Para un día, alcanzar las estrellas.

Por Michio Kaku


Cuando se discute la posibilidad del viaje interestelar, existe algo llamado “el factor de la risa floja”. Algunos científicos tienden a burlarse de la idea del viaje interestelar debido a las enormes distancias que separan las estrellas. De acuerdo con la Relatividad Especial (1905), ninguna información útil puede viajar más rápido que la luz de forma local, y por lo tanto llevaría siglos o milenios a una civilización extraterrestre viajar entre las estrellas. Incluso las estrellas familiares que vemos de noche están de 50 a 100 años luz de distancia de nosotros, y nuestra galaxia tiene 100 000 años luz de tamaño. La galaxia más cercana está a 2 millones de años luz de nosotros. Los críticos dicen que el Universo es simplemente demasiado grande para que los viajes interestelares puedan llevarse a la práctica.

Igualmente, las investigaciones en OVNIs que pueden tener origen en otros planetas a veces son el final para la carrera científica de algunos. No hay fondos para alguien que quiera observar seriamente estos objetos no identificados del espacio, y la reputación de uno puede sufrir si sigue interesado en estas materias poco ortodoxas. Además de esto, quizás el 99% de todos los avistamientos de OVNIs pueden ser descartados por ser causa de un fenómeno común, tal como el planeta Venus, gases de los pantanos (los cuales pueden brillar en la oscuridad en ciertas condiciones), meteoros, satélites, globos sonda, incluso ecos de radar que rebotan en las montañas. (Sin embargo, lo que molesta a los Físicos, es el restante 1% de estos avistamientos, los cuales son divisados en múltiples ocasiones mediante múltiples métodos de observación. Algunos de los avistamientos más intrigantes se han hecho por pilotos expertos y pasajeros a bordo de vuelos los cuales han sido además rastreados por radar y grabados en cintas de video. Avistamientos como estos son difíciles de descartar).

Pero para un astrónomo, la existencia de vida inteligente en el Universo es una idea irresistible por sí misma, en la cual podrían existir extraterrestres en otras estrellas y que estarían siglos o milenios más avanzados que nosotros. Sólo en la Vía Láctea, hay aproximadamente 100 mil millones de estrellas, y hay un incontable número de galaxias en el Universo. Más o menos la mitad de las estrellas que vemos en el cielo son estrellas dobles, lo que probablemente las hace incapaces de albergar vida inteligente, pero la otra mitad probablemente tiene sistemas solares parecidos al nuestro. Aunque ninguno de los aproximadamente 100 planetas extrasolares descubiertos hasta ahora en el espacio profundo se parece al nuestro, esto es inevitable, muchos científicos creen que un día descubriremos pequeños planetas similares a la Tierra que tengan agua líquida (el disolvente Universal que hizo posibles los primeros ADN quizás hace 3 500 millones de años en los océanos). El descubrimiento de planetas similares a la Tierra podría llevarse a cabo en los próximos 20 años, momento en que la NASA tiene la intención de poner en órbita el satélite de interferometría espacial el cual podría ser lo bastante sensible como para detectar pequeños planetas orbitando otras estrellas.

Hasta ahora, no hemos encontrado evidencias concretas de señales de civilizaciones extraterrestres de ningún planeta similar a la Tierra. El proyecto SETI (Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre) no ha producido aún ninguna prueba reproducible de vida inteligente en el Universo de estos planetas similares a la Tierra, pero este asunto aún se merece un serio análisis científico. La clave es reanalizar el problema para viajes más rápidos que la luz.

Una mirada crítica sobre este tema debe necesariamente abarcar dos nuevas observaciones. Primero, la Relatividad Especial misma fue suplantada por la más potente Relatividad General (1915) del propio Einstein, en la cual los viajes más rápidos que la luz son posibles bajo ciertas extrañas condiciones. La dificultad principal es acumular la suficiente energía de cierto tipo para romper la barrera de la luz. Segundo, se deben además analizar las civilizaciones extraterrestres sobre la base de su producción total de energía y las Leyes de la Termodinámica. A este respecto, se deben analizar civilizaciones que estén tal vez miles de millones de años más avanzados que nosotros.

El primer intento realista de analizar civilizaciones extraterrestres desde el punto de vista de las Leyes de la Física y las Leyes de la Termodinámica se hizo por el astrofísico ruso Nicolai Kardashev. Basó su clasificación de posibles civilizaciones sobre el supuesto de la energía total producida la cual podría ser cuantificada y usada como guía para explorar la dinámica de civilizaciones avanzadas:

Tipo I: Esta civilización aprovecha la energía de un planeta completo.

Tipo II: Esta civilización aprovecha la energía producida por una estrella, y genera cerca de 10 mil millones de veces la producción de energía de una civilización de Tipo I.

Tipo III: Esta civilización aprovecha la energía producida por una galaxia, o aproximadamente 10 mil millones de veces la energía producida por una civilización de Tipo II.

Una civilización de Tipo I sería capaz de manipular de verdad las energías planetarias. Podrían, por ejemplo, controlar o modificar sus climas. Tendrían potencia suficiente para manipular los fenómenos planetarios, tales como huracanes, el cual podría liberar la energía de cientos de bombas de hidrógeno. Quizás esta civilización pueda incluso alterar el curso de volcanes y terremotos.

Una civilización de Tipo II recordaría a la Federación de Planetas que se veía en la serie de TV Star Trek (la cual es capaz de encender estrellas y ha colonizado una minúscula fracción de las estrellas cercanas de la galaxia). Una civilización de Tipo II podría ser capaz de manipular la potencia de las llamaradas solares.

Una civilización de Tipo III recordaría a los Borg, o quizás al Imperio que encontramos en la saga de Star Wars. Han colonizado la galaxia misma, extrayendo energía de cientos de miles de millones de estrellas.

Por contra, nosotros somos una civilización de Tipo 0, la cual extrae energía de plantas muertas (petróleo y carbón). Creciendo a una tasa media del 3% cada año, sin embargo, se puede calcular que nuestra civilización puede alcanzar el estado de Tipo I en unos 100-200 años, el estado de Tipo II en pocos miles de años, y el estado de Tipo III en unos 100 000 a un millón de años. Estas escalas temporales son insignificantes cuando las comparamos con el propio Universo.

Es esta escala, se pueden clasificar los diferentes sistemas de propulsión disponibles para los distintos tipos de civilizaciones:

Tipo 0:

· Cohetes químicos
· Motores iónicos
· Energía de Fisión
· Propulsión EM (Electro Magnética)

Tipo I:

· Motores de Fusión Ram-jet
· Manejo Fotónico

Tipo II:

· Manejo de Antimateria
· Nano-sondas Von Neumann

Tipo III

· Propulsión de la energía de Planck

Los sistemas de propulsión pueden ser clasificados según dos cantidades: su impulso específico, y la velocidad final de viaje. El impulso específico es igual al empuje multiplicado por el tiempo durante el que actúa este empuje. En la actualidad, casi todos nuestros cohetes están basados en reacciones químicas. Podemos ver que los cohetes químicos tienen el menor impulso específico, debido a que solo trabajan durante unos pocos minutos. Su empuje puede ser medido en millones de libras, pero solo operan durante un corto tiempo por lo que su impulso específico es bastante bajo.

La NASA está experimentando actualmente con motores iónicos, los cuáles tienen un impulso específico mucho mayor, debido a que pueden funcionar durante meses, pero tienen un empuje extremadamente bajo. Por ejemplo, un motor iónico que expulse iones de cesio puede tener el empuje de solo unas pocas onzas, pero en el espacio profundo puede alcanzar grandes velocidades a largo plazo debido a que puede trabajar de forma continua. Ganan en tiempo lo que pierden en empuje. Finalmente, las misiones de largo recorrido entre planetas se pueden llevar a cabo por motores iónicos.

Para una civilización de Tipo I, se pueden vislumbrar nuevos tipos de tecnología emergente. Los motores de fusión Ram-jet tienen incluso un mayor impulso específico, estos trabajan durante años consumiendo el hidrógeno libre que encuentran en el espacio profundo. Sin embargo, puede llevar décadas el que la energía de fusión sea aprovechada comercialmente en la Tierra, y el proceso de fusión protón-protón de un motor de fusión ram-jet puede llevar incluso más tiempo para su desarrollo, tal vez un siglo o más. Los motores láser o fotónicos, dado que serían impulsados por rayos láser que inflan una gigantesca vela, pueden tener aún mayores impulsos específicos. Uno puede imaginar enormes baterías láser situadas en la luna generando enormes rayos láser que empujen una vela láser al espacio exterior. Esta tecnología, que depende de trabajar en grandes bases lunares, se encuentra probablemente a muchos siglos de distancia.

Para una civilización de Tipo II, se hace posible una nueva forma de propulsión: el manejo de antimateria. Las colisiones de antimateria producen una forma 100% eficiente de conseguir energía a partir de la materia. Sin embargo, la antimateria es una exótica forma de la materia extremadamente cara de producir. El acelerador de partículas del CERN, en las afueras de Ginebra, apenas está capacitado para producir minúsculos ejemplos de gas anti-hidrógeno (anti-electrones circulando alrededor de anti-protones). Puede llevar muchos siglos o milenios abaratar los costes de forma que pueda usarse para vuelos espaciales.

Dado el astronómico número de posibles planetas de la galaxia, una civilización de Tipo II puede intentar una aproximación más realista que los cohetes convencionales y usar nanotecnología para construir minúsculas sondas robots auto-replicables que puedan proliferar a través de la galaxia de forma similar a la que un virus microscópico puede auto-replicarse y colonizar el cuerpo humano en una semana. Tal civilización podría enviar minúsculas sondas robot Von Neumann a lunas distantes, donde podrían crear grandes fábricas para reproducir millones de copias de sí mismos. Dichas sondas Von Neumann solo necesitan tener el tamaño de una caja de galletas, usando sofisticada nanotecnología para construir los ordenadores y los circuitos de tamaño atómico. Entonces estas copias toman tierra en otras lunas distantes y comienza todo el proceso de nuevo. Estas sondas pueden aguardar en lunas distantes, esperando que una primitiva civilización de Tipo 0 madure hacia una civilización de Tipo I, que sería más interesante para ellos. (Existe la pequeña pero clara posibilidad que una de estas sondas haya aterrizado en nuestra propia luna hace miles de millones de años por una civilización de paso. Esto, de hecho, es la base de la película 2001, quizá el retrato más realista de un contacto con inteligencia extraterrestre).

El problema, como puede observarse, es que ninguno de estos motores puede superar la velocidad de la luz. Por esto, las civilizaciones de Tipo 0, I, y II probablemente puedan enviar sondas o colonias solo en un radio de unos pocos cientos de años luz de su planeta origen. Incluso con sondas Von Neumann, lo mejor que puede conseguir una civilización de Tipo II es crear una gran esfera de miles de millones de sondas auto-replicables expandiéndose justo en el límite de la velocidad de la luz. Para romper la barrera de la luz, se debe usar la Relatividad General y la Teoría Cuántica. Esto requiere energías que solo están disponibles para civilizaciones de Tipo II muy avanzadas o, más probablemente, para una civilización de Tipo III.

La Relatividad Especial afirma que ninguna información útil puede viajar localmente a una velocidad superior a la de la luz. Se puede ir más rápido que la luz, por lo tanto, si se usa la posibilidad de curvar globalmente el espacio y el tiempo, es decir la Relatividad General. En otras palabras, en tal cohete, un pasajero que mirase el movimiento de las estrellas vería que él va más lento que la luz. Pero una vez que el cohete llegue a su destino y compare los relojes, parece como si el cohete hubiese ido más rápido que la luz debido a que curvó el espacio y el tiempo de forma global, como si tomase un atajo, o estirase y contrajese el espacio.

Hay al menos dos formas en la Relatividad General para producir viajes más rápidos que la luz. El primero es a través de agujeros de gusano, o superficies de Riemann múltiplemente conectadas, el cual puede darnos un atajo a través del espacio y el tiempo. Una posibilidad geométrica para estos agujeros de gusano es reunir cantidades estelares de energía en un anillo giratorio (creando un agujero negro de Kerr). La fuerza centrífuga evita el colapso del anillo giratorio. Cualquiera que pase a través del anillo podría no ser despedazado, sino transportado a una parte completamente distinta del Universo. Esto recuerda a Alicia a través del Espejo, con el marco del espejo actuando como agujero negro, y el espejo siendo el agujero de gusano. El otro método sería separar el agujero de gusano de la “espuma cuántica” lo cual creen los científicos que compone el tejido del espacio y el tiempo en la escala de Planck (10 ^-33 centémetros).

Los problemas con los agujeros de gusano son muchos:

a) Una versión requiere una descomunal cantidad de energía positiva, por ejemplo un agujero negro. La energía positiva de los agujeros negros tiene un horizonte de eventos y por lo tanto solo nos ofrece viajes en un sentido. Se necesitarían dos agujeros negros (uno para el viaje original y otro para el viaje de vuelta) para hacer prácticos los viajes interestelares. Muy probablemente solo una civilización de Tipo III sería capaz de controlar esta energía.

b) Los agujeros de gusano pueden ser inestables, según ambas, la mecánica clásica y la cuántica, podrían cerrarse tan pronto como se intente entrar en ellos. O los efectos de radiación te acribillarían tan pronto como entrases en él, matándote.

c) Una versión requiere una gran cantidad de energía negativa. La energía negativa no existe (en la forma del efecto Casimir) pero grandes cantidades de energía negativa pueden estar más allá nuestra tecnología, quizá dentro de milenios. La ventaja de los agujeros de gusano de energía negativa es que no tienen horizontes de eventos y por lo tanto son más fácilmente traspasables.

d) Otra versión requiere grandes cantidades de materia negativa. Desafortunadamente, la materia negativa nunca se ha visto en la naturaleza (caería hacia arriba en lugar de hacia abajo). Ninguna materia negativa ha caido en la Tierra desde hace miles de millones de años, desproveyendo a la Tierra de esta materia.

La segunda posibilidad es usar grandes cantidades de energía para estirar de forma continua el espacio y el tiempo (es decir contraer el espacio delante de ti, y expandirlo por detrás). Debido a que solo el espacio vacío se contrae o expande, se puede superar la velocidad de la luz en este entorno. (El espacio vacío puede curvar el espacio más rápido que la luz. Por ejemplo, el Big Bang se expandió mucho más rápido que la velocidad de la luz). El problema con esta aproximación, de nuevo, es la enorme cantidad de energía requerida, haciéndola solo accesible a una civilización de Tipo III. Las escalas de energía para estos propósitos están en el orden de la energía de Planck (10¹⁹ mil millones de electrón voltios, lo que es mil billones de veces mayor que nuestro acelerador de partícular más potente).

Por último, está el problema físico fundamental de si es posible un “cambio de topología” en la Relatividad General (lo cual también haría posible máquinas del tiempo o curvas del tiempo cerradas). La Relatividad General permite curvas de tiempo cerradas y agujeros de gusano (a veces llamados puentes Einstein-Rosen), pero desafortunadamente colapsaría a las enormes energías del centro de un agujero negro o en el instante de la Creación. En estos dominios de energía extrema, los efectos cuánticos dominarán sobre los efectos gravitacionales clásicos, y se debe llegar a una teoría de “campo unificada” de gravedad cuántica.

En la actualidad, el candidato más prometedor (y el único) para la “teoría del todo”, incluyendo la gravedad cuántica, es la teoría de supercuerdas o Teoría M. Esta es la única teoría en la que las fuerzas cuánticas pueden combinarse con la gravedad para obtener resultados finitos. Ninguna otra teoría puede decir lo mismo. Con solo unos suaves supuestos, se puede mostrar que la teoría permite a los quarks ordenarse en muchas más configuraciones que los del Modelo Estándar actual de la Física subatómica. Debido a que la teoría está definida en 10 u 11 dimensiones hiperespaciales, se introduce un nuevo dibujo cosmológico: nuestro Universo es una burbuja o membrana flotante en un multiverso mucho mayor o megaverso de Universos-burbuja.

Por desgracia, aunque se han encontrado soluciones a los agujeros negros en la teoría de cuerdas, la teoría no ha desarrollado aún respuestas a preguntas básicas sobre los agujeros de gusano y su inestabilidad. En los próximos años o tal vez décadas, muchos físicos piensan que la teoría de cuerdas madurará hasta el punto de poder contestar estas cuestiones fundamentales sobre el espacio y el tiempo. El problema está bien definido. Desafortunadamente, incluso aunque los principales científicos del planeta trabajan en esta teoría, nadie en la Tierra tiene la inteligencia suficiente para resolver las ecuaciones de supercuerdas.

Conclusión

La mayoría de científicos dudan del viaje interestelar debido a que la barrera de la luz es tan difícil de superar. Sin embargo, para ir más rápido que la luz, uno debe ir más allá de la Relatividad Especial, hacia la Relatividad General y la Teoría Cuántica. Por lo tanto, no podemos excluir el viaje interestelar si una civilización avanzada puede obtener la suficiente energía como para desestabilizar el espacio y el tiempo. Quizá solo una civilización de Tipo III pueda manejar la energía de Planck, la energía a la que el tiempo y el espacio se vuelven inestables. Se han dado distintas propuestas para superar la velocidad de la luz (incluyendo agujeros de gusano y extensión o curvatura del espacio) pero todas requieren energías solo encontradas en civilizaciones galácticas de Tipo III. A nivel matemático, en última instancia, debemos esperar a una teoría completa de la gravedad de mecánica cuántica (como la teoría de supercuerdas) para contestar estas preguntas fundamentales, tales como si es posible crear agujeros de gusano y si son lo bastante estables como para permitir un viaje interestelar.


Autor: Dr. Michio Kaku
Traductor: Manuel Hermán
Site: mkaku.org

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