es todo. Además, durante la aceleración experimentaría un incremento de la masa y una deformación fruto de la compresión del espacio inasumibles, entre otros efectos que no es fácil encajar (explicamos este proceso con más detalle en el artículo que enlazo aquí mismo). Aun así, las barreras impuestas por las leyes de la física, afortunadamente, no han representado un obstáculo para los escritores de novelas de ciencia ficción. Y tampoco para algunos cineastas.

Y es que en muchas de sus obras describen un mundo en el que los viajes espaciales a velocidad hiperlumínica son posibles, lo que brinda al ser humano la posibilidad de desplazarse de un sistema estelar a otro, e, incluso, de una galaxia a otra, en un plazo de tiempo perfectamente asumible por el hombre. Los aficionados a la ciencia ficción hemos disfrutado este recurso en muchas ocasiones tanto en el cine como en la literatura.

La ciencia ficción se inspira a menudo en la ciencia formal para tomarla como punto de partida e ir un paso (o varios) más allá, pero esta fórmula también funciona a la inversa. Y es que algunos científicos reconocen sin tapujos haber recogido el guante que en ocasiones les lanzan los ideólogos de la ciencia ficción con el propósito de coquetear con la posibilidad de llevar sus ideas a la práctica. El físico mexicano Miguel Alcubierre es uno de ellos, y su propuesta es apasionante. Prometido.

La propuesta de Alcubierre: la propulsión por distorsión del continuo espacio-tiempo

Antes de seguir adelante debemos poner las reglas sobre la mesa. Estamos entrando en un terreno puramente especulativo y conceptual en el que lo más importante es respetar las leyes de la física y no quebrantarlas. A partir de ahí el siguiente desafío consiste en identificar si nuestro desarrollo tecnológico actual nos permite poner en práctica la propuesta teórica que hemos ideado como punto de partida. Este fue, precisamente, el camino en el que se adentró Miguel Alcubierre en 1994.

Actualmente dirige el Instituto de Ciencias Nucleares y el Departamento de Gravitación y Teoría de Campos de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México. Su especialidad son los agujeros negros, las ondas gravitacionales, la materia oscura y la teoría de la gravitación. Y, además de todo esto, se confiesa un apasionado de la ciencia ficción. De hecho, la 'métrica de Alcubierre', que es el modelo matemático que ha desarrollado para proponer una forma de viajar por el continuo espacio-tiempo más rápido que la luz, se le ocurrió mientras veía un capítulo de 'Star Trek'.

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La razón por la que la propuesta de este físico es citada con cierta frecuencia por otros investigadores es que no viola la relatividad general de Einstein. Entonces ¿cómo plantea la posibilidad de viajar con más rapidez que la luz si, como hemos visto, ningún objeto con masa puede hacerlo? La solución que propone Alcubierre es muy ingeniosa: deformando el continuo espacio-tiempo. De hecho, como sostiene él mismo, «la idea no es viajar por el espacio; es viajar con el espacio».

De alguna forma su propuesta describe cuál podría ser el efecto de un motor de curvatura capaz de impulsar una nave espacial a través del continuo espacio-tiempo a velocidad hiperlumínica. Eso sí, el concepto de 'motor de curvatura' no lo ha inventado Alcubierre; lo ha tomado prestado de la ciencia ficción, algo que reconoce con honestidad.

En cualquier caso, lo que plantea la propulsión por distorsión, que es como él mismo llama a su ingeniosa idea, es la posibilidad de expandir el espacio que hay detrás de nosotros, y, simultáneamente, comprimir el espacio que hay por delante.

Un vehículo espacial que incorporase la tecnología necesaria para hacer posible esta manipulación del espacio-tiempo conseguiría, efectivamente, recorrer distancias gigantescas a una velocidad superior a la de la luz.

Y, además, lo haría sin quebrantar las leyes de la física debido a que, en realidad, no estaría viajando con más rapidez que la luz; estaría sacando partido a la misma propiedad del continuo espacio-tiempo que explica, sin entrar en detalles complicados, que la expansión del universo está originada por la creación de espacio entre las galaxias, y no debido a que unas se estén alejando de forma proactiva de las demás.

Como veis, esta propuesta suena bien. Y lo hace porque no hay ninguna ley de la física que impida que el espacio se expanda más rápido que la luz. De hecho, el espacio se puede expandir a una velocidad arbitraria. Sin embargo, llevarla a la práctica plantea varios desafíos que por el momento están fuera de nuestro alcance.

Al desarrollar el postulado de Alcubierre utilizando las ecuaciones de la relatividad general lo que obtendríamos es que la deformación que necesitamos introducir en el espacio para dilatarlo por detrás de nosotros y comprimirlo por delante requiere la utilización de una descomunal cantidad de energía. Tanta como la que contiene una estrella. O, quizá, incluso más de una.

