“¡Velocidad vertiginosa, señor Sulu!” Con estas palabras, el Capitán Kirk de Starship Enterprise preparó su nave para viajar más rápido que la luz mientras inspiraba a una generación de aspirantes a físicos que veían Star Trek desde sus sofás.
Por eso no sorprende que en 1994 el físico teórico Miguel Alcubierre descubriera cómo podría funcionar un motor warp en el universo real. La característica clave de un motor warp es que puede propulsar una nave espacial a velocidades superluminales sin que los ocupantes experimenten una gran aceleración.
La idea de Alcubierre era crear una región plana del espacio-tiempo dentro de una burbuja de espacio-tiempo altamente distorsionada que se mueve a través del universo. Los pasajeros se sientan en la región plana donde la aceleración es cero, mientras que la burbuja en su conjunto viaja a una velocidad superluminal, o al menos a una velocidad extremadamente alta.
La gran pregunta, por supuesto, era si el viaje a Alcubierre era físicamente posible. La respuesta resultó ser probablemente no, porque requería energía negativa, que no está permitida por nuestra comprensión actual de la física, y densidades de energía inviablemente grandes.
Física de burbujas
Sin embargo, el trabajo de Alcubierre inspiró a otros a buscar motores warp alternativos que pudieran ser físicamente posibles. En 2021, los físicos descubrieron cómo crear un motor warp utilizando energía positiva, aunque con una densidad de energía inviable. De hecho, existe toda una clase de motores warp.
Pero evaluar estos modelos es difícil debido a las matemáticas endiabladamente difíciles que hay detrás de ellos. Las matemáticas implican dos etapas.
Habiendo ideado una estructura para el espacio-tiempo que podría permitir una velocidad de curvatura, el primero es resolver las ecuaciones de campo de Einstein para determinar el flujo de energía y el momento. Este flujo viene dado por entidades matemáticas llamadas tensores de tensión-energía.
Una vez que se han encontrado, la segunda etapa es determinar si los tensores de energía de estrés son físicamente realistas. En otras palabras, si violan las leyes de la física o requieren recursos poco prácticos, como una densidad de energía infinita.
Estos cálculos son tan complejos que los físicos a menudo recurren a soluciones simples que hacen que las ecuaciones involucradas sean más manejables, como asumir simetría esférica. Sin embargo, esto inevitablemente ignora espacios-tiempos potencialmente interesantes con geometrías más complejas.
Ahora Christopher Helmerich de la Universidad de Alabama en Huntsville y sus colegas han desarrollado un paquete de software llamado Warp Factory, que asume el trabajo matemático pesado. “Warp Factory es un conjunto de herramientas especializado diseñado para analizar el espacio-tiempo relacionado con los motores warp”, dicen Helmerich y compañía.
Lo pusieron a prueba caracterizando los tensores de tensión-energía de una variedad de geometrías de impulsos warp conocidas, como la de Alcubierre, y evaluando su plausibilidad física.
Ninguno de estos modelos está cerca de ser otra cosa que curiosidades matemáticas, pero Warp Factory proporciona nuevas formas de entenderlos y conduce a nuevos conocimientos sobre su naturaleza. En particular, permite a los físicos estudiar con más detalle los impulsos de deformación subluminales, que pueden resultar los de mayor interés.
“Este completo conjunto de herramientas proporciona visualizaciones detalladas tanto en 2D como en 3D, lo que ofrece una comprensión más profunda de las métricas y sus correspondientes tensores de estrés-energía”, afirman Helmerich y compañía.
Descarga de fábrica
El equipo ha hecho el Warp Factory disponible para descargar para que cualquiera pueda estudiar su diseño para un revolucionario motor warp. Eso no es garantía de que surjan motores warp físicamente plausibles. Pero proporciona una herramienta que seguramente impulsará la investigación en esta área. “Nuestro objetivo es seguir investigando los motores warp y, con suerte, acercarnos a la realización de motores warp físicamente realizables”, afirman los investigadores.
Así que no se sorprenda si en las próximas semanas y meses surgen impulsores warp más plausibles. De hecho, Helmerich y sus colegas así lo insinúan en su artículo. “En un artículo separado, actualmente en preparación, se encontró una nueva solución de accionamiento warp de velocidad constante sin violaciones de las condiciones de energía”, dicen. Aún no está claro cuán físicamente plausible será esto.
Sin embargo, el señor Sulu seguramente quedaría impresionado.
Ref: Análisis de los tiempos espaciales de Warp Drive con Warp Factory: arxiv.org/abs/2404.03095