El físico y divulgador Michio Kaku escribe en «El futuro de la sociedad» cómo sería un porvenir en el que el humano viajase a diferentes estrellas. Trata de viajes realizados debido a propulsores de fusión, motores de antimateria y agujeros de gusano
La vehículo espacial que mayor separación ha viajado está en algún lugar de la constelación de Ofiuco. Puede ser la Voyager 1, una vetusta sonda que fue lanzada el 5 de septiembre de 1977 y que incluso sigue funcionando, según dijeron varios de sus creadores, debido a que no tiene ordenadores a bordo. Está tan lejos, que la luz del Sol tarda en llegar hasta ella 20 horas, cuatro minutos y 35 segundos, cuando la luz de nuestro sol solo tarda ocho minutos y 20 segundos en llegar a la Tierra.
Puede parecer que la Voyager 1 ha llegado muy lejos, pero solo si no recordamos que los límites teóricos del Sistema Solar están a una separación de un año luz. O si no poseemos en narra que la estrella más proxima, Cercana Centauri, se encuentra a en torno de 4,24 años luz. La Voyager 1 requeriría 90.000 años para llegar hasta ella a su velocidad actual. Es cierto que esta no es una nave sobre todo veloz, pero los vehículos más rápidos de todos los tiempos necesitarían milenios para llegar hasta nuestra vecina galáctica.
La necesidad de viajar a los astros
El divulgador y físico Michio Kaku se plantea si en algún momento estas distancias podrían acortarse, y si el hombre podría llegar a pisar mundos alrededor a estrellas diferentes al Sol. En «El futuro de la sociedad» (Debate) dibuja un futuro en el que la sociedad quizá tenga que dejar atrás la Tierra no por curiosidad y anhelo de conocimiento, sino por sencillo supervivencia.
La historia del mundo muestra que cada determinado tiempo ocurren erupciones volcánicas, asteroides y extinciones masivas. ¿Qué haremos cuando ocurra? ¿No tendriamos que tratar de colonizar diferentes planetas? Por ello, explica varias tecnologías futuristas pero factibles que podrían usarse para colonizar Marte, prolongar la longevidad y edificar robots autorreplicantes.
Michio Kaku destina uno de los capítulos a las naves y a los propulsores interestelares. Ninguno de ellos ha despegado del papel, pero todos son, hoy por hoy, los ingenios más factibles para la complicado empresa de superar la barrera marcada por la enormidad del Cosmos y la finitud de nuestras vidas.
De entrada, este divulgador deja claro que la solución más fácil, que sería edificar un cohetes enorme, sería imposible. «Requeriría un volumen de combustible directamente exponencial a su velocidad, y un cohete químico no puede cargar bastante combustible para un viaje de esa separación», escribe Kaku.
1. Lo más realista, el disparo interestelar
Por lo tanto, ¿cómo llegaremos tan lejos? ¿El cine nos esta dando indicios? Casi cualquier película de ciencia ficción muestra relucientes y hermosas naves espaciales, con amplios habitáculos y todo tipo de lujos y comodidades (incluyendo fuentes propias de gravedad, duchas o piscinas). Las cintas más oscuras y terroríficas apuestan por buques más grasientos y repletos de tuberías, pero igualmente grandes y profundos, parecidas a colosales petroleros. Pero la verdad es que tanto unas como diferentes poco deben de ver con las claustrofóbicas cápsulas espaciales de las Soyuz, o con el humilde interior de la Estación Espacial Internacional, tan pequeño, diáfano, incómodo y (a simple vista) ingrávido.
Así que, ¿qué debemos esperar? ¿Cómo serán las primeras naves capaces de llevarnos a diferentes estrellas? Según escribe Michio Kaku en «El futuro de la sociedad», «en términos realistas, nuestras primeras naves interestelares no estarán tripuladas y no se parecerán en nada a los grandes y brillantes vehículos que se muestran en las películas. En realidad, puede que no sean mayores que un sello de correos».
Kaku alude al plan Breaktrough Starshot, respaldado por Stephen Hawking, Yuri Milner o Mark Zuckerberg, y que, desde 2016, propone desarrollar «nanonaves». Estas estarían compuestas por sofisticadísimos chips instalados en velas estelares y que se moverían gracias al empuje creado por una poderosa fuente de rayos láser colocada en la Tierra.
