¿Viajamos a las estrellas?


Tal y como está la cosa será mejor que vayamos pensando en ir haciendo las maletas.  Pero, tal y como está la cosa, insisto, es mejor que vayamos pensando en ir hacia sitios un pelín más alejados que Alemania.

¿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:

  1. Las distancias son muy elevadas así que necesitamos un medio de transporte rápido para ir a otras estrellas.
  2. Tenemos que  encontrar una fuente de energía barata y eficiente.
  3. Una forma de transporte segura y factible.
  4. 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.
  5. 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:

\dfrac{M_{inicial}}{M_{final}}=e^{Velocidad \times U}

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 pegas

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.

¿Un Gran Hermano a lo bestia?

  El aislamiento supondría otro problema, este ya a nivel psicológico y sociológico.

¿Cómo sería hacer un viaje de una década con un mismo grupo de personas?

¿Cómo se soportaría la noción de aislamiento total?

¿Cómo se soportaría vivir en ingravidez durante tanto tiempo?  Ya es sabido que los astronautas tienen perdida de densidad osea y de tono muscular, lo cual sería un desastre si luego tienen que poner pie en algún planeta por ahí perdido.

Otro detalle sería el aburrimiento y las relaciones personales:

Pero mejor no entremos en esos delicados temas.

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.

¿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:

  • El plasma debido a la fusión se ejecta de la nave para propulsarla. Lo que lleva al problema de que se pierde material fisionable en el proceso.

b) Trabajar en ciclo cerrado:

  • La fisión se produce en vasijas cerradas que se enfrían con hidrógeno que es expulsado para la propulsión.

FUSIÓN

Esta 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/ANTIMATERIA

Es 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 de 10^{18}cm^3 para 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:

  1. Dirigir la burbuja sería imposible.
  2. No está claro si esto sería estable durante mucho tiempo debido a efectos cuánticos.

AGUJEROS DE GUSANO

Estos 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.

Referencias

En la red se pueden encontrar muchas referencias sobre estos temas. Pero uno tiene que ser cuidadoso de decidir cuales son fuentes fiables y cuales no.

Un libro para empezar es:

Field propulsion system for space travel

Lo que no deja de ser curioso es que todavía no hemos realizado ningún viaje de este tipo pero ya en 1978 se plantaban el comercio interestelar:

The theory of the interstellar trade. Paul Krugman

Al final lo conseguiremos.

Nos seguimos leyendo…

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23 Respuestas a “¿Viajamos a las estrellas?

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  2. Velas solares?

    • Eso estaría bien cerca del sol. Pero para ir de una estrella a otra no funcionaría porque no habría suficiente densidad de fotones impactando contra las velas. Así que este método no sería efectivo.

  3. Siendo las conciencias humanas básicamente información, datos, y siendo las conciencias las que distinguen a una persona, más allá de su componente corporal, cuando, en algún momento, sea posible hacer copias de respaldo fiables de nuestras conciencias, y estas puedan hacer uso de cuerpos, que no necesariamente tendrían porque ser similares al de origen, cosas como la Terraformación de Marte, por ejemplo, se volverían inecesarias, bastaría con hacer uso de cuerpos diseñados especificamente para las condiciones de Marte, y lo mismo para cualquier otro planeta, sea cual sea (la cantidad de planetas que se podría conciderar habitables se multiplicaría de este modo). Una nave espacial ya no tendría porque transportar cuerpos, solo el equipo necesario para hacer uso de los materiales disponibles en el planeta visitado para crear cuerpos adaptados a su medio, con las características se se requieran, y los sistemas de telecomunicación para transmitir y/o recibir a las conciencias que deseen adoptar alguno de esos cuerpos y actuar en dicho planeta. De este modo, la masa total de estas naves se reduciría conciderablemente. El primer viaje, el de la nave, sería el más tardado, despues, las conciencias podrían viajar por telecomunicación, a la velocidad de la luz. Lo ideal sería que ese sistema de telecomunicación pudiera ser instantaneo, pero bueno, ¿quién sabe si en algún momento eso fuera posible? Ya se que según las teorías comprobadas hasta el momento, la respuesta es: “NO”.

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  5. Ante todo, daros al conjunto de Cuentos Cuánticos mi mas sincera enhorabuena, hace ya un tiempo que os disfruto, tratando de entender lo máximo posible vuestros amenos e interesantísimos artículos; muchas gracias por vuestra dedicación y empeño.
    En cuanto al artículo, quizás sea mejor pensar primero el planeta, y después, con más tiempo, buscar las soluciones a las cuestiones que planteas en el escrito.
    Os escribo desde Camboya, donde estoy viviendo, para mostrar mi más profunda preocupación por el trato que se le está dando a la ciencia en nuestro país, que cuando leo en la página de “Tecnología Obsoleta” los artículos que Alejandro escribe, pareciera que el pasado nos persigue.
    Un cordial saludo para Cuentos Cuánticos y sus lectores.

  6. Me ha encantado la entrada :D. Ha sido fascinante. Enhorabuena y muchas gracias por compartir esto con nosotros.

  7. Muy interesante, pero por ahora es ciencia-ficción. Para que algo así se construya, pueden pasar décadas. La NASA esta tocada y semi hundida, los rusos tienen potencial e ideas pero no tienen la pasta. Que nos queda? India o China? Me sabe mal, pero como ya he dicho es ciencia-ficción (y muy bonita). No obstante, podrías haber hablado sobre la propulsión eléctrica (y sus variantes), que ahora mismo es lo único que tenemos a mano.

    P.D. Lo de GH, para enmarcarlo xD

  8. Se me ocurre una pregunta, si al viajar al a velocidad del sonido, hay un boom sonico por dejar atras las ondas de sonido. Al viajar ala velocidad de la luz, que efecto se daría? (Supongo que el tipico efecto de lente, pero algo mas? un boom luminico?)

  9. Completito, pero nunca te perdonaré las dos fotos de la Milá ;P Debe existir una energía del punto cero si te acercas lo suficiente a la Milá, podríamos aprovecharla para impulsar naves espaciales.

  10. Pingback: Exploración espacial | Annotary

  11. Vaya tonteria

  12. En resumen, va a ser que no, maldita relatividad…
    Fisión, quizá como solución temporal, la NASA creo que andaba en ello: “http://www.theregister.co.uk/2013/04/10/nasa_fusion_engine_fast_mars_trip/”

    La mejor apuesta (desde mis inexpertos ojos), fusion fria y antimateria (a largo plazo).

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