Lisa Pathfinder, y el dominio de la Cuarta Fuerza (2)

Nota: para acceder a la primera parte de este artículo, pulse o piense en este enlace.

En esta segunda parte, vamos a abrir el interior de la sonda LISA Pathfinder, para entender qué hay en su interior, y vamos a pensar en lo que podría suponer poder controlar la gravedad. Dicho así suena a ciencia ficción, y lo es. Pero, sin embargo, no está todo perdido en cuanto a dominar la cuarta fuerza del universo.

Nos queda un largo recorrido todavía para conocer los muchos secretos que aún guarda la naturaleza. Nuevas fuerzas, nuevas dimensiones, y, sobre todo, un nuevo paradigma de la física, que englobe a la actual, y la expanda para cubrir aspectos que actualmente son debatidos de forma constante en los foros de la física teórica.

La Tierra curva el espacio-tiempo a su alrededor
La Tierra curva el espacio-tiempo a su alrededor

Cuando el equilibrio lo es todo

Suele decirse que los seres humanos hemos de buscar el “equilibrio”. En el caso de la sonda LISA Pathfinder, esta búsqueda toma su máxima expresión. El otro día hablábamos de que la sonda se ha de colocar sobre el punto de Lagrange L1, y explicamos someramente lo que era. La razón es el equilibrio gravitatorio. Nada puede afectar a la sonda, y, concretamente, a su instrumento de medición. ¿En qué consiste este instrumento?

Se trata de dos pequeños objetos, separados por unos 40 centímetros de distancia, que miden sus respectivas distancias constantemente mediante interferometría láser, es decir, midiendo cuánto se separan ambos objetos. El paso de una onda gravitatoria producirá una modificación de la distancia, y ello redundará en la detección de dicha onda.

El ruído, y cómo gestionarlo

Pero existen en el universo muchos elementos que pueden distorsionar las lecturas, desde elementos electromagnéticos, viento solar, vibraciones por los instrumentos, etc. Por ello, lo que esta sonda pretende es conocer toda la fenomenología asociada a un experimento así, para poder de ese modo desarrollar un sistema de sondas futuras que tengan en cuenta estos fenómenos, y puedan anular sus efectos, para que, en el caso de detectar el paso de una onda gravitatoria, esta medición esté completamente libre de interferencias.

Estos elementos perturbadores del valor que queremos medir y conocer son lo que se conoce como “ruido”,  y provocan mediciones falsas. Este ruido es el responsable de que en la Tierra no se haya podido detectar las ondas todavía de forma segura. La Tierra no es el mejor lugar para detectar una energía, la de las ondas gravitatorias, que requieren precisiones de pocos nanómetros para ser detectadas.

El ruido no se puede eliminar, porque no se puede frenar el viento solar, o la actividad electromagnética de los propios instrumentos de la sonda. Tampoco los pequeños desequilibrios que conllevan tener la sonda, literalmente, “colgada” en el punto Lagrange L1. Todo esto se ha de tener en cuenta, y gestionar, para poder detectar el paso de una onda gravitatoria.

Los tres aspectos básicos del proyecto

Los tres elementos que se quieren verificar y controlar en este proyecto, o mejor dicho, elemento previo al proyecto, son:

1.- Demostrar que una masa de prueba se puede colocar en caída libre.

Como se suele decir, es más fácil decirlo que hacerlo. El equilibrio de fuerzas tiene que ser precisamente cero. Cualquier cosa por encima, siempre hablando de distancias de nanómetros, no será útil. Tiene que estar en equilibrio, y no solo dentro de la sonda, sino dentro del sistema Tierra-Sol, ignorando las fuerzas que, por supuesto, ejercen otros planetas, y también, el viento solar.

2.- Validar la operación del interferómetro láser con un espejo en caída libre.

Básicamente, el punto 2 es una extensión del punto 1. Si el proyecto futuro contempla tres sondas conectadas por interferometría y con espejos que reflejan la luz, además de receptores de esa luz, con una precisión de nanómetros, aquí se pretende realizar ese trabajo a una pequeña escala. O el espejo tiene en cuenta el ruido, y por lo tanto se halla en perfecto equilibrio, además de poder controlar ese ruido para descartar sus efectos, o el experimento será un fracaso. Personalmente, creo que estamos, sin lugar a dudas, ante el experimento más delicado y preciso de la historia de la humanidad. Un experimento con el Sol y la Tierra como soportes del mismo. Es, sin duda, realmente impresionante.

3.- Comprobar la fiabilidad respecto al tiempo de los micropropulsores, los láser y la óptica en un ambiente espacial.

Cuando de hacer correcciones al rumbo se tratas, los satélites, sondas, y otros vehículos espaciales incorporan pequeños propulsores químicos, basados en la expulsión de algún gas para con ello generar un impulso en sentido contrario (recordemos a Newton y sus leyes).

Sin embargo, para gestionar la extremadamente precisa posición de la sonda, como se requiere en este experimento, las fuerzas implicadas, y los movimientos, se cuenta por nanómetros. ¿Cómo mover algo que está en una órbita en caída libre, entre la Tierra y el Sol, con esa precisión? Con micropropulsores. Se trata de propulsores de iones, que ya incorporan otras sondas, pero a una escala nanométrica. Generan impulsos mediante la producción de pequeños chorros de iones, de una cantidad tan pequeña, que el vehículo, la sonda, se desplaza a distancias ínfimas.

Como es lógico, todos estos elementos son novedosos, o son de una precisión sin precedentes, o ambas cosas. Luego, para poder desarrollar el futuro proyecto LISA con las tres sondas, estos problemas tendrán que haber sido definidos y resueltos perfectamente. Si no es así, no habrá experimento futuro.

Las tres sondas

Y, hablando de futuro, en la imagen adjunta podemos ver un boceto de las tres sondas, que se espera sean lanzadas en 2030. ¿Mucho tiempo? Sí, sin duda, pero no nos equivoquemos; en todo cuanto tiene que ver con el espacio, sobre todo a este nivel, el trabajo previo es fundamental, complejo, y requiere de una precisión, en este caso, sin precedentes.

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Las tres sondas del proyecto LISA en su configuración final, con los láser e interferómetros en marcha

La imagen superior es una representación básica de las tres sondas funcionando de forma sincronizada, controlando los haces láser para detectar el paso de una onda gravitatoria. En la imagen inferior, podemos ver esto mismo de una forma más esquemática, viendo cómo las tres sondas se desplazan en órbita alrededor del Sol en los langrianos L1, L2, y L3, para de este modo poder encontrarse en una perfecta caída libre, en una posición estática, y de este modo no sufrir más que las interferencias antes comentadas.

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Esquema de las órbitas seguidas por las tres sondas del proyecto LISA de la Agencia Espacial Europea

El primer diagrama indica la posición relativa que tendrán las tres sondas con respecto a la posición del Sol y la Tierra, y el segundo, el modelo orbital de esas tres sondas alrededor del sol, a una unidad astronómica del Sol.

El futuro: imaginando el control de la gravedad

Advertencia: el siguiente contenido es altamente especulativo (pero este es un blog de ciencia ficción,  por lo que nos atrevemos a especular).

Es difícil pensar en dominar la fuerza de la gravedad, y el tiempo, porque no lo olvidemos, el tiempo y la gravedad son dos caras de la misma moneda, si partimos de la base de que no conocemos su naturaleza exacta. Para empezar, sabemos que no es una fuerza como las otras tres: la electromagnética, la nuclear fuerte, y la nuclear débil. También sabemos que la gravedad es ciertamente una distorsión del espacio tiempo, provocada por la presencia de un cuerpo. Todo genera gravedad, pero se requiere una gran masa para que sea apreciable, y su fuerza es minúscula.

Sin embargo, es la fuerza fundamental que controla el desarrollo del universo. La razón es que todos los cuerpos, por el mero hecho de existir y estar presentes, generan gravedad. También sabemos que la gravedad es un campo, y que debe tener una partícula hipotética asociada, el gravitón, que no ha sido descubierta porque su energía está muy por debajo de la precisión de los actuales instrumentos.

Precisamente por ese motivo el proyecto LISA es tan importante: va a permitir comprobar que, al igual que las otras fuerzas, la gravedad es capaz de desplazarse mediante ondas, pero, en este caso, ondas que modifican la estructura del tejido espacio-temporal.

Sabemos que los protones y electrones contienen cargas eléctricas. Son inherentes a su naturaleza. Pero  ¿Por qué negativa y positiva? Y otra pregunta: ¿por qué la gravedad es siempre atractiva? La respuesta es que la gravedad no es una fuerza como el electromagnetismo. Es, como indica la relatividad general, una distorsión del espacio-tiempo.

De todo ello podemos deducir algo importante: la gravedad no nos atrae como un imán atrae a otro cuando se colocan en campos positivo y negativo. La gravedad nos atrae porque estamos, literalmente, siendo acelerados. Caemos porque el espacio, normalmente plano, se convierte en un embudo. Pero ¿a dónde caemos? Hacia el centro del campo gravitatorio de la masa, siendo esa masa, por ejemplo, la Tierra.

Pero ¿por qué la masa produce un campo gravitatorio? Esta pregunta es similar a por qué la masa del neutrón es superior ligeramente al protón, o por qué el electrón tiene una masa 1800 veces superior al electrón, etc. No lo sabemos. En la actual teoría física, existen una serie de valores que son arbitrarios, están medidos, como la famosa constante G de la que hablábamos en el capítulo anterior. Se requiere una nueva teoría que lo explique, que dé una razón para estos valores.

En este vídeo hemos jugado con la constante gravitatoria G y verificado ciertos aspectos de la “cuarta fuerza”

Gravedad repulsiva (y no, no es que no nos guste la gravedad)

Cuando esta teoría se desarrolle finalmente, si es que algún día lo hace, quizás  se verifique una sospecha: en ciertas situaciones, la gravedad puede ser repulsiva, es decir, en lugar de atraer a dos masas, las repele. Sería algo similar a encontrar el otro polo magnético de la gravedad, solo que en este lugar lo llamarías polo gravitatorio, y tendría un efecto contrario al de unir dos polos opuestos: crearía una fuerza repulsora.

