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La interpretación de un artista de cómo se vería la velocidad warp para un viajero espacial.
A bordo de la nave espacial Enterprise, estás pasando el rato con los miembros de la tripulación, disfrutando de una partida de póquer. Viaja a una velocidad de impulso durante una exploración pausada del espacio profundo, y todos tienen algo de tiempo de inactividad. Pero espera, de repente el barco recibe un mensaje urgente de un almirante de la Federación, informar a la tripulación de un estallido de guerra en la Zona Neutral. Se ordena a la Enterprise que se informe de la situación lo antes posible. El área en cuestión está a unos 20 años luz (117 billones de kilómetros) de distancia, pero esto no es un problema en el universo de "Star Trek". El capitán ajusta apropiadamente la transmisión warp del barco, y te conformas con velocidad de la luz . Viajando más rápido que la velocidad de la luz deberías llegar a tu destino en solo unos minutos.
Hasta la próxima
Mientras los humanos hayan mirado hacia los cielos, el espacio nos ha fascinado, y tanto los astrónomos como los filósofos se han planteado las preguntas más fundamentales mientras miraban las estrellas. Qué estamos haciendo aquí, ¿de todas formas? Cómo inició el Universo, y hay otros universos paralelos que reflejan el nuestro? ¿Hay vida en otras galaxias? y ¿cómo sería viajar allí?
Si bien aún no hemos respondido a estas preguntas, al menos tenemos ciencia ficción como "Star Trek" para poner a prueba la imaginación humana. Todo, desde "La máquina del tiempo" de H.G. Wells hasta "Star Trek" y la serie "Firefly" de Joss Whedon ha abordado las posibilidades del viaje en el tiempo, teletransportación y, por supuesto, velocidad de la luz. Pero, ¿cómo encaja algo como la velocidad de deformación en la realidad y en nuestro universo? ¿Es la velocidad warp solo un dispositivo loco de ciencia ficción? o es teóricamente posible? ¿Cómo funciona en el universo de "Star Trek"? Para todo en velocidad warp, infinito y más allá, lea las siguientes páginas.
Contenido
Cuando los escritores de "Star Trek" se sentaron a planificar la serie, se encontraron con algunos problemas. Básicamente estaban creando un ópera espacial , un subgénero de la ciencia ficción que tiene lugar en el espacio y cubre el espacio de varias galaxias y millones de años luz. Las películas de "Star Wars" son otro ejemplo del subgénero de la ópera espacial. Como sugiere la parte de "ópera" del nombre, un programa como "Star Trek" no debe ser lento ni ordinario; cuando la gente piensa en la serie, probablemente piensan en tramas melodramáticas que involucran extraterrestres, viajes espaciales y peleas láser llenas de acción.
Entonces, el creador de la serie, Gene Roddenberry, y los otros escritores tuvieron que encontrar una manera de mover a los personajes del programa por el universo de manera oportuna, moda dramática. Al mismo tiempo, querían hacer todo lo posible para ceñirse a las leyes de la física. El mayor problema era que incluso si una nave espacial pudiera viajar a la velocidad de la luz, el tiempo para ir de una galaxia a otra aún podría llevar cientos, tal vez miles de años. Un viaje desde la Tierra hasta el centro de nuestra galaxia, por ejemplo, tomaría alrededor de 25, 000 años si viajara justo por debajo de la velocidad de la luz. Esta, por supuesto, no sería una televisión muy emocionante.
La invención de la velocidad warp resolvió la parte de ópera del problema, ya que permitió a la Enterprise ir mucho más rápido que la velocidad de la luz. ¿Pero cuál fue la explicación? ¿Cómo podrían explicar un objeto que viaja más rápido que la velocidad de la luz? ¿Algo que Einstein demostró imposible en su Teoría especial de la relatividad?
El primer obstáculo que tuvieron que enfrentar los escritores es mucho más simple de lo que piensas. Una de las cosas más importantes que debe saber antes de comprender la velocidad de deformación es en realidad uno de los trucos más antiguos del libro de física. Tercera ley del movimiento de Newton . Probablemente lo haya escuchado antes:esta ley establece que para cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Simplemente significa que para cada interacción entre dos objetos, un par de fuerzas está trabajando en ambos. Por ejemplo, si lanza una bola de billar directamente a otra que está en reposo, ambos ejercerán la misma fuerza el uno sobre el otro. La bola en movimiento golpeará la bola en reposo y la alejará, pero también será rechazado por este último.
Sientes que esta ley entra en juego cada vez que aceleras en un automóvil o vuelas en un avión. A medida que el vehículo acelera y avanza, siente presión en su asiento. El asiento te empuja pero también estás ejerciendo una fuerza contra el asiento.
Entonces, ¿qué tiene esto que ver con "Star Trek" y el Enterprise? Incluso si fuera posible acelerar a algo así como la mitad de la velocidad de la luz, una aceleración tan intensa mataría a una persona aplastándola contra su asiento. A pesar de que estaría retrocediendo con una fuerza igual y opuesta, su masa en comparación con la nave espacial es demasiado pequeña; lo mismo sucede cuando un mosquito golpea el parabrisas y salpica. Entonces, ¿cómo puede la Enterprise ir más rápido que la velocidad de la luz sin matar a los miembros a bordo?
En la siguiente sección, Veremos cómo los creadores de "Star Trek" comenzaron a sortear el problema de enviar materia a través del espacio a velocidades superlumínicas.
Para eludir el tema de la Tercera Ley del Movimiento de Newton y la imposibilidad de que la materia viaje más rápido que la velocidad de la luz, podemos mirar a Einstein y la relación entre espacio y tiempo. Tomados en conjunto, espacio, que consta de tres dimensiones (arriba-abajo, izquierda derecha, y adelante-atrás) y el tiempo son parte de lo que se llama Continuo espacio-tiempo .
Es importante comprender el trabajo de Einstein sobre el continuo espacio-tiempo y cómo se relaciona con la empresa que viaja a través del espacio. En su Teoría especial de la relatividad , Einstein establece dos postulados:
Poniendo estas dos ideas juntas, Einstein se dio cuenta de que el espacio y el tiempo son relativos:un objeto en movimiento en realidad experimenta el tiempo a un ritmo más lento que uno en reposo. Aunque esto nos parezca absurdo, viajamos increíblemente lento en comparación con la velocidad de la luz, por lo que no notamos que las manecillas de nuestros relojes hacen tictac más lento cuando estamos corriendo o viajando en un avión. De hecho, los científicos han demostrado este fenómeno enviando relojes atómicos con cohetes de alta velocidad. Regresaron a la Tierra ligeramente por detrás de los relojes en el suelo.
¿Qué significa esto para el Capitán Kirk y su equipo? Cuanto más se acerca un objeto a la velocidad de la luz, ese objeto en realidad experimenta el tiempo a un ritmo significativamente más lento. Si la Enterprise viajara con seguridad a una velocidad cercana a la de la luz hacia el centro de nuestra galaxia desde la Tierra, se necesitarían 25, 000 años de tiempo terrestre. Para la tripulación sin embargo, el viaje probablemente solo tomaría 10 años.
Aunque ese plazo podría ser posible para las personas a bordo, se nos presenta otro problema:una Federación que intente dirigir una civilización intergaláctica se encontrará con algunos problemas si se necesitan 50, 000 años para que una nave estelar golpee el centro de nuestra galaxia y regrese.
Por lo tanto, la Enterprise debe evitar la velocidad de la luz para mantener a los pasajeros a bordo sincronizados con la hora de la Federación. Al mismo tiempo, también debe alcanzar velocidades más rápidas que la de la luz para poder moverse por el universo de manera eficiente. Desafortunadamente, como afirma Einstein en su Teoría especial de la relatividad, nada es más rápido que la velocidad de la luz. Por lo tanto, los viajes espaciales serían imposibles si miramos la relatividad especial.