100 gigavatios y una vela láser
Cada uno de estos chips tendría la dimensión de un pulgar, pesaría unos 25 gramos y contendría miles de millones de transistores. Según manifestó Hawking, una inversión de 10.000 millones de dólares bastaría para que, en únicamente una generación, se pudiesen mandar estas pequeñas sondas hasta Alfa Centauri. Según sus cálculos, una potencia de 100.000 millones de vatios bastaría para incrementar la velocidad una de estas velas a un quinto de la velocidad de la luz, y cubrir esta separación en 20 años.
La gran ventaja de este plan es que su precio no es desorbitado (sobre todo si recordamos que cada vuelo de las lanzaderas espaciales costaba casi mil millones de dólares) y que se basa en una tecnología relativamente actual. La técnica ya permite empaquetar los chips de forma espectacular y a bajo coste.
Un inconveniente aparte es edificar la batería de los láseres y satisfacer sus solicitudes energéticas. Si una planta nuclear produce un millón de vatios de potencia, haría falta una potencia 100.000 veces mayor para propulsar la vela hasta Alfa Centauri.
Según aclara Michio Kaku, una solución para este cuello de botella sería desarrollar nuevas fuentes de energía o edificar la batería de láseres en la luna, a excepto del efecto amortiguador de la atmósfera terrestre. Otra dificultad sería lograr la precisión bastante como para apuntar a las velas y bombardealas durante por lo menos 2 minutos, tal como se requiere. El más mínimo desvío de la vela haría que la misión fracasase.
2. Izad las velas… solares
En verdad, las velas láser son únicamente una variante de las velas solares, unos aparatos que aprovechan el diminuto empuje del viento solar, compuesto por fotones y diferentes partículas de alta energía, como si se tratase de una brisa marinera. «En realidad –escribe Michio Kaku– múltiples de las ecuaciones que se emplean para guiar barcos de vela se pueden aplicar además a las velas solares en el cosmos exterior».
Pero un instante, ¿la luz empuja? Johannes Kepler vió este efecto cuando comprobó que las colas de los cometas continuamente apuntan en dirección contraria al Sol. Julio Verne imaginó un futuro en que «poseeremos velocidades mucho mayores, cuyo agente mecánico será quizá la luz o la electricidad».
Parece que los pronosticos de Verne se encuentran en camino de cumplirse. La NASA ya ha hecho varios intentos para usar velas solares (si bien ha perdido el interés por ellas) y, en 2010, la agencia espacial japonesa (JAXA) desplegó un satélite, denominado IKAROS, equipado con una vela de 14×14 metros y que fue capaz de llegar a Venus en solamente seis meses gracias al empuje del Sol.
Según los cálculos del físico Geoffrey Landis, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), una vela capaz de llegar a Alfa Centauri tendría que estar compuesto por una capa ultrafina de un material parecido al diamante con centenares de kilómetros de largo. Formaría porción de una nave colosal, de un millón de toneladas, y requeriría cantidades de recursos completamente ingentes. A bordo, viajarían varias generaciones de tripulantes dispuestos a emprender un viaje de dos siglos. Por si acaso esto queda muy lejos, Landis está trabajando en la vela del plan Breaktrhough Starshot. Quedémonos en los chips, por el instante.
3. Motores iónicos
Si encendiéramos un cohete espacial en el interior de un laboratorio, en cuestión de una parte de segundo de nosotros solo quedaría el recuerdo. Estos propulsores, que podrían ser de combustible líquido o sólido, se caracterizan por generar mucho empuje durante un tiempo muy corto. Pero hay diferentes conceptos, como el motor iónico, que generan un empuje escaso pero durante un tiempo muy largo.
¿Qué ocurriría si encendiéramos un motor iónico, como el utilizado en la misión BepiColombo, en un laboratorio? «El empuje de los motores iónicos es tan con desesperación pequeño que, cuando se enciende, parece que no sucede nada», escribe Michio Kaku en «El futuro de la sociedad».
Estos motores funcionan arrancándole los electrones a un gas, como el xenón, para producir iones. Mas tarde, su fucionamiento consiste en incrementar la velocidad estos iones para expulsarlos al exterior, por medio de un campo eléctrico. El resultado es que obtenemos un vehículo con muy poca aceleración pero capaz de recorrer colosales distancias.
Tal como alude Michio Kaku, otra opción es ionizar el gas por medio de microondas u ondas de radio y incrementar la velocidad sus iones mas tarde. Esto se denomina motor de plasma y, en hipotesis, «podría disminuir la duración del viaje a Marte de nueve meses a menos de 40 días». El inconveniente de este concepto es que, para un viaje interplanetario, requiere tanta electricidad como la generada por una planta nuclear.
Con todo, y teniendo en cuenta el trabajo de desarrollo que ya se ha hecho, según Kaku «lo más posible es que, a finales de este siglo, los motores iónicos sean la columna vertebral de las expediciones interplanetarias».
4. Cohetes de fusión
Las velas solares y los motores iónicos son sólidos y fiables. Pero, en un futuro, es factible que se aprovechen bocetos que hoy son exageradamente caros pero que poseen una base física sólida y factible. Por lo menos en hipotesis.
Uno de estos bocetos es el de los cohetes de fusión. Consisten en liberar el poder de la fusión para, como ejemplo, calentar un líquido que mas tarde se deja salir por un tubo. El principal inconveniente es que requieren poder confinar el combustible en un campo magnético, porque este se calienta tanto que destruiría cualquier material.
En el presente, el primer reactor experimental de fusión (ITER, iniciales en inglés de Reactor Termonuclear Experimental Internacional) no empezará a funcionar hasta 2035, por lo menos, y tras una inversión de 12.000 millones de euros. En hipotesis, porque aun no se ha solucionado el inconveniente de cómo confinar el poder de la fusión. «Afirmamos que introduciremos el Sol en una caja –en su corazón se producen las reacciones de fusión nuclear con las que se alimenta y nos ilumina–. El plan es bonita. El inconveniente es que no conocemos cómo realizar la caja», manifestó el Nobel Pierre-Gilles de Genes.
Fusión láser
Otra opción es el confinamiento inercial. Esta idea se basa en la fusión láser, en la que una sucesión de descomunales rayos comprimirían una reducida bola de material rico en hidrógeno con el que arrancar la fusión.
«Como idea, el cohete de fusión nuclear es un concepto sólido, pero la energía producida por la fusión no está demostrada», escribe Michio Kaku. «asimismo, la dimensión y la complejidad de estos hipotéticos cohetes arroja dudas sobre su viabilidad, por lo menos en este siglo. Pese a todo, al lado con las velas solares, el cohete de fusión parece lo más prometedor», concluye el divulgador.
¿Por qué no pensar a lo grande? ¿Por qué no realizar realidad los motores de antimateria de Star Trek? A fin de cuentas, estos utilizarían la mayor fuente de energía del Cosmos: la transformación directa de materia en energía por medio de colisiones entre materia y antimateria.
Tal como alude Michio Kaku, la antimateria tiene la carga contraria de la materia. Cuando ambas chocan, quedan aniquiladas y se transforman en energía pura, con un 100 por cien de eficiencia.
Pero, ¿cómo impulsarían una nave? «(La antimateria) se almacenaría en recipientes de seguridad y se introduciría en una cámara en corrientes uniformes. Allí, se combinaría con materia normal y el resultado sería un estallido de rayos gamma y X. A continuación, la energía se haría salir por una oquedad para producir impulso».
En búsqueda de la antimateria
Este concepto es fabuloso, pero el principal inconveniente es que la antimateria solo se puede generar en cantidades muy pequeñas. Según dijeron los investigadores del CERN, si juntasen toda la antimateria generada hasta actualmente con sus colisiones, solo tendrían energía bastante como para encender una bombilla eléctrica durante unos minutos. No parece muy impresionante.
«La antimateria es el material más caro del Cosmos. A los precios actuales, un gramo costaría unos sesenta billones de euros», escribe Michio Kaku.
asimismo, confinar la antimateria, y impedir que choque con la materia del recipiente, requiere usar complejas trampas iónicas. Uno de los últimos «detalles» que dificultan aun más los motores de antimateria es que las propiedades de esta forma de materia están casi inexploradas.
«No se conoce, como ejemplo, si cae hacia arriba o hacia abajo. La física moderna predice que lo hará hacia abajo, como la materia normal. En tal caso, la antigravedad no sería factible», según el creador de «El futuro de la sociedad». Sea como sea, según el creador estos propulsores serán un sueño durante el próximo siglo.
6. Estatorreactores de fusión
Otra opción es recurrir al poder de la fusión nuclear pero utilizando como «combustible» el hidrógeno que se halla por el cosmos. El resultado es el estatorreactor de fusión, un tipo de embudo que captura este elemento y lo aprovecha para quemarlo por medio de la fusión.
Por desgracia, para que esto fuera realidad, sería necesario edificar un embudo de centenares de kilómetro de circunferencia y dominar, por fin, el poder de la fusión. Aparte, nuestro vecindario tiene tan poco hidrógeno que no se podría generar el impulso bastante para mover una nave.
asimismo, Michio Kaku reflexiona sobre un fenómeno, reflejado en la novela «Tau Cero», de Poul Anderson, en el que uno de estos artilugios sufre una avería y no puede apagarse.
