Los problemas para pilotar la nave Enterprise

En el capítulo 10 de mi fantástico libro "Einstein versus Predator" os cuento cuál podría ser el fundamento del motor de curvatura de la nave Enterprise, la protagonista de la serie de ciencia ficción de más éxito en la historia de la TV, probablemente: Star Trek. La idea consiste en deformar el espacio más o menos a voluntad, estirándolo por la parte posterior o popa de la nave y encogiéndolo por la parte anterior o proa (otras variantes incluyen, por ejemplo, contraer el espacio en la dirección perpendicular a la del movimiento del vehículo). Se genera así una especie de burbuja warp, en cuyo interior se encuentra alojada la Enterprise. Para hacer realidad la burbuja se precisaría la existencia de la célebre materia exótica. Desde el punto de vista de un observador exterior (situado fuera de la burbuja), la nave interestelar se desplazará a velocidad supralumínica, pero con la ventaja adicional de que los pasajeros no experimentarían ni la dilatación temporal, cortesía de la relatividad especial, ni tampoco los catastróficos efectos de marea.

Sergei Krasnikov se dio cuenta de que una nave estelar que estuviese alojada en el centro de una burbuja warp como la que había propuesto Miguel Alcubierre, sería imposible de controlar por la tripulación. Esto era así porque, según Krasnikov demostró, debería existir una región comprendida entre las paredes interior y exterior de la burbuja que estaría desconectada causalmente de la nave, es decir, ninguna orden emitida desde el puente de mando podría alcanzar la parte exterior de la misma. Me detendré un momento en este razonamiento.

Sin embargo, este tipo de propulsión presenta un serio problema, a saber: el físico

¿Cómo es que la nave, vista desde el exterior de la burbuja warp, se desplaza a una velocidad superior a la de la luz, la barrera universal, el límite universal de velocidades? Pues esto es debido, simplemente, a las peculiares características del espacio-tiempo que estamos considerando, un espacio-tiempo dinámico y curvado, no estático y plano como el de la relatividad especial. La consecuencia práctica es que la luz se desplazará a una velocidad superior a 300.000 km/s por el interior de la burbuja, si la miden observadores situados en el exterior de la misma. Lo que hace la burbuja warp es incrementar la velocidad de todo lo que viaje en su interior, pero solamente desde la perspectiva de los observadores externos; para un pasajero dentro de la burbuja, la luz siempre viajará a la velocidad “usual”.

Así pues, tenemos que, tanto la nave y su tripulación como la luz proveniente de un haz situado en el interior de la burbuja, se desplazan a velocidad supralumínica con respecto a un habitante de un planeta que los esté observando. Si la velocidad de la Enterprise, y por tanto la de la burbuja warp, con respecto a este habitante del cosmos es v, con v > c (como es usual, la velocidad de la luz en el espacio plano se denota con la letra c), entonces la velocidad con la que verá desplazarse un haz de luz que se emita en el interior de la burbuja será c + v. En cambio, un haz luminoso que viajase por fuera de la burbuja lo haría a una velocidad siempre fija e igual a c.

El argumento que esgrimía Krasnikov partía de la suposición de que a medida que nos fuésemos desplazando desde la pared o superficie interna de la burbuja warp (donde estaba situada la nave espacial) hacia la pared externa de ésta, la velocidad del haz de luz emitido debería disminuir de forma continua desde c + v hasta c. Por tanto, debería suceder que en un determinado lugar alojado entre ambas paredes de la burbuja, la velocidad del mismo haz lumínico se hiciese exactamente igual a v, precisamente la misma velocidad de la burbuja. Desde el punto de vista del observador exterior, el haz de luz y la Enterprise se moverían a la vez, con la misma velocidad. Y esto es lo que imposibilitaría que cualquier señal emitida por un tripulante de la nave alcanzase el borde exterior de la burbuja, haciendo inútil la orden allí enviada. Una región definida de la burbuja warp (la comprendida entre el punto donde la velocidad de la luz tomaba el mismo valor que la velocidad de la burbuja completa y la pared exterior de la misma) sería totalmente imposible de controlar y de ser gobernada.

La consecuencia de todo lo anterior es que una nave estelar como la Enterprise, que viajase a lomos de una burbuja warp como la descrita se comportaría de modo similar a como lo hace un tren o un tranvía, es decir, como si tuviese fijado de antemano el camino por el que debería discurrir su periplo. El espacio intergaláctico debería estar sembrado de algo similar a las autopistas, con trazados fijos. El rumbo no podría modificarse de ninguna manera posible desde el interior de la nave. Es más, si pretendiésemos viajar entre la Tierra y una estrella situada a una distancia de, digamos, 4 años-luz en tan sólo un par de días deberíamos preparar la burbuja warp justamente cuatro años antes de partir. Dicho de otro modo, imaginemos que queremos llegar a esta estrella el 21 de febrero del año 2486 (no uso las fechas estelares para que podáis comprender mejor el razonamiento). Pues bien, no podemos esperar a crear la burbuja el día 19 de febrero del mismo año, sino que nuestra burbuja warp debe estar preparada y lista antes del 21 de febrero de 2482, justo cuatro años antes o más. Así, el viaje ya puede comenzar el 19 de febrero de 2486 y llevarnos hasta nuestro destino tan sólo dos días después, el 21 de febrero, tal y como habíamos dispuesto.