Es por eso que necesitamos mirar la teoría posterior de Einstein, los Teoría general de la relatividad , que describe cómo la gravedad afecta la forma del espacio y el flujo del tiempo. Imagina una sábana estirada. Si coloca una bola de boliche en el medio de la hoja, la hoja se deformará a medida que el peso de la bola la empuje hacia abajo. Si coloca una pelota de béisbol en la misma hoja, rodará hacia la bola de boliche. Este es un diseño simple, y el espacio no actúa como una sábana de dos dimensiones, pero se puede aplicar a algo como nuestro sistema solar:objetos más masivos como nuestro sol pueden deformar el espacio y afectar las órbitas de los planetas circundantes. Los planetas no caen al sol por supuesto, debido a las altas velocidades a las que viajan.
En la página siguiente, Veremos cómo esto entra en juego en Enterprise.
La capacidad de manipular el espacio es el concepto más importante con respecto a la velocidad de deformación. Si la Enterprise pudiera deformar el continuo espacio-tiempo expandiendo el área detrás de él y contrayendo el área del frente, la tripulación podía evitar ir a la velocidad de la luz. Mientras crea su propio campo gravitacional, la nave estelar podría viajar localmente a velocidades muy lentas, evitando así las trampas de la Tercera Ley del Movimiento de Newton y manteniendo los relojes sincronizados con su lugar de lanzamiento y destino. El barco no viaja realmente a una "velocidad, "per se - es más como si estuviera tirando de su destino hacia él mientras empuja su punto de partida hacia atrás.
Una burbuja de deformación que rodea una nave estelar, que protege el barco y los miembros de la tripulación cuando el espacio y el tiempo distorsionan.
Debido a que las ideas detrás de la Teoría de la Relatividad General de Einstein son complejas y aún abiertas a la interpretación, esto deja abiertas las posibilidades para los escritores de ciencia ficción. Es posible que no sepamos cómo doblar el espacio y el tiempo con nuestra tecnología actual, pero una civilización ficticia ambientada en el futuro puede ser completamente capaz de inventar tal dispositivo con la imaginación adecuada.
En el universo "Star Trek", La velocidad de deformación se logra mediante el uso de un motor warp . El impulso warp es impulsado por reacciones materia-antimateria, que están regulados por una sustancia llamada dilitio . Esta reacción crea un plasma altamente energético conocido como electro-plasma , un tipo de materia con su propio campo magnético, que reacciona con la nave estelar bobinas de urdimbre . Las bobinas de urdimbre suelen estar encerradas en lo que los escritores de "Star Trek" llaman un góndola warp . Todo el paquete crea un "campo de deformación" o "burbuja" alrededor de la empresa, permitiendo que la nave y su tripulación permanezcan a salvo mientras el espacio manipula a su alrededor.
En algún momento entre la primera serie de televisión ("Star Trek:The Original Series") y la segunda ("Star Trek:The Next Generation"), los escritores decidieron asignar un límite a la velocidad de deformación, usando una escala de Warp-1 a Warp-10, a la Enterprise no se le permitía viajar a cualquier lugar en cualquier momento, ya que eso facilitaría demasiado la trama. En el show Warp-10 se convirtió en una velocidad máxima imposible, un infinito en el que la nave estelar estaría en todos los puntos del universo al mismo tiempo. Warp-9.6, según el manual técnico "Next Generation", es la velocidad más alta posible permitida:se establece en 1, 909 veces la velocidad de la luz. Aunque hay algunas inconsistencias, la siguiente lista de las diferentes velocidades en el universo "Star Trek":
Factor de deformación
Número de veces la velocidad de la luz 1 1 2 10 3 39 4102 5215 6392 7656 8 1, 024 9 1, 516 9,6 1, 909 10 Infinito
En la siguiente sección, Echaremos un vistazo a algunos de los problemas que encuentra el concepto de velocidad de deformación.
Entonces Einstein ayudó a los escritores de "Star Trek" a manipular el espacio en un universo de ciencia ficción, pero ¿es realmente posible construir una nave espacial que pueda impulsar a la gente a través de vastas galaxias en un período de tiempo relativamente corto?
El físico Miguel Alcubierre ha sugerido el uso de la llamada "materia exótica, "un tipo teórico de materia con energía negativa. Si se pudiera encontrar o crear, la materia exótica haría el trabajo de repeler el espacio y el tiempo y crear el campo gravitacional.
Desafortunadamente, Eso es todo para las posibles fuentes de combustible:hay más problemas que soluciones cuando se trata del concepto de potenciar la velocidad de deformación. Incluso si la Enterprise viajara a velocidades subluz, conocido como impulso de impulso a los fans de "Star Trek", la cantidad de combustible y energía necesaria para viajar rápidamente a través del espacio sería demasiado para una sola nave estelar. El impulso de la Enterprise está impulsado por la fusión nuclear, el mismo tipo de reacción que ilumina el sol y crea enormes explosiones de ciertas bombas nucleares. Según el Dr. Lawrence Krauss, físico teórico y autor de "La física de Star Trek, "si el Capitán Kirk quisiera viajar a la mitad de la velocidad de la luz (150, 000 kilómetros por segundo), la nave espacial necesitaría quemar 81 veces su masa en hidrógeno, el combustible utilizado para la fusión nuclear. El manual técnico de "Star Trek:La próxima generación" enumera la empresa con más de 4 millones de toneladas métricas de peso, por lo que la nave necesitaría más de 300 millones de toneladas métricas de hidrógeno solo para avanzar. Por supuesto, para reducir la velocidad hasta detenerse, la nave espacial necesitaría otros 300 millones de toneladas métricas de combustible, y un posible viaje a través de galaxias necesitaría 6, 642 veces la masa de la "Enterprise".
Algunas personas han propuesto un sistema en el que un dispositivo acumula hidrógeno a medida que viaja la nave espacial, prescindiendo de la necesidad de almacenar grandes cantidades de combustible, pero Krauss sugiere que este dispositivo tendría que tener aproximadamente 25 millas de ancho para capturar cualquier cosa que valga la pena usar. Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante en la galaxia, solo hay alrededor de un átomo de hidrógeno por cada pulgada cuadrada cúbica.
Hacer que el motor warp funcione sería otra cosa. El impulso warp en "Star Trek" obtiene su poder al reaccionar materia con antimateria - el resultado es la aniquilación completa y la liberación de energía pura. Dado que la antimateria no es muy común en todo nuestro universo, la Federación tendría que producirlo, algo que podemos hacer hoy en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) en Illinois. De nuevo, el problema resulta ser una cuestión de la cantidad de combustible necesaria para impulsar un motor warp. Kruass señala que Fermilab es capaz de producir 50 mil millones de antiprotones en una hora, suficiente para producir 1/1000 de vatio. Necesitarías 100 000 Fermilabs para alimentar una sola bombilla. Producir suficientes antiprotones para doblar el continuo espacio-tiempo parece casi imposible en lo que respecta a nuestra tecnología actual.
Aunque hay pocas posibilidades durante este siglo de que los humanos desarrollen una nave espacial que pueda doblar el espacio y viajar a galaxias distantes más rápido que la velocidad de la luz, esto no ha impedido que los científicos y los fanáticos de la serie piensen en el potencial. Tan reciente como noviembre de 2007, la Sociedad Interplanetaria Británica reunió a varios físicos para una conferencia llamada "Más rápido que la luz:Rompiendo la barrera de la distancia interestelar" [fuente:Guardian].
La ciencia de "Star Trek"Para obtener más información sobre viajes espaciales e intergalácticos, vea la página siguiente.
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Fuentes