Una de las primeras e hipotéticas consecuencias sería que aceleraría más y más, fuera de control, hasta llegar a velocidades relativistas, próximas a las de la velocidad de la luz. El tiempo de la nave se ralentizaría. En el interior todo transcurriría con normalidad, pero en relación con este sistema el envejecimiento del resto del Cosmos se aceleraría. Quienes viajaran a bordo verían el paso de millones de años por medio de la ventanilla.
Colisiones a la velocidad de la luz
Otra consecuencia más verosímil de viajar a velocidades relativistas es que cualquier colisión con cualquier partícula puede poner fin a la presencia de dicha nave. Los campos de fuerza, completamente ficticios, no podrían frenar a partículas no cargadas (como motas de polvo o pedazos de plástico). asimismo, frenar un ingenio así sería todo un quebradero de cabeza.
7. Motores de curvatura
Allá donde la antimateria o la fusión no llegan, puede entrar en juego la curvatura. Albert Einstein postuló en 1915 que el cosmos y el tiempo, que anteriormente se pensaba que eran inertes y estáticos, en verdad son dinámicos, como sábanas lisas que se pueden plegar, estirar y curvar, a demanda de la masa.
Según esta teoría, la Tierra no gira en torno del Sol debido al tirón gravitatorio de este, sino debido a que el Sol deforma el cosmos alrededor suyo. Es decir, el tejido del espacio-tiempo empuja a la Tierra y hace que se desplace en una trayectoria curva en torno del Sol. La gravedad no tira, es el cosmos tiempo quien empuja. Newton tendría pesadillas.
Esto lleva a que, a partir de una cierta masa, la curvatura del espacio-tiempo sea tal que la trama se desgarre y aparezca un agujero negro, y, quizás, un portal a través del espacio-tiempo, el denominado puente de Einstein-Rosen o agujero de gusano.
Todos hemos observado uno… en las películas. Se supone que cada vez que atravesáramos uno saldríamos a un Cosmos distinto. Para ello haría falta que el agujero estuviera girando de forma que sus paredes no colapsaran. De lo contrario, la gravedad nos transformaría en papilla espacial.
Un truco para impedir este cruel destino es estabilizar artificialmente uno de estos anillos añadiendo algo denominado «materia negativa» o «energía negativa». Esta materia jamás se ha descubierto (no hay que confundirla con la antimateria, que se produce en aceleradores de partículas) y en hipotesis podría poseer misteriosas propiedades antigravitatorias.
El fantasmal efecto Casimir
La hipotesis cuántica contempla la presencia de energía negativa a través del efecto Casimir. Sucede porque en el vacío hay partículas de materia y antimateria que se materializan reducidamente y que mas tarde se destruyen, tan velozmente que no violan el comienzo de que la cantidad total de materia y de energía en el Cosmos es continuamente la misma.
Esta constante agitación produce una «presión», capaz de crear un empuje que parece venir de ninguna parte. Para un constructor de naves la magnitud de este efecto puede resultar despreciable, pero para un físico que manipula átomos puede llegar a ser un incordio. Pero, ¿que ocurriría si se pudiera acumular energía negativa en altas cantidades?
Crear una bastante cantidad de esta exótica forma de energía está más allá de nuestro alcance, pero en hipotesis hay diferentes formas de deformar el espacio-tiempo. Así se podría realizar realidad la hiperpropulsión de la que tanto se beneficia el Halcón Milenario.
8. El impulso de Alcubierre
El físico Miguel Alcubierre tuvo una genial idea. ¿Y si es la propia nave la que dobla el espacio-tiempo? ¿Y si lo comprime tanto que sean las propias estrellas las que se acerquen?
Tal como escribe Michio Kaku, «una astronave equipada con el impulso de Alcubierre tendría que estar cercada por una burbuja de distorsión, una burbuja hueca de materia y energía. El espacio-tiempo en el interior y fuera de la burbuja estarían desconectados. Cuando la astronave acelera, las personas en su interior no sentiría nada; tal vez ni se dieran cuenta de ello, a pesar de que estarían viajando más deprisa que la luz».
El inconveniente es que esta burbuja hueca necesitaria usar materia o energía negativas. Tampoco parece muy verosímil que piloto alguno pudiera dominar esta burbuja y, por tanto, establecer un rumbo. Los últimos cálculos señalan que harían falta tanta materia o energía negativas para producir esta burbuja como la masa del mundo Júpiter. No parece algo que se vaya a conseguir pasado mañana.