LQG y comunicaciones hiperlumínicas (parte II)

Después de la primera parte, vamos con la segunda parte del artículo, donde desarrollaremos un concepto de transmisor hiperlumínico. Naturalmente, estos conceptos que expongo aquí son teóricos y conceptuales, pero están basados en los conocimientos actuales sobre la naturaleza de la gravedad y de las ondas gravitatorias. Hay que especular, y luego hay que verificar las hipótesis. Pero sin hipótesis no hay teorías. Debe quedar muy claro, eso sí, una cosa: yo no soy físico, de hecho soy de letras, pero eso no significa que no pueda imaginar cosas, y probablemente equivocarme muchas veces. Pero lo hago con entusiasmo y con dedicación.

Eso sí, tampoco acato el inmovilismo de muchos físicos ante nuevas ideas. A veces creo, cuando he hablado con algún doctor en física, que están atrapados en sus propias teorías, y enredados en una madeja de conceptos de la que temen salir. Otros físicos deberán romper esa madeja y abrir nuevos caminos. Y yo seré muy feliz si llego a verlo algún día, en los días que me quedan en este mundo. Naturalmente, mis opiniones aquí vertidas son solo mías, y a ellas me debo, sin que nadie deba, en ningún momento, prestar más atención ni importancia que la de una reflexión en voz alta.

Empecemos pues, dando un pequeño rodeo para introducir este asunto: la unificación.

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La masa curva el espacio-tiempo (Albert Einstein)

La ciencia trata de unificación. Por unificación se entiende la conceptualización y cuantificación del universo como un todo, modelado en una ecuación única que lo defina  como un todo. Pondré cuatro ejemplos.

El primer ejemplo es el electromagnetismo. La humanidad conoce la existencia de la electricidad y del magnetismo desde la antigüedad. Pero fue en el siglo XIX cuando se desarrollaron teorías cuantitativas sobre qué eran ambas. Y un hombre, James Maxwell, comprendió, y demostró que, al fin y al cabo, ambos, electricidad y magnetismo, son dos caras de la misma moneda. Su teoría sobre el electromagnetismo, que escribió en lo que se conoce como las ecuaciones de Maxwell, unificó dos mundos aparentemente distintos. Fue, por lo tanto, una teoría unificadora. Dos mundos distintos convergían en una misma serie de ecuaciones que explicaban que ambos eran conceptos indivisibles.

El segundo ejemplo tiene que ver con la gravedad. Existía una fuerza que mantenía las cosas atadas al suelo. Y otra que mantenía a los planetas girando alrededor del Sol. Así fue hasta el desarrollo de las ecuaciones de Newton.  Cuando publicó su libro, Principia Mathematica, Newton comprendió que la fuerza que hace caer los objetos, y la fuerza que mantiene a los planetas en órbita alrededor del Sol, es la misma. Es la gravedad de Newton, por lo tanto, una teoría unificadora. Unió dos fuerzas distintas en una sola: la gravedad. Se trata de una unificación de dos fuerzas.

El tercer ejemplo, más reciente, tuvo que ver con dos elementos que, aparentemente, no tenían nada que ver el uno con el otro. Se trataba del espacio, y del tiempo. Sin embargo, Einstein demostró, en 1905, mientras trabajaba en la oficina de patentes de Berna, que espacio y tiempo son en realidad dos visiones distintas de un mismo elemento: el espacio-tiempo, entendiendo como tal, que el espacio, y el tiempo, son realidades que se encuentran tan íntimamente unidas, que no puede explicarse la una sin la otra. La gravedad distorsiona el espacio, pero al hacerlo, distorsiona también el tiempo, porque ambos son expresiones de un concepto mayor. No podemos hablar de espacio si no hablamos de tiempo. Son dos expresiones de una misma cosa. Es una nueva unificación.

El cuarto y último ejemplo es el modelo electrodébil, que unifica el electromagnetismo con la fuerza nuclear débil, y que se desarrolló en los años sesenta del siglo XX.

¿Qué se busca ahora? Seguir este camino: el de unificar aspectos del universo aparentemente distintos, pero que en realidad son expresiones de un modelo mayor que encierra a los anteriores. ¿Y cuál es el próximo paso? Unificar la gravedad con las fuerzas restantes.

Pero hay un problema: la gravedad es un campo generado por la masa, y ese campo se genera de alguna forma desconocida. Es ahí donde entra el tejido del espacio-tiempo, del que hablaba en la primera parte de este artículo, y que se detalla en la teoría de la gravedad cuántica de bucles. Recordemos que esta teoría sí tiene en cuenta la relatividad general, cuando la teoría de cuerdas no la concibe. Es decir, la primera se mueve en un marco que explica dicho marco, un marco de espacio-tiempo cambiante. La segunda, la teoría de cuerdas, se basa en un marco fijo espacio-temporal. Es sorprendente que una teoría así haya sido apoyada durante tanto tiempo por la comunidad de físicos.