Fuente original:

Time Travel and Warp Drives: A Scientific Guide to Shortcuts Through Time and Space Allen Everett and Thomas Roman. The University of Chicago Press, 2012.

La falta de paciencia en Star Trek

El doctor Soran pretende ganarse el Paraíso o, lo que es casi lo mismo, el Nexus, un lugar donde todo lo que añoramos se puede hacer realidad y durar por siempre. Para ello únicamente tiene que hacer algo aparentemente sencillo, que consiste en lanzar rumbo a una estrella cualquiera una cápsula conteniendo una sustancia denominada trilitio (?¡), algo así como un inhibidor nuclear (?¡) capaz de detener las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en los interiores estelares, modificando su poder de atracción gravitatoria y perturbar así el desplazamiento interestelar de una cinta de distorsión gravimétrica (??¡¡¡????¡!!!!) que vaga por el espacio llevando consigo el ansiado Nexus. Este es el argumento, en pocas palabras, de Star Trek VII: La Nueva Generación, séptimo de los largometrajes a que ha dado lugar el universo cinematográfico de Star Ttrek.

Bien, ¿de qué se trata esta vez? Pues nada más y nada menos que de la energía necesaria para que brille una estrella. Actualmente, nuestro avanzadísimo conocimiento de la física (tanto es así que seguimos cubriéndonos con un dispositivo ultrasofisticado como el paraguas para no mojarnos en los días lluviosos, en lugar de hacer que la lluvia solamente empape los objetos inanimados y no a las personas, por ejemplo) por la que se rige el comportamiento de este universo en el que habitamos nos permite afirmar que una estrella es capaz de generar una luminosidad y un calor que son consecuencia de las reacciones nucleares que ocurren en su interior. Estas reacciones se denominan de fusión porque lo que sucede es la unión de dos núcleos atómicos ligeros (deuterio y tritio, por ejemplo) para formar un núcleo atómico más pesado (helio) y liberando, a su vez, una enorme cantidad de energía en forma de calor. No me voy a detener mucho en estos procesos porque las trivialidades no son lo mío, así que continuaré. Lo que ahora me interesa es otra cuestión mucho más estimulante: ¿cuánto tiempo tarda una estrella en consumir su combustible nuclear?

Aunque hoy en día podemos dar una respuesta más que acertada a la pregunta anterior, en el pasado siglo XIX no estaba tan claro. Grandes mentes de aquella época trataron de resolver el enigma de la vida de nuestra estrella, el Sol. Entre aquellas inteligencias preclaras destacaron dos en especial: las de Hermann von Helmholtz (1821-1894) y William Thomson (1824-1907), más conocido como lord Kelvin (la escala de temperaturas que usamos en la actualidad lleva su apellido). Estos dos hombres intentaron dar respuesta a la cuestión de la edad de nuestro Sol y lo consiguieron, aunque de forma incorrecta (desgraciadamente, no se conocía la energía nuclear en aquel entonces) ya que no sería hasta 1938 cuando el físico Hans Bethe (1906-2005) demostrase que la fusión nuclear podía explicar el funcionamiento de las estrellas, recibiendo por ello el premio Nobel en 1967. Helmholtz y Kelvin supusieron que la fuente de energía que mantenía la luminosidad del Sol era de origen gravitatorio y no nuclear, como ahora sabemos. Aplicando el conocido teorema del virial que, en este caso concreto, afirma que la mitad de la energía de ligadura gravitacional (energía requerida para la formación de un objeto con una cierta masa y tamaño, como un planeta, por ejemplo) está disponible para ser irradiada en forma de calor, dedujeron que el tiempo que tardaría nuestro astro rey en dejar de iluminarnos sería de unos 30 millones de años (esto se conoce hoy en día como la escala de tiempos térmica o tiempo de Kelvin-Helmholtz). Sin embargo, como casi todas las respuestas en el mundo de la ciencia, se abrían nuevos interrogantes. ¿Cómo era posible que hubiese fósiles en la Tierra con una edad muy superior?

Comprenderéis ahora que el propósito del doctor Soran de apagar la estrella que le molesta desde la superficie del planeta Veridiano 3 (¿por qué extraña razón se empeñará el "mad doctor" en hacerlo desde ahí y no desde una nave en órbita?) es doblemente ingenuo (por decirlo suavemente, para que nigún trekkie se enfade). En primer lugar, que una estrella deje de brillar porque se detengan sus procesos nucleares no tiene nada que ver con su poder de atracción gravitatorio, el cual solamente depende de su masa (el trilitio solamente detiene el proceso, no modifica la masa, que se sepa). En todo caso, al enfriarse la estrella, su tamaño disminuiría inicialmente, con lo que únicamente se modificaría el valor de la gravedad en su superficie, pero esa no es la que hace desviarse de su trayectoria a la cinta de distorsión gravimétrica (otra vez esta maravillosa terminología… jijijiji) que va repartiendo felicidad eterna por todo el vacío del espacio. Y en segundo lugar, admitiendo incluso que el trilitio funcionase y fuese capaz de detener la reacción de fusión nuclear, nuestos ancianos amigos del siglo XIX lord Kelvin y Helmholtz ya sabían que la estrella aún tardaría unos cuantos millones de años en oscurecerse, ya que seguiría disponiendo de su energía gravitacional. Doctor Soran, "patientia prima virtus est…"