¿Sería la antimateria la que pudiese crear antigravedad? No lo parece. Recientes experimentos parecen indicar claramente que la antimateria tiene exactamente el mismo comportamiento que la materia ordinaria, y se ve influenciada por la gravedad. No es tan raro, si pensamos que la naturaleza eléctrica no es la causa de la gravedad, y la antimateria es materia, solo que de carga opuesta.

Pero ¿Puede existir otro tipo de antimateria, que, en contacto con la materia, produzca un campo de gravedad de repulsión? Dicho de otro modo: ¿Existe una antimateria completa, en la que no solo es la carga la opuesta, sino la misma masa?

Un momento: la masa es lo que es, una forma concentrada de energía. ¿Qué quiere decir esto? Estamos hablando, lisa y llanamente, de “antimasa”; una forma de masa que genera antigravitones. Porque, si tenemos un gravitón, deberemos tener un antigravitón, que es igual, pero con propiedades contrarias.

Como todo esto es teórico  y altamente especulativo, vamos a complicarlo más: ¿y si existiesen otros universos? ¿Y si esos universos pudieran tener propiedades físicas distintas? ¿Y si uno de ellos contuviese la estructura de nuestro universo, pero multiplicado por -1? Es decir, si decimos que X es nuestro universo, sería:

  1. Universo conocido: X
  2. Antiuniverso: X * -1.
  3. -X + X  = 0.

Es decir, ese otro universo alternativo, , de existir, podría combinarse con el nuestro, y el resultado sería la completa aniquilación de ambos. No estamos hablando de la clásica aniquilación materia-antimateria. Estamos hablando de una aniquilación de la materia, la energía, y, lo más importante, las leyes físicas que contemplan ambos universos.

Pero atención: también podemos darle la vuelta a la tercera expresión:

-X + X = 0.

¿Qué significa esto? Aparentemente, que, de la nada, pueden aparecer dos universos. Son complementarios exactamente, de tal modo que la fusión de ambos hace que desaparezcan, y, al revés, que de esa “nada” aparezcan ambos.

Pero la “nada” no existe. La nada es la ausencia de algo, pero para que exista, debe existir un complementario. Si existiese una nada absoluta, no habría con qué compararla, por lo que no podría existir. Porque ¿cómo se puede saber que algo es nada, si no existe algo que nos permita saber que eso otro es nada?

Sí, es algo kafkiano, y no, no me he vuelto loco (estoy en ello). De estos temas lleva ocupándose la física teórica desde hace muchas décadas, sin resultados. Lo que sí sabemos es que en el universo se están produciendo, de forma constante, partículas virtuales. ¿Qué son? Si mirásemos el tejido espacio-temporal a la escala de Planck, podríamos observar la aparición y desaparición constante de partículas, que llegan, existen durante una fracción pequeñísima de tiempo, y desaparecen. ¿De dónde vienen? ¿A dónde van? ¿Son las responsables de la energía oscura, también conocida en ocasiones, según algunos teóricos, como energía del vacío?

Antiuniverso y su hipotética existencia

¿Pueden estas partículas venir de otros universos? ¿Y, concretamente, del antiuniverso correspondiente al nuestro? Esto significaría que hay un puente entre ambos universos. ¿Qué ocurriría si consiguiésemos abrir una brecha entre ambos universos? Si alguien piensa que esta idea es nueva, será mejor que lea “Los propios dioses” de Isaac Asimov, un libro con unas cuantas décadas (1972). Aquí, lo que queremos es intentar ir un paso más allá, y pensar que, si los gravitones de ese universo pudieran usarse en este universo, mediante una captura, podrían permitir crear motores de antigravedad. Esos motores permitirían gestionar la masa de un cuerpo, de tal forma que se podría controlar la inercia del mismo, que a fin de cuentas, es resultado de su masa.

Pero, un momento: si el otro universo es un antiuniverso, con antigravitones, y sabemos que el tiempo está íntimamente ligado a la gravedad, ¿puede un antigravitón tener asociado un tiempo negativo? Es decir: ¿corre hacia atrás el tiempo en el antiuniverso? Hacia atrás desde nuestro punto de vista. Para un posible habitante de ese antiuniverso, su tiempo sería normal, y seríamos nosotros los que vamos hacia atrás en el tiempo. Como siempre, la relatividad no es solo espacial, es temporal también.

Pero las posibilidades no acaban ahí. En el próximo artículo, veremos qué posibilidades de ingeniería de reactores podrían desarrollarse utilizando esta fusión de universos, para crear una nave que permitiese viajar más rápido que la luz.

Sí, es altamente especulativo. Pero ya lo advertimos: es un blog de ciencia ficción. Nos vemos en la próxima entrega.


 

 

 

 

 

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2 comentarios en “Lisa Pathfinder, y el dominio de la Cuarta Fuerza (2)”

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