¿Y cuál es la naturaleza del tejido espacio-temporal? Conocemos sus efectos a gran escala, explicados en la relatividad general. Pero ¿Y a escala microscópica?

Si ampliásemos una zona del espacio-tiempo hasta lo que se conoce como longitud de Planck, veríamos algo sorprendente: en lugar de un espacio vacío, observaríamos una malla de átomos espacio-temporales, la unidad del tejido espacio-temporal, cubiertos por una constante generación de partículas subatómicas, conocidas como las partículas virtuales. Estas partículas nacen y se destruyen en tiempos brevísimos, pero su efecto acumulado provoca lo que se denomina como energía del vacío, que tiene, aparentemente, efectos a larga escala: lo llamamos energía oscura, y es la presunta responsable de la expansión acelerada del universo.

Pero volvamos a ese tejido. ¿De qué está formado? Forma parte de una estructura básica que da forma al espacio-tiempo, y que, a grandes escalas, es la responsable de los efectos relativistas que todos conocemos. Todo, absolutamente todo, se desplaza a lo largo de esa malla. La luz, y todas las partículas conocidas. Esa malla es el hilo conductor de todo lo que acontece en el universo.

Pero esa malla no es estática. Tal como se describe en la relatividad general, la malla es flexible. Se dobla ante un campo de materia, ya que la materia “se posa” por decirlo de algún modo, sobre esa malla, doblándola, como si al colocar una sábana entre cuatro palos, situásemos una piedra en medio.

Esa malla tiene además otra propiedad: no solo permite la conducción de las partículas subatómicas, sino que también permite el paso de las ondas gravitatorias. Aunque esto no es exactamente así; en realidad, y siendo más precisos, podemos decir que las ondas gravitatorias son ondulaciones del mismo tejido espacio-temporal.

Veámoslo con un ejemplo: cuando se produce una ola, esa ola es una onda que se transmite a través del agua. Pero ¿qué partícula conforma la onda que se transmite a través del agua? No existe tal partícula. Lo que se transmite no es una partícula; lo que se transmite es una flexión del tejido del agua, formado, precisamente por agua. La onda de una ola de mar está formada por el mismo tejido de la ola: agua.

Del mismo modo, cuando se transmite una onda gravitatoria, no existe una partícula asociada a dicha transmisión. Es el mismo espacio-tiempo el que se dobla, y es, por lo tanto, ese tejido, esos átomos que conforman el espacio-tiempo, los que transmiten la onda gravitatoria.

¿A qué nos lleva esto? Tiene consecuencias importantes. En primer lugar, el teórico gravitón, la partícula asociada a la gravedad, no existiría. No existe porque no se trata de una onda/partícula, como la luz, que viaja en un medio, el vacío, para desplazarse. Es el mismo tejido del espacio-tiempo el que se desplaza.

¿Y qué vimos en la primera parte de este texto? Que la relatividad nos dice que nada puede viajar más rápido que la luz, pero el medio subyacente, el propio tejido del espacio-tiempo, no sigue esta ley. Y no lo hace porque la relatividad no contempla el tejido espacio-tiempo. Por eso, tal como vimos en la primera parte, existen galaxias, más allá de la distancia máxima del universo visible, que se alejan de nosotros a velocidades hiperlumínicas.

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Dos estrellas de neutrones en órbitas cercanas generan distorsiones del espacio-tiempo detectables, lo que entendemos como ondas gravitatorias

Tenemos entonces una propiedad única en el tejido del espacio-tiempo: las ondas gravitatorias no solo se desplazan usando el tejido que las conforma. Además, lo pueden hacer, y de hecho lo hacen, a velocidades distintas, superando la velocidad de la luz. Y lo consiguen porque es el propio espacio el que transmite la onda.

Este fenómeno es el que se usa en ciencia ficción para explicar el motor de curvatura de las naves en las series y películas de Star Trek. Por “curvatura” se entiende precisamente el curvar el espacio-tiempo para que un objeto en el interior se desplace a velocidades mayores que las de la luz. Pero también es la base de un estudio que desarrollo el físico teórico Miguel Alcubierre, que emplea precisamente una extensión de la relatividad general.

Y llegamos, por fin, a la transmisión hiperlumínica. Creo que a estas alturas es evidente cómo se buscaría una solución para la transmisión de información a velocidades mayores a la de la luz. El concepto es, podríamos llamarlo en un libro de ciencia ficción, como “transmisor/receptor gravitatorio”. Un instrumento que es capaz de generar un conjunto armónico de ondas gravitatorias, cuya frecuencia permitiría enviar información binaria, que contendría el contenido de la información enviada.

Este transmisor tiene como clave para generar estas ondas gravitatorias un fenómeno que es bien conocido: un campo gravitatorio. Usando un campo de gravedad lo suficientemente potente, el transmisor podría usar potenciales gravitatorios para generar las ondas gravitatorias. ¿Qué son los potenciales gravitatorios? No el campo gravitatorio en sí, sino la modulación de dicho campo gravitatorio, cuyo diferencial daría como respuesta una onda gravitatoria cuya frecuencia sería, precisamente, el resultado de ese diferencial gravitatorio.

Actualmente, sensores en la Tierra y en el espacio han detectado ya ondas gravitatorias, y su naturaleza se está comprendiendo cada vez mejor, todo y que la teoría de la relatividad general ya las teorizaba. Pero ahora son una realidad, lo cual ha sido un impulso fundamental para dicha teoría, y para comprender la naturaleza del universo.

Esos receptores, los gravitelescopios, son una ayuda inestimable para conocer el universo en sus etapas más tempranas, o cuando se dan fenómenos gravitatorios violentos, como la colisión de estrellas de neutrones o agujeros negros, que son precisamente fuentes naturales de generación de ondas gravitatorias. Estos gravitelescopios, ¿podrían recibir señales de origen artificial? Naturalmente, si fuese posible generar dichas ondas artificialmente, serían capaces de detectar dichas ondas también. Serían, por lo tanto, receptores de información. Las sondas LISA tendrán también ese objetivo. Serán, cuando estén operativas, un gravitelescopio en el espacio.

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

¿De dónde se podría, presuntamente, obtener ese campo gravitatorio, para generar las ondas gravitatorias? Una buena pregunta. Precisamente un agujero negro es una fuente de ondas gravitatorias, pero uno solo no basta. Son necesarios dos para que la interacción entre ambos genere las ondas gravitatorias, como la piedra que cae y genera la ola. Es, como he dicho antes, el diferencial del potencial entre dos campos gravitatorios el que provoca la onda.

La clave de la comunicación por ondas gravitatorias tiene la particularidad de no ceñirse a la gravedad general de Einstein, y por ello permite comunicaciones hiperlumínicas. Pero uno no suele tener a mano un par de agujeros negros cuando más los necesita, ni se pueden adquirir en Internet.

La física actual estipula que las ondas gravitatorias se desplazan, a la velocidad de la luz. Yo estipulo (y soy muy atrevido por ello, lo sé, y espero que me perdonen) que las ondas gravitatorias no se adhieren a la relatividad de Einstein. Y lo estipulo en base a dos fenómenos ya conocidos: la inflación cósmica, que desarrolló el universo a una velocidad muy superior a la de la luz durante el Big Bang, y a la velocidad de escape de las galaxias que se encuentran más allá de la distancia en la que se formó el universo. Dicho de otro modo: se hace evidente, bajo estos dos principios, que el tejido del espacio-tiempo es capaz de desplegarse a velocidades hiperlumínicas.

Necesitamos, pues, diferenciales gravitatorios, y de una gran intensidad, para generar ondas gravitatorias. ¿Cómo solucionar este asunto sin que un grupo de físicos quieran colgarme del palo mayor? Fácil: con una explicación que provocará que esos mismos físicos, después de colgarme, esperen a que me devoren los buitres.

De este tema hablaré en una nueva entrada, que requerirá conceder algo de autenticidad a un aspecto concreto de la teoría de cuerdas. Pero, eso sí, recordando que muchos conceptos de dicha teoría ya se establecieron en los años cincuenta del siglo XX, y a ellos acudiré. Esta nueva entrada explicará cómo podría obtenerse la energía suficiente para generar diferenciales de campos gravitatorios lo suficientemente potentes como para generar ondas gravitatorias que permitirían la comunicación a velocidades superiores de la de la luz.

Insisto, una vez más, en que estos textos están basados en especulaciones propias, que vierto aquí, por si es de interés del lector. Soy un simple aficionado a estos temas, pero no por ello voy a dejar de soñar con posibilidades para el futuro de la especie humana.

Muchas gracias, y nos vemos en la próxima entrada.


Ecuaciones de Maxwell.
Modelo electrodébil.
Métrica de Alcubierre para la curvatura del espacio-tiempo.
Detector de ondas gravitatorias LIGO.

 

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3 comentarios en “LQG y comunicaciones hiperlumínicas (parte II)”

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