Tal y como está la cosa será mejor que vayamos pensando en ir haciendo las valijas.
¿Sería posible visitar otras estrellas? ¿Qué dice la física al respecto?
Estas son peguntas muy interesantes y lo mejor será que le dediquemos un tiempo a discutirlas.
Así que, sí amigos, vamos a hablar de la posibilidad de los viajes interestelares.
Una visión general del problema
Para afrontar un viaje interestelar hemos de tener en cuenta varias cuestiones que son cruciales para su consecución:
- Las distancias son muy elevadas así que necesitamos un medio de transporte rápido para ir a otras estrellas.
- Tenemos que encontrar una fuente de energía barata y eficiente.
- Una forma de transporte segura y factible.
- El problema de la ingeniería involucrada es muy importante porque evidentemente no se puede dar suministros o ayuda técnica, ni comunicarse tan siquiera, cuando se inicie el viaje.
- Y tenemos que tener totalmente controlada la seguridad de la nave y sus posibles ocupantes.
En muchos de estos puntos la física juega un papel fundamental y en lo que sigue nos iremos ocupando de estos temas.
Velocidad y carga de combustible
Si pretendemos hacer un viaje de este tipo con un sistema de propulsión convencional nos encontramos con una limitación muy grande debido a que hay que cargar mucho combustible.
Entramos en un círculo vicioso, si queremos más aceleración necesitamos más masa de combustible, pero a mayor masa total mayor energía necesitamos para acelerar, pero si necesitamos mayor energía necesitaríamos mayor masa de combustible… y así, un nunca acabar.
De hecho, tenemos lo que se conoce como la ecuación del cohete:
Esta ecuación nos dice que cuanto mayor sea la velocidad que queremos alcanzar mayor tiene que ser la masa de combustible.
La masa final hace referencia a la masa que nos queda después de haber consumido el combustible por un tiempo. Y la U es un factor de eficiencia.
Este resultado nos indica que debemos de buscar alternativas a los propelentes usuales que son escasos y caros.
La relatividad nos pone palos
Aún cuando podamos tener un combustible barato y manejable, tenemos un problema con los efectos relativistas.
Primero tenemos que alcanzar una velocidad comparable a la velocidad de la luz en el vacío ya que esta es un límite para las velocidades que puede tener un objeto con masa. Pero aún así nos encontramos con otro problema:
Resulta que cuanto más incrementamos la velocidad de un objeto más energía necesitamos para seguir acelerándolo. Así que no es nada fácil acelerar un objeto grande y pesado hasta velocidades comparables a la velocidad de la luz.
Por otra parte, tenemos que existen efectos de dilatación temporal. Así que los ocupantes “vivos” de la nave, si se alcanzan velocidades comparables a c, tendrán un envejecimiento diferente al que tendrían en la tierra. Pero aún más, las comunicaciones con la tierra serían complicadas o impracticables debido precisamente al retardo producido por este efecto y a que la distancia se incrementaría muy rápidamente.
Es decir, los componentes de la misión estarían esencialmente aislados.
El universo no es un lugar seguro
Por ahí fuera, a una temperatura de alrededor de 3K (bastante fresquito), el ambiente no es muy agradable. Los problemas que se puede encontrar una misión de este tipo son variados:
- Una nave a una alta velocidad sería muy vulnerable al impacto de cualquier objeto por pequeño que fuese. Esto comprometería la estructura de la nave y la seguridad de la tripulación.
- Por ahí fuera nos podemos encontrar con radiaciones muy intensas.
- Aislar una nave de tales radiaciones no es un problema trivial. Un bombardeo masivo de radiación sobre la nave la podría convertir literalmente en un pedazo radiactivo volante.
- Estar dentro no sería del todo conveniente. En la tierra estamos libres de estos efectos por el campo magnético terrestre. Pero en una nave tales campos serían muy intensos y no serían fáciles de conseguir o mantener.
- ¿Qué pasa si algo falla a nivel técnico? Pues se deberían de diseñar sistemas de autoreparación, ¿nanobots, nanotecnología?. Esta es una formidable cuestión para la ingeniería.
- El plasma debido a la fusión se eyecta de la nave para propulsarla. Lo que lleva al problema de que se pierde material fisionable en el proceso.
- La fisión se produce en vasijas cerradas que se enfrían con hidrógeno que es expulsado para la propulsión.
- FUSIÓNEsta alternativa esta basada en la idea de fusionar elementos ligeros. Pero los problemas técnicos son formidables, a día de hoy no hay resultados de fusión fría eficiente.El principal problema es el de generar y mantener la reacción. Confinar los productos mediante campos magnéticos muy intensos requiere mucha energía y alta sofistificación técnica.ANIQUILACIÓN MATERIA/ANTIMATERIAEs bien conocido que la materia y la antimateria tienen tendencia a aniquilarse y producir energía. De hecho, la eficiencia de este proceso es del 100% (bajo ciertas condiciones).El problema es que crear antimateria no es ni barato ni fácil. Y aunque pudiéramos crear antimateria de forma apreciable (un par de kilos serían suficientes y ahora se producen 2 nanogramos por año) no sabemos como confinarla de forma estable y duradera.RECOLECTANDO HIDRÓGENO
La idea es la de colectar hidrógeno a través de un sistema de campos magnéticos del propio espacio interestelar. El problema es que la densidad de hidrógeno en el espacio es muy baja (en regiones vacías) y se necesitaría barrer un espacio depara obtener un gramo de hidrógeno.
Se recolecta hidrógeno, y se expulsan los residuos de la fusión. La ventaja es que no hay que cargar combustible. La dificultad es que no hay mucho hidrógeno suelto por ahí fuera.Y si usamos el espaciotiempo
Hasta ahora hemos discutido diferentes formas de propulsarse usando materia/energía. Sin embargo, puede que la solución sea entender mejor el espaciotiempo para tener la opción de modificarlo de tal forma que el viaje interestelar sea viable. Hay algunas propuestas:Espaciotiempo de Alcubierre
En esta opción, lo que se propone es comprimir el espaciotiempo en la parte frontal de la nave y expandirlo detrás. Eso crearía una burbuja en el espaciotiempo (que contendría la nave) que literalmente se podría propagar a una velocidad superior a la de la luz (visto desde un observador externo).El problema aquí reside en el hecho de que para generar esta burbuja hace falta materia/energía con unas propiedades exóticas. Su energía tiene que ser negativa. Pero además de que no conocemos ningún tipo de materia que actúe así, hay otros detalles:- Dirigir la burbuja sería imposible.
- No está claro si esto sería estable durante mucho tiempo debido a efectos cuánticos.
AGUJEROS DE GUSANOEstos bichos, que tienen sentido dentro de Relatividad General, son, literalmente, túneles que conectan dos puntos distintos del espaciotiempo.
Uno entraría por una de las bocas y saldría por la otra. Básicamente podríamos elegir la otra boca en el punto espaciotemporal que quisieramos, por lo tanto el viaje sería “instantáneo” sin violar la relatividad en ningún momento.Pero…- Deberíamos de crear el agujero de gusano aquí. Esto, evidentemente, no tenemos ni idea de cómo hacerlo.
- Una de las bocas la deberíamos de llevar al sitio de destino, con lo cual sería un poco desastre porque tendríamos todos los problemas que estamos comentando.
- No se sabe si estos agujeros son estables y todo parece indicar que necesitan también de materia/energía exótica para mantenerse y no colapsar a una singularidad.
Al final lo conseguiremos.
Nos seguimos leyendo…
¿Cómo nos propulsamos?
Evidentemente no podemos usar los cohetes actuales que se propulsan por combustibles químicos. No son eficientes, no son baratos, y no podemos llevar tal cantidad de combustible.
Veamos las propuestas que hay encima de la mesa:
FISIÓN
La idea es usar reacciones nucleares de fisión para calentar hidrógeno y expulsarlo. O bien, mediante campos electromagnéticos, acelerar los productos de la fisión y expulsarlos para propulsarse.
Este método tiene dos problemas, en el primer caso es poco eficiente y muy caro y en el segundo se está jugando con elementos muy radiactivos. Mal asunto.
Otra opción de este tipo es tener el material fisionable en forma gaseosa o líquida. En este caso tenemos dos opciones:
a) Trabajar en ciclo abierto:
b) Trabajar en ciclo cerrado:
