Siguiendo con la sección ciencia, publicamos hoy un artículo dividido en dos partes sobre Viajes por el espacio y el principio Reactor de Efecto Túnel Cuántico, interesante teoría de nuestro compañero Iñaki Campomanes.

La Imagen, es de una estructura de Calabi-Yau, la representación gráfica de una estructura n-dimensional cuyas propiedades matemáticas son compatibles con el modelo de teoría de cuerdas sobre el que descansan las dimensiones adicionales.

Nota importante. Ante todo, hemos de dejar claro que todo lo aquí expuesto es un conjunto de elucubraciones que no aspiran más que a imaginar posibles utilidades de la física teórica y sus recientes desarrollos matemáticos sobre los aspectos más profundos de la materia.

No es material científico, ni podría serlo, ni lo pretende. Pero sí es una suerte de reflexión y un ejercicio de imaginación sobre estos temas que raya la ciencia-ficción más, podríamos decir, imaginativa. Rogamos a cualquier lector versado o no en la materia nos disculpe si encuentra este texto demasiado utópico, o simplemente aberrante. Les aseguramos que se trata, única y exclusivamente, de un ejercicio de imaginación y de abrir posibilidades de futuro.

Este texto está basado principalmente en los desarrollos sobre estructura del universo desarrollados a partir de la conocida como Teoría de Cuerdas, concretamente en los aspectos finales de la llamada Teoría M y Teoría M(atrix). Toma como base el concepto de multiverso o megaverso que define un modelo matemático por el cual nuestro universo es sólo uno de entre 10 elevado a 500, cada cual con sus propiedades físicas, y cada uno de los cuales creado a partir de estados anteriores más energéticos mediante un proceso conocido en física como efecto túnel cuántico. Este descubrimiento reciente podría revolucionar el concepto de universo actual. Ya no se trataría de que seamos un punto en el universo. Se trataría de que todo nuestro universo sería solamente un punto en una infinitud de universos.

El interesado en profundizar en estos temas puede leer los últimos libros de físicos teóricos como Brian Greene (“El universo elegante”, “El tejido del cosmos” o Leonard Susskind (“El paisaje cósmico”) donde se desarrollan de forma muy completa y amena estos conceptos.

El futuro está ahí fuera. No se trata de ser catastrofistas. Pero es inútil pensar en seguir en nuestro querido planeta Tierra de forma indefinida. Simplemente, no podremos subsistir como civilización. No se trata de aspectos como el calentamiento global o la crisis del petróleo. El problema nace de la necesidad de la finalización de cualquier posibilidad de obtener nuevas materias primas y energía para la supervivencia a medio y largo plazo.

El actual ritmo de consumo de las sociedades de La Tierra ha alcanzado unas proporciones gigantescas, y los países que se apuntan al desarrollo económico, como China o la India entre otros, no van a dejar escapar su parte en pos de recetas contra la destrucción del ecosistema, los recursos, o cualquier siniestro global de tipo atmosférico, geológico, o de cualquier otro tipo. Por supuesto, ello sólo incrementará la proximidad de un punto crítico en el que se produzca una crisis de magnitud global.

No hablamos del fin de la humanidad ni de cosas parecidas, pero sí de un enorme freno al desarrollo industrial, tecnológico y social, y quizás un retroceso a épocas de la humanidad que creíamos olvidadas. En cualquier caso, tarde o temprano la humanidad deberá dejar La Tierra y colonizar otros planetas para seguir su existencia y evolución. Ahora ya está comprobado que sistemas estelares cercanos poseen planetas, y además en una cantidad bastante importante. Parece verificarse que nuestro sistema solar no es una anomalía, sino un modelo que se reproduce constantemente. Es decir, muchas estrellas disponen, como se suponía, de planetas.

Algunos de esos planetas pueden ser firmes candidatos para una colonización. Puede que no sean aptos para la vida humana de forma inmediata, pero podrían en algunos casos serlo con las modificaciones oportunas, bajo el conocido concepto de terraformación. El problema es, naturalmente, trasladar a colonos y su material a dichos planetas. Pero las distancias son enormes, asombrosas y totalmente fuera de cualquier posibilidad de viaje mediante los medios actuales. Y es ahí a dónde queríamos llegar.

Sistemas de propulsión convencionales.

Los cohetes fueron durante la primera mitad del siglo XX un sistema ideal para trabajar en su desarrollo como sistemas de armas y posteriormente para desarrollar la base teórica de lo que serían misiones en el espacio exterior. El diseño de la bomba alemana V2 consolidó una idea de transporte mediante un sistema de reacción que permitiría crear una plataforma básica para llevar al espacio pequeñas cargas útiles. Durante la segunda mitad del siglo XX, esas investigaciones y posteriores desarrollos dieron paso a toda una familia de cohetes que han permitido a la humanidad comenzar a rozar levemente ese inmenso océano que es el espacio. Pero la tecnología astronáutica lleva decenios estancada en cuanto a innovación se refiere.

El desarrollo de la idea de los transbordadores fue el último salto hacia sistemas más modernos y sofisticados, a la vez que teóricamente más económicos, con el fin de continuar la mal llamada carrera espacial, que no fue sino una cuestión de orgullo mezclada con el ansia de poner el pie en el satélite sin otro fin que adelantar al contrario por prestigio nacional y por razones militares. Una vez alcanzada esa meta en julio de 1969, todo lo demás ha sido consecuencia de tales logros.

La actual astronáutica está muy lejos de poder llamarse “carrera espacial” o “conquista del espacio”. Los objetivos primordiales de la astronáutica están totalmente orientados al mercado y a los clásicos elementos de defensa, con una parcela bastante reducida en investigación.

La inversión y el interés en abordar misiones de exploración que tengan como finalidad objetivos científicos es ridículamente baja en comparación con los gastos en aspectos comerciales y de defensa. Es cierto que se están lanzando sondas a diferentes planetas, y que se dedican algunos satélites a la investigación de La Tierra, la Luna, y otros planetas del Sistema Solar, pero el grueso de los gastos dedicados a la astronáutica tienen un objetivo empresarial, y las empresas no sueñan con naves viajando por el universo. No es una idea rentable. Además, suena a ciencia ficción y a cuentos infantiles. Las empresas privadas son conscientes de que a día de hoy cualquier intento de exploración con fines económicos, que son sus fines, tendrían unos costes tremendamente superiores a cualquier beneficio a un plazo muy largo. Nadie quiere invertir en una empresa donde los beneficios pudieran ser recogidos por sus biznietos.

En la orilla del océano cósmico.

Con esta frase, el desaparecido científico Carl Sagan explicaba la situación de la humanidad con respecto al universo. Y podemos ver que él hablaba de ello en los años ochenta del pasado siglo XX. Hablaba de conceptos y situaciones que no han variado prácticamente en nada desde entonces, y llevaban en esa misma situación desde finales de los sesenta.

Y, ciertamente, podemos decir que, haciendo un símil, hemos metido un extremo del pie en el océano cósmico y durante un instante. Eso está muy lejos de considerarse conquista espacial; ni siquiera es un comienzo. Es evidente que pensar en un viaje a cualquier estrella, por cercana que sea, es algo que está muy lejos de ser posible actualmente.

Pero hemos de dar un paso atrás, y reconocer que los actuales sistemas de propulsión son prácticamente inútiles incluso para el traslado de seres humanos y mercancías en nuestro sistema solar. No se trata ya simplemente de una cuestión económica, de más o menos inversiones o de capital. Se trata, sencilla y llanamente, de que no es posible la conquista y explotación del sistema solar, no hablemos ya de sistemas extrasolares, empleando algo tan pobre en capacidades como el cohete químico actual. Reacciones químicas, buenas en La Tierra, no en el espacio.

Cualquier aeronave o astronave con propulsión química, como los actuales aviones o cohetes, son suficientes en distancias terrestres o en zonas orbitales. Pero la sola idea de viajar a Marte, como ya se está proyectando (y se viene haciendo desde hace décadas) contempla un sinfín de problemas enormes. Todos esos problemas son derivados de un único y gran problema: el tiempo de vuelo.

Cualquier reacción química entre un comburente (oxígeno) y un combustible (hidrógeno y otros) genera una cantidad de energía por unidad de masa tremendamente pequeña para cualquier posibilidad de viajar por el espacio de una forma eficiente. Las ridículas velocidades (entre 20.000 y 40.000 km/h) y la enorme cantidad de combustible a portar hacen inviables viajes económicamente eficientes. Es obvio que tarde o temprano va a comenzar (de hecho algunos consideran que ya ha comenzado tímidamente) una nueva carrera en pos de colocar una base permanente en la Luna y poner al primer ser humano en Marte. Pero, de nuevo, surgen dudas sobre si se está hablando de verdadera carrera tecnológica, científica y de progreso, o de demostrar quién es el rey del espacio en el siglo XXI, y por rey incluimos el enorme potencial militar de conquistar el espacio exterior inmediato a La Tierra.

Propulsión nuclear por fisión o fusión, propulsión iónica.

Mucho se ha hablado de viajar por el espacio mediante motores de fisión, mediante el empleo de uranio o plutonio, o de hacerlo mediante motores de fusión, empleando hidrógeno.

En el primer caso, la desintegración es la causante de la generación de energía que permitiría un flujo de energía como propulsor.

En el segundo caso esa energía la da la fusión de átomos de hidrógeno en un proceso que es el que genera la energía de las estrellas. Ambos métodos, si bien podrían ser más eficientes que la energía química, siguen teniendo un ratio de materia / energía / eficacia insuficiente para el viaje interestelar.

Podría emplearse quizás para viajes por el sistema solar, pero sería imposible abandonar el sistema, y mucho menos alcanzar las estrellas. No estamos hablando, por supuesto, de naves colonia llena de intrépidos seres humanos criogenizados que despertarían al cabo de miles y miles de años tras llegar a una estrella cercana, tal como veremos más adelante. Eso puede sonar romántico y tener un gran sabor de aventura, pero no es de ningún modo eficiente.

Estamos hablando de viajes prácticos, medidos en plazos máximos de meses, incluso menos.

Brian Greene, uno de los padres de la teoría de cuerdas y sin duda uno de los que más ha trabajado en acercar la teoría al público.

En cuanto a la propulsión iónica, ya se han realizado algunos vuelos de prueba, y se ha conseguido instalar una sonda en órbita lunar mediante un motor basado en el principio del motor iónico, que consiste en la aceleración de iones a alta velocidad.

Este principio, aunque consigue aceleraciones muy lentas, son también constantes, lo cual permite, con poco combustible, vuelos de una eficacia económica bastante interesante. Se ha especulado con motores iónicos de gran tamaño para impulsar enormes naves espaciales, pero, una vez más, las velocidades a alcanzar requieren gran cantidad de tiempo, y la deceleración es igualmente muy lenta. Otros proyectos de la NASA y otras agencias espaciales son siempre giros en torno a los mismos conceptos.

El problema siempre es el mismo: disponer de la energía almacenada necesaria para el vuelo a las estrellas, además a velocidades relativistas, al menos de un 10% de la velocidad de la luz, lo cual sigue siendo claramente insuficiente. Por no hablar de la gigantesca cantidad de energía para alcanzar una velocidad así.

Limitaciones de los sistemas de propulsión de energía.

Son conocidas desde hace tiempo las limitaciones de la propulsión convencional, sea ésta química o nuclear. La base es el uso de las leyes de la física newtoniana para obtener un flujo de energía que propulse un cuerpo a través del espacio. Este cuerpo está sometido a las leyes del movimiento que fueron en su día anunciadas por el famoso científico inglés.

Además, el gran Albert Einstein demostró, mediante la teoría de la relatividad, que masa y energía son dos caras de la misma moneda, así como que la velocidad de la luz es una “barrera”, no como la del sonido, sino una barrera impuesta por la propia naturaleza.

Básicamente, y siguiendo el principio actual que impulsa aeronaves y cohetes, se requeriría cada vez mayor energía para propulsar a un cuerpo a una velocidad cada vez superior. A la velocidad de la luz, se requeriría una energía infinita para mover el cuerpo, que tendría una masa infinita, lo cual es absurdo. Todo esto está visto y comprobado desde hace muchos años. No se trata de especular; una cantidad ingente de experimentos lo demuestran. La teoría de la relatividad es probablemente la más demostrada de la historia de la ciencia. Visto este panorama, es evidente que la humanidad se encuentra ante un muro. Es el muro de la luz, que le impide expandirse por la galaxia y el universo.

El muro de luz. Problemas de visión.

Llegados a este punto, podríamos sin duda encontrar mil argumentos en contra de cualquier principio que rompa el muro de la luz. Esa imaginaria pantalla de fotones que impide siquiera que nos aproximemos a ella, y que nos obliga a arrastrarnos por el espacio en toscos cohetes propulsados por agentes químicos o nucleares cuyo ratio de producción de energía por unidad de masa es básicamente nulo para el viaje interestelar.

Obviamente cuando hablamos de muro estamos realizando un símil, pero nos permite hacernos una idea del problema.

Podríamos acudir a las actuales leyes de la física y al conocimiento de las mismas para declarar que el viaje por el espacio a otras estrellas es una falacia; una fantasía propia de películas para ver un domingo por la tarde en el cine o en casa equipados con palomitas, un refresco y el mando de la tele.

Y podríamos declarar que toda la ingeniería astronáutica actual debe ser orientada a mejorar las ingentes carteras de las empresas tecnológicas aeroespaciales, las empresas de comunicaciones, y algunos laboratorios de investigación en gravedad cero, en proyectos orbitales y poco más. A esta visión, podríamos, sin duda, llamarla visión obtusa del espacio.

Y no debe malinterpretarse esta afirmación. No estamos diciendo que no existan intereses por parte de muchos para abrir nuevas metas. No estamos diciendo que el único objetivo es llenar la órbita terrestre de satélites que retransmitan cine o deportes o que espíen hasta el último centímetro cúbico de espacio terrestre. Estamos diciendo que, nos hemos acostumbrado tanto a esta idea, y son tan grandes los intereses que se encuentran asociados a la misma, que hemos convertido el espacio en una antena gigante donde reflejamos nuestras propias limitaciones.

Podríamos pensar que la exploración del espacio es cosa de niños con pistolas laser de juguete a bordo de imaginarias naves fantásticas hechas de cartón-piedra. De hecho, hablar de naves y conquista del espacio arranca sonrisas de muchas personas cuando se menciona como mera posibilidad. Sin embargo, la exploración y conquista del espacio es la única salida viable de la humanidad. El tiempo es lo de menos. Tal como hemos comentado al principio, el tiempo terminará agotando los recursos, por mucho que queramos reciclar y mantener el statu quo, o, como se dice ahora, “desarrollar políticas sostenibles”, y entonces encontraremos que nuestros pobres cohetes no son sino pequeñas canoas de madera para atravesar un océano tan vasto que la mente no puede llegar a alcanzar su grandeza.

La energía como principio del desarrollo.

La humanidad ha vivido desde el principio de la civilización bajo la necesidad de la obtención de energía para su desarrollo. Energía en forma de calