Metrica de Alcubierre

Tema: Metrica de Alcubierre Vie 21 Jun 2013, 23:33

Viajes en el espacio tiempo y velocidad warp: la metrica de Alcubierre

El sistema supuesto por Alcubierre para los viajes cósmicos es denominado en inglés "Warp Drive" (el mismo nombre dado en la serie Star Trek — o "Viaje a las estrellas"—), la traducción es: Impulso por deformación o Impulso de Deformación o Distorsión Impulsada, también se encuentran las siguientes traducciones: Impulso de torsión, Impulso Warp, Viaje curvado, Viaje combado, Motor de curvatura e incluso Motor de Impulso Factorial. Todas estas denominaciones dan la noción del principio básico de este hipotético método de viaje "superluminal": en lugar de acelerar un objeto (supongase la cosmonave) a velocidad c o próxima a c se combaría o curvaría el "tejido" del espacio-tiempo de modo que los objetos a donde se viaja se acerquen sin un movimiento de la nave en el sentido usual del término movimiento: más que moverse la nave -en estas hipótesis-, es movido (curvado, "warpeado") el espaciotiempo.

La métrica de Alcubierre tiene como una de sus conclusiones más llamativas la posibilidad de un viaje a mayor velocidad que la luz al crearse una burbuja de deformación plana dentro de la cual se situaría estacionariamente la cosmonave; detrás de la cosmonave el espaciotiempo sería deformado extendiéndole mientras que por contraparte delante de la cosmonave el espaciotiempo sería contraído o contractado poniendo así el punto de destino mucho más cerca, mientras que "detrás" de la nave el espaciotiempo quedaría expandido "empujado" hacia atrás gran cantidad deaños luz, todo esto sin que el espacio y el tiempo dentro de la burbuja de deformación plana en que se hallaría la cosmonave se modificara notoriamente.
En tal caso la nave (para hacer una analogía) "surfearía" sobre una especie de ola espaciotemporal dentro de la "burbuja de deformación plana" que es plana por permanecer estable entre las dos distorsiones (la anterior y la posterior) provocadas en el espaciotiempo (se crearía una distorsión local del espacio-tiempo).
Existirían enormes fuerzas de marea en la región periférica de la supuesta burbuja debidas a las curvaturas provocadas en el espacio-tiempo sin embargo tales fuerzas serían despreciables en el interior de la burbuja dado el carácter plano que allí tendría el espacio-tiempo (véase gráfico).
No se violaría ninguna ley física de las previstas por la teoría de la relatividad ya que dentro de la "burbuja de deformación" nada superaría la velocidad de la luz; la nave no se desplazaría dentro de tal burbuja sino que sería llevada por la misma, la nave dentro de la burbuja nunca viajaría más rápido que un haz de luz.
La nave y sus presuntos tripulantes estarían exentos de sufrir los efectos devastadores provocados por las aceleraciones con sus correspondientes enormes fuerzas g, desaceleraciones o los efectos relativistas como la contracción de Lorentz y la dilatación del tiempo a altas velocidades. Alcubierre ha podido demostrar que incluso cuando la nave está acelerando viaja en una caída libre geodésica.
Sin embargo, el que la burbuja de deformación permita viajes supralumínicos se debe a la posibilidad de que el propio espacio-tiempo en el cual viaja la luz tenga la capacidad de superar la velocidad de la luz.
La Teoría de la Relatividad considera imposible que los objetos viajen a más velocidad que la luz en el espacio-tiempo, pero se desconoce a qué velocidad máxima puede moverse el espacio-tiempo; se hipotetiza que en casi en el instante inicial del Big Bang nuestro universo poseía velocidades exponenciales supralumínicas (Véase Universo inflacionario), se supone asimismo que algunos quásares muy lejanos pueden alcanzar velocidades de recesión translumínicas.
Aquí se introduce otra analogía: existe una velocidad máxima a la cual un objeto puede marchar sobre el suelo ¿pero qué ocurriría si es un suelo móvil —como puede ser una cinta trasportadora— que supera la velocidad de la marcha? Esto supone un cambio en el sistema de coordenadas utilizado como referencia para medir la velocidad. Si el sistema de coordenadas se mueve en la misma dirección del desplazamiento respecto a un segundo sistema de referencia (que debería ser externo al propio espacio-tiempo), el objeto debiera poder incrementar su velocidad indefinidamente respecto del segundo sistema de referencia. Lo que esta analogía plantea es si ¿sería posible "cabalgar sobre un rayo de luz"?
Para crear un dispositivo como la burbuja de deformación que permita el impulso de deformación — explica Alcubierre— se requeriría operar con materia de densidad negativa o materia exótica, creando así con tal materia una burbuja de energía negativa que englobaría a la nave (Véase Dirac, Energía negativa). Según Alcubierre la cantidad de energía negativa sería proporcional a la velocidad de propagación de la burbuja de deformación, verificándose que la distribución de la energía negativa estaría concentrada en una región toroidal perpendicular a la dirección en que se movería la burbuja plana (véase ilustración).
De este modo, dado que la densidad de energía sería negativa se podría viajar a más velocidad que la luz merced al efecto suscitado por la materia exótica. La existencia de la materia exótica no está descartada: antes bien el efecto Casimir parece confirmar la existencia de tal materia; sin embargo producir bastante materia exótica y conservarla para realizar una proeza como el viaje superlumínico plantea los mismos actualmente irresolubles problemas que para mantener estable a un agujero de gusano.
Por otra parte en la Relatividad General primero se específica una distribución plausible de la materia y de la energía para luego encontrar una geometría del espacio-tiempo asociada; si bien es posible operar con las ecuaciones de Einstein primero especificando una métrica y luego encontrando el tensor de energía e impulso asociado a tal métrica (que es lo realizado por Alcubierre), esta práctica significa que la solución podría violar varias condiciones de energía y requerir la materia exótica.
Robert J. Low, en 1999² ha probado que dentro del contexto de la relatividad general y aún en ausencia de la materia exótica es posible construir una burbuja de deformación (los textos en francés utilizan como equivalente de burbuja de deformación las palabras «commande de chaîne»/ pedido de cadena). Una teoría coherente de la gravedad cuántica quizás sirva para resolver estas cuestiones.
En el presente no se conoce ningún método para crear tal burbuja de deformación ni para controlar las torsiones del espacio-tiempo; de momento lo planteado por Alcubierre es una interesante hipótesis netamente matemática rechazada por gran parte de la comunidad científica.