07/May/08

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¿Qué pueden enseñarnos las películas sobre los viajes espaciales?

Nuestro físico de cine residente enfrenta la frontera final

El Planeta de los Simios y la teoría de la relatividad especial de Einstein

¿Recuerda esa obra maestra de ciencia ficción de los '60, El Planeta de los Simios original? ¡En esa ahora clásica película de culto un grupo de astronautas viaja al futuro distante de la Tierra donde "gobiernan los simios"! Mientras está allí, Charlton Heston masca el decorado y, más importante, nos muestra un muy buen ejemplo de cómo la teoría especial de relatividad de Einstein hace de los viajes espaciales un desafío. En la película los astronautas han viajando durante un año y medio en su marco de la referencia; mientras tanto pasaron 2.000 años sobre la Tierra. De acuerdo con las reglas de la relatividad especial ésta es una situación objetiva. ¿Pero cómo puede serlo? Es en realidad una consecuencia natural de la observación de que la velocidad de luz (c) es constante a pesar del marco de referencia desde el cual uno la mide. A través de una serie de pasos lógicos, Einstein razonó que esto significaba que la cantidad de tiempo que pasa entre los eventos depende del marco de la referencia desde el cual uno los observa.

De acuerdo con la relatividad especial, cualquier cosa con masa siempre se desplazará a una velocidad menor que la luz, pero si se acerca lo suficiente entonces comienza la dilatación del tiempo para alzar su (¿siniestro?) rostro. La ecuación de la dilatación del tiempo puede ser expresada de la siguiente manera:

T.nave = T.tierra (1-v2 / c2) 1/2

Usando esta ecuación, se puede mostrar que la nave debe haber estado viajando a una velocidad promedio de v = 0,9999997c en comparación con la Tierra para lograr esa cantidad de dilatación de tiempo.

Entonces, mientras que en teoría es posible llegar a algún lugar rápidamente en una nave espacial si viaja a una velocidad muy cercana a c, cuando llega a destino apenas podrá ponerse de acuerdo sobre qué hora es, qué año es, o quién es el presidente. Sus hijos bien pueden ser más viejos que usted cuando regrese. Esto podría ser sumamente inconveniente, por no decir más.

La Saga de Star Wars Continúa

Star Wars es básicamente una serie de aventuras de capa y espada en el espacio. Estas películas no le prestan mucha atención a la "ciencia" en la ciencia ficción y violan muchos principios físicos simples. Un ejemplo obvio y notable (demasiado común en la ciencia ficción del cine) es el continuo bombardeo de nuestros sentidos con el "ruido de los fenómenos en el espacio". Todos sabemos que el sonido no se transmite a través de un vacío; sin embargo en cada escena espacial, particularmente siempre que haya una batalla, nos ofrecen una variedad de 'whoosh', 'ziiip', 'screech' y 'crash' mientras los diversos cruceros y naves de combate disparan su siguiente ráfaga de proyectiles.

Sin embargo, George Lucas y su equipo de autores reconocen que para viajar muy, pero muy lejos en una galaxia (sin experimentar los efectos de la dilatación del tiempo) deben tener una manera de llegar a todos lados rápidamente. Entran los "Hyperdrive". Usando los HD, los vehículos espaciales pueden recorrer grandes distancias a través de la galaxia muy rápidamente. Y mientras el HD nunca es explicado de ninguna manera, y apenas es un dispositivo necesario en la trama, quizás podemos tratar de justificar su existencia usando la teoría de relatividad general de Einstein. Miremos a continuación una película de ciencia ficción donde ellos hacen el intento.

Horizonte Final (Event Horizon) y el horror de la relatividad general

En la película de ciencia ficción y horror Horizonte Final (Event Horizon), Sam Neill como el mentalmente inestable Dr. Weir, ilustra cómo se podrían evitar las limitaciones de la relatividad especial con la siguiente demostración clásica: el Dr. Weir toma un trozo de papel plano y marca dos puntos en los extremos opuestos de forma que estén tan alejados como sea posible. Entonces dobla el papel para que los dos puntos se acerquen. Explica que si de algún modo pudiéramos hacer eso con el propio espacio, y si pudiéramos saltar entonces el atajo, viajaríamos a grandes distancias a través de la galaxia en muy poco tiempo sin violar el límite de velocidad de la teoría especial de relatividad, menor a c. Bien, el Dr. Weir puede estar loco pero no es estúpido. Obviamente comprende algo sobre la relatividad general.

La relatividad general dice que la masa realmente dobla el espacio-tiempo, y por lo tanto sería teóricamente posible (si se pudiera crear un campo gravitacional lo bastante grande) poner lugares distantes en el espacio-tiempo mucho más cercanos.

Suena prometedor. Sin embargo todavía tenemos un par de grandes problemas. Uno: cualquier campo gravitatorio lo bastante poderoso para hacer eso destruiría totalmente su nave espacial. Dos: es bastante incomprensible imaginar cómo podríamos producir la enorme cantidad de energía necesaria. Tres: a menos que se pueda encontrar una manera de conectar los dos puntos, bien podría no haber acabado con los problemas. Sin embargo la condenada nave estelar de Horizonte del Evento logra hacerlo. Por desgracia termina en una región de "caos puro", fuera del universo conocido donde suceden muchas cosas desagradables y espantosas a la tripulación.

Star Trek - Espacio Profundo Nueve tiene un agujero de gusano

La relatividad general permite cosas denominadas agujeros de gusano que puede formarse cuando dos agujeros negros microscópicos se unen y conectan dos puntos diferentes en el espacio y el tiempo, como los dos puntos en el papel a bordo de Horizonte del Evento.

En la serie de televisión Star Trek Espacio Profundo Nueve, los autores incorporan la idea como un importante tema de la trama. Cerca de la estación espacial hay un gigantesco agujero de gusano que conecta lugares distantes de la galaxia. ¿Es éste un escenario posible? ¿Y podrían los viajeros espaciales crear de algún modo un "sistema de propulsión" que funcione generando agujeros de gusano y formando puentes hasta las regiones distantes del universo? Tal vez. Pero no pronto.

El hecho de que los agujeros de gusano son en realidad singularidades microscópicas podría ser un asunto difícil con que lidiar. Y el hecho de que existen durante apenas unas fracciones infinitesimales de segundo haría difícil cruzar uno antes de ser aplastado a muerte en uno de los agujeros negros componentes. De modo que no usaremos los agujeros de gusanos para pasear. Tampoco doblemos el espacio, podríamos lastimarnos. ¡Es tiempo de ir a "Velocidad Warp"!

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Mientras gran parte de lo que se ve en los varios derivados y películas que constituyen el fenómeno Star Trek podría ser una física imposible, justificada por una indescifrable tecno-jerga, los autores hacen un loable trabajo tratando de incorporar los verdaderos principios de física cuando pueden. Reconocemos su esfuerzo en este caso. En lugar de alzar las manos simplemente, en realidad a menudo ponen en circulación ideas interesantes de las muy especulativas vanguardias de las teorías físicas modernas en un intento de justificar alguna estratagema técnica de la trama. Esto es interesante en Star Trek, y es apenas una sorpresa que desde sus mismos comienzos nuestro Star Trek amado instituyó el "warp drive" para pasear por la galaxia. ¿Cómo podría funcionar?

La relatividad general sugiere que, además de curvar el espacio, también sería posible ampliarlo y reducirlo usando energía gravitacional. Antes, en PopSci, hablamos del concepto del (muy especulativo y totalmente teórico) "Alcubierre drive". El físico Alcubierre emplea las ecuaciones de la relatividad para mostrar cómo se podría imaginar un dispositivo con la capacidad de expandir el espacio detrás de una nave, mientras lo contrae por delante y por lo tanto acorta enormemente un viaje entre dos puntos originalmente distantes en el espacio.

Para hacerlo sin embargo, necesitamos utilizar energía "exótica" o negativa, una tipo de gravedad repulsiva. Ahora, la gravedad como la experimentamos siempre existe como una fuerza de atracción entre masas. La energía negativa resultaría en que las masas se repelen. ¿Podría existir tal cosa? Uno no habla mucho sobre esto en la clase introductoria de física, indudablemente. Sin embargo, en los últimos años los astrónomos han descubierto que el ritmo de expansión del universo en realidad está aumentando. Bajo circunstancias normales esperaríamos que el ritmo de expansión disminuyera debido a que todas las masas que se atraen. ¿Podría atribuirse esta aceleración de la expansión a la energía negativa? Podemos esperarlo.

Y podemos consolarnos con la idea de que el "warp drive" podría ser en realidad el "Alcubierre drive" llevado a cabo por las generaciones futuras.

Battlestar Galactica: una "Space Opera"

La muy popular serie de televisión Battlestar Galactica es la manifestación más actual de la aventura espacial. La serie que ocurre en el espacio sigue a los últimos supervivientes de la humanidad mientras vagan por la galaxia para huir de los despiadados "Cylons" que, después de volverse en contra de los creadores humanos, intentan ahora destruirlos.

Como en nuestros ejemplos previos, Galactica distingue entre el viaje a velocidades sub-luz, y un "salto de hyper-luz". Cuando necesitan llegar rápidamente a algún lugar, el Comandante Adama ordena que el FTL (faster than light) entre en acción. En un salto hyper-luz la nave puede moverse casi instantáneamente de una región del espacio a otra. Aplicando lo que hemos hablado sobre la relatividad general, podríamos conjeturar que un "salto" consiste en combar el espacio-tiempo y conectar las regiones inicialmente distantes con un agujero de gusano fabricado artificialmente. Si sólo pudieran obtener la increíble cantidad de energía que el FTL necesita, podrían usarla como un arma para destruir a los Cylons.

Lo que interesa aquí es que la tripulación de Galactica no está segura de dónde van a terminar exactamente después de ejecutar un salto. Eso resulta en un buen drama. Podría ser difícil calcular cómo conectar unas específicas regiones distantes en el espacio-tiempo bajo presión. Galactica tiene un consejero científico; no significa que la física no sea ocasionalmente dejada de lado por el bien de un buen efecto o de una convención conveniente (por ejemplo: como en la mayoría de los viajes espaciales en la ciencia ficción tenemos que suponer algún método desconocido para producir gravedad artificial en la nave para que los personajes puedan caminar, y sí, en Galactica todavía hay sonido en el espacio aunque mucho más apagado que en las rimbombantes películas de Star Wars), pero resulta en algunos momentos de física con interesante precisión en la serie. Búsquelos.

Fuente: PopSci. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard