Límites cuánticos de la métrica de Alcubierre

Vamos con una nueva entrada de física teórica especulativa, en relación a un artículo que me he encontrado sobre una investigación del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España) en base a los límites de la métrica de Alcubierre impuestos por los efectos cuánticos a velocidades relativistas e hiperlumínicas.

Miguel Alcubierre es un físico teórico mexicano, que a mediados de los noventa desarrolló una variante extendida de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. En la misma el doctor Alcubierre propone la idea de poder viajar por el espacio a velocidades hiperlumínicas, requiriendo, eso sí, ingentes cantidades de energía, que además deben generarse mediante materia exótica. Por materia exótica se entiende, en este caso, materia con masa imaginaria, o, dicho de otro modo, materia con masa negativa.

Gráfico de la impulsión de Alcubierre, mostrando las regiones opuestas, contraída y extendida, del espacio-tiempo respecto al sector central en el cual se ubica la burbuja plana de deformación (Wikipedia).

Hace ya tiempo hablé de las naves estelares de Star Trek, y de su sistema de propulsión, basado en lo que se conoce en inglés como “warp engine”, que se podría traducir como “motor de curvatura”. Este sistema de propulsión consiste en plegar el tejido espacio-temporal delante de la nave, para de este modo desplazar una nave estelar que se halla dentro de una burbuja de espacio-tiempo neutro. Por neutro me refiero a “en reposo” con respecto al sistema.

Luego, el espacio tiempo se despliega de nuevo por la parte trasera de la nave, creando una especie de efecto muelle. De hecho la idea es básicamente similar en concepto a cómo se desplazan los surfistas. No están moviéndose, sino que es la ola la que se mueve, y ellos con la ola.

La métrica de Alcubierre es, por lo tanto, una propuesta teórica de crear un motor de curvatura muy similar al concepto de los que incorporan las naves de Star Trek.

La nave modifica el tejido espacio-tiempo para convertirlo en una suerte de proyección de la masa de la nave y su contenido a velocidades hiperlumínicas.

El problema de la relatividad general, y de la métrica de Alcubierre.

La métrica de Alcubierre, como prolongación de la relatividad general, sufre de un problema de base: es lo que en física se conoce como “teoría clásica”. ¿Qué es una teoría clásica? Es aquella que no tiene en cuenta los efectos cuánticos en su formulación. Por ejemplo, la gravedad de Newton, o el electromagnetismo de Maxwell, son teorías clásicas. Esto no quiere decir que sean inválidas, ni mucho menos. Sí quiere decir que, llevadas al extremo del detalle máximo, al no tener en cuenta los efectos cuánticos deben ser reformuladas bajo una nueva teoría que implique dichos efectos cuánticos.

Ese es el camino que buscan lo que se conocen como teorías unificadas en las que se produce una cuantización de la gravedad, o una teoría de la gravedad cuántica, como la teoría de cuerdas, o la teoría de la gravedad cuántica de bucles.

Efectos cuánticos en el plegamiento del espacio-tiempo.

Un plegamiento del espacio-tiempo es teóricamente posible, pero de momento para ello se requerirían unas cantidades de energía absolutamente impresionantes, y la ya comentada materia exótica. Incluso si eso pudiese conseguirse, todavía se tendría que tener en cuenta los efectos cuánticos del plegamiento en el tejido del espacio-tiempo, y los efectos del horizonte de sucesos que se daría en las partes traseras y delanteras de la nave, ya que en la zona límite de la burbuja que contiene a la nave se produciría de forma práctica la consecución de un agujero negro en la parte posterior de la nave, y un agujero blanco en la parte anterior de la nave. De eso trata, precisamente, el artículo del CSIC.

Este doble fenómeno haría impracticable la creación de un motor basado en la métrica de Alcubierre. Claro que, dado que crear una burbuja de plegamiento del espacio-tiempo ya requiere de materia exótica para su consecución, quizás estemos intentando encontrar soluciones a un problema previo que, de momento, no tiene solución.

Porque, ¿existe la materia con masa negativa? Se ha especulado, y se han hecho experimentos recientes, pero todo está todavía en una situación tremendamente inicial. En Star Trek la obtención de energía se obtiene mediante la combinación de materia y antimateria, pero la antimateria es tremendamente difícil de generar, en la actualidad solo se han creado unos pocos nanogramos en toda la historia, y es mucho más difícil mantenerla, porque interactúa con cualquier materia. En la película “Ángeles y demonios” se especula con una especie de bomba de antimateria creada en el LHC del CERN, pero eso es pura ciencia ficción en la actualidad.

Las matemáticas que describen la métrica de Alcubierre resultarán familiares a aquellos que estén familiarizados con la teoría general de la relatividad. Como puede verse se trata de un modelo clásico donde se incluye materia exótica en forma de la densidad de energía como elemento capaz de crear la deformación del espacio-tiempo para el movimiento hiperlumínico de un navío estelar.

Un futuro posible, pero complejo.

En resumen, los límites que ya conocíamos de la teoría general de la relatividad, en relación a la mecánica cuántica, son los límites que se dan, por lo tanto, en la métrica de Alcubierre, siendo esta una extensión de aquella. Ello conlleva una necesidad: la imperiosa necesidad de tener, por fin, el sueño de una teoría unificada global en la que Einstein trabajó treinta años y no pudo lograr. Una teoría cuántica de la gravedad, que permita hacer extensivas y compatibles las teorías de la relatividad general y la mecánica cuántica.

Si eso es posible, quizás sea posible adaptar la métrica de Alcubierre, como se habrá adaptado la relatividad general, y crear un sistema de transporte hiperlumínico hasta ahora imposible. El tiempo lo dirá. El tiempo, y un considerable trabajo de investigación que todavía está por llegar.

Pero no está todo perdido. Aún nos queda una oportunidad. Y, mientras así, sea, no dejaremos de soñar con las estrellas. Porque es nuestro destino. Y nuestro futuro como especie, para toda la humanidad.

Autor: Fenrir

Amateur writer, I like aviation, movies, beer, and a good talk about anything that concerns the human being.

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