Y, además, no se trata de una energía cualquiera; para curvar el espacio necesitaríamos energía negativa, y esta forma de energía está estrechamente vinculada, de nuevo de acuerdo a la relatividad general, a la masa negativa. El problema es que por el momento no tenemos ningún indicio de que esta clase de masa realmente exista.

Eso sí, no está prohibida por las leyes de la física, por lo que, como defiende Alcubierre, «nos queda un pequeño rayo de esperanza». Antes de pasar a la siguiente sección del artículo os dejo un vídeo de 18 minutos en el que este físico explica de una forma muy didáctica y amena su propuesta. Merece mucho la pena verlo.

La estratagema de Harold 'Sonny' White se sostiene sobre el 'efecto Casimir'

La propulsión por distorsión del continuo espacio-tiempo que propuso Miguel Alcubierre a mediados de los 90 ha inspirado a muchos científicos. A científicos serios que se la han tomado como un estímulo del que alimentarse para poner a punto ideas originales. Uno de ellos es el físico e ingeniero mecánico y aeroespacial estadounidense Harold 'Sonny' White, cuya carrera profesional ha discurrido en gran medida en la NASA.

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En 2011 este científico publicó un artículo titulado 'Warp Field Mechanics 101' que toma como punto de partida las ideas de Alcubierre y en el que propone, entre otros conceptos interesantes, una estrategia para reducir drásticamente la energía necesaria para desencadenar la distorsión del espacio que haría posible viajar más rápido que la luz.

Según White si la burbuja que confina la nave espacial e induce la deformación no tuviese forma esférica y fuese un toro (es una figura geométrica con forma de dónut) la energía necesaria para llevar a cabo esta operación sería mucho menor.

Obviamente, aun asumiendo que White tenga razón todavía quedan muchos otros problemas a priori irresolubles por esquivar, como, por ejemplo, la necesidad de utilizar energía negativa. Aun así, este técnico no se ha rendido y ha seguido investigando.

Su proyecto más ambicioso es el interferómetro en el que está trabajando en el Laboratorio de Propulsión Avanzada alojado en el Centro Espacial Johnson de la NASA para intentar identificar la distorsión del espacio-tiempo introducida por un teórico motor de curvatura acoplado a un sistema de propulsión convencional (todo esto lo desarrolla en el artículo que he enlazado en el párrafo anterior).

El descubrimiento más interesante que ha hecho White, sin embargo, ha llegado este mismo año. Y es que a finales del pasado mes de julio publicó un artículo junto a otros investigadores en el que asegura haber identificado una nanoestructura que predice la existencia de energía negativa. Su experimento en esta ocasión ha sido respaldado por DARPA, que es la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados del Departamento de Defensa de Estados Unidos (es la misma organización que financió en 1969 la creación de ARPANET, la precursora de internet).

Inicialmente el experimento de White pretendía analizar la estructura de la densidad de energía presente en el interior de una cavidad en la que residen dos placas metálicas paralelas que están separadas por una distancia ínfima (mucho más reducida que cualquiera de las dimensiones de las láminas).

Lo sorprendente es que en estas circunstancias entre las placas aparece una fuerza de atracción predicha por la teoría cuántica de campos y derivada de las propiedades del vacío cuántico (indagar en él complicaría excesivamente este artículo, pero lo exploramos con cierta profundidad en el artículo que enlazo aquí mismo).

Este fenómeno se conoce como efecto Casimir, y la fuerza atractiva que surge entre las placas está originada por las fluctuaciones del vacío cuántico; no es fruto de la interacción electromagnética o gravitatoria.

Lo que probablemente White no esperaba encontrar cuando empezó a trabajar en este experimento es que sus mediciones iban a predecir la existencia de una distribución de energía negativa. Y esto nos lleva, de nuevo, a la propuesta de Miguel Alcubierre: la propulsión por distorsión del continuo espacio-tiempo y su dependencia de la energía y la masa negativas.

Este descubrimiento aún tiene que ser reproducido, comprobado y desarrollado; de hecho, tan solo es una pequeña hebra en un tapiz grande y complejo. Harold White, que se encuentra enfrascado en el proyecto para DARPA que he mencionado más arriba, ha animado a otros científicos a continuar trabajando en la línea de investigación que ha iniciado.

Posiblemente nadie conoce mejor que él el ingente esfuerzo que es necesario abordar aún para que esta pequeña chispa prospere. Aun así, no cabe duda de que el trabajo de Miguel Alcubierre, Harold White, y también el de muchos otros científicos, es apasionante. Y esperanzador. Todo un soplo de aire fresco para las personas que adoramos tanto la ciencia como la ciencia ficción.

Imagen de portada | NASA

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