La Métrica de Alcubierre y el sueño de un viaje interestelar

Por Elías Cobá

Miguel Alcubierre es un físico mexicano que inspirado por Star Trek publicó su artículo “The warp drive: hyper-fast travel within general relativity” en 1995, abriendo una posibilidad teórica para el viaje interestelar denominada “Métrica de Alcubierre”.

Miguel Alcubierre. Créditos: Campus Party Mexico powered by MoviStar (alviseni), CC BY 2.0, via Wikimedia Commons.
Miguel Alcubierre. Créditos: Campus Party Mexico powered by MoviStar (alviseni), CC BY 2.0, via Wikimedia Commons.

Miguel Alcubierre, actualmente Director del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM (desde 2012), es un físico mexicano con licenciatura y maestría cursadas en la Facultad de ciencias de la UNAM, y doctorado en la en la Universidad de Gales, Reino Unido (1994).

Sus áreas de especialización son la teoría de gravitación y teorías alternativas de la gravedad, abarcando desde agujeros negros hasta ondas gravitacionales y materia obscura.

Entendiendo la Métrica de Alcubierre

Cuando se estudia la Teoría de la Relatividad Especial aprendemos que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Este concepto es verdadero dentro de los márgenes de la Relatividad Especial y de la Relatividad General, no obstante, debemos ser más precisos: En la Teoría de la Relatividad Especial, nada puede viajar localmente más rápido que la velocidad de la luz, pero ¿Esto qué es lo que quiere decir? Sencillo: en el espacio mismo, nada puede viajar más rápido que la propia luz; no obstante, Miguel Alcubierre, tras ver la serie de Star Trek (Sí, esa misma donde se realizan los hipersaltos), se da cuenta que quizás podría existir una manera de poder viajar más rápido que la luz sin violar el segundo postulado de Einstein de la Relatividad Especial, el cual nos dice:

La luz siempre se propaga en el vacío con una velocidad constante C que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor y del estado de movimiento del observador

Sí bien, la teoría de Relatividad Especial nos menciona que nada puede moverse más rápido que la luz en el espacio, nada nos limita en esta misma a que el propio espacio pueda moverse a una velocidad mucho mayor que la de la luz ¿Ahora se entiende mejor a donde vamos con ello? Precisamente, Alcubierre propone desplazar el espacio mismo para poder movernos junto con él y no en él; a esta idea se le conoce como Métrica de Alcubierre.

Esta idea no es nada descabellada, sí nos ponemos muy rigurosos con el análisis, puesto que la expansión misma del Universo sigue este principio mismo: las galaxias se alejan cada vez más y más unas de otras a una velocidad mayor que la de la luz y no precisamente porque se estén movimiento por el espacio a una velocidad mayor que esta última, sino que las distancias entre ellas se hacen cada vez más grandes de manera exponencial. Las galaxias realmente no “se mueven” es el espacio-tiempo mismo que se está expandiendo entre ellas y esta expansión por su puesto puede ser mucho mayor que la velocidad de la luz.

Del mismo modo, es posible emplear la contracción del espacio-tiempo para acercarnos a objetos a cualquier velocidad. Esta es la base de la métrica, crear una distorsión local del espacio-tiempo que produciría una expansión detrás de una teórica nave espacial y una contracción opuesta delante de ella, creando una especie de burbuja de espacio-tiempo. A este impulso Alcubierre le llamó “Impulso por Curvatura” debido a la distorsión misma del espacio-tiempo.

Las ecuaciones propuestas implican no solo que la nave espacial se mueva en una curva similar al tiempo, sino que su tiempo propio es igual al tiempo coordinado. Dado que el tiempo coordinado también es igual al tiempo propio de los observadores distantes en la región plana, concluimos que la nave espacial no sufre dilatación del tiempo a medida que se mueve.

Realizando los cálculos correspondientes nos percatamos que la métrica viola las tres condiciones de energía (débil, dominante y fuerte), esto se debe a que se obtiene una expresión negativa para la densidad de energía, lo que implica que estas condiciones de energía son violadas y por lo tanto, se precisa de materia exótica para poder viajar más rápido que la velocidad de la luz. Por este motivo, el Impulso por Curvatura (O motor Warp Drive) a la fecha no es posible. Sin embargo, la teoría cuántica campos permite la existencia de densidades de energía negativa en circunstancias especiales (por ejemplo, el efecto Casimir).

Les Bossinas (Cortez III Service Corp.), Public domain, via Wikimedia Commons
Les Bossinas (Cortez III Service Corp.), Public domain, via Wikimedia Commons

El motor warp

Este motor tendría implicaciones enormes en el área de los vuelos espaciales y sobre todo en los interestelares, debido a que podríamos llegar a cuerpos celestes a literalmente distancias colosales (en el margen de los cientos de años luz) en cuestión de horas u inclusive, de minutos, sin sufrir los efectos relativista de viajar a grandes velocidades, por lo cual nuestro tiempo no se vería afectado en lo absoluto, y esto a su vez nos permitiría una exploración espacial más profunda, y quién sabe, colonizar futuros exoplanetas en estrellas muy lejanas.

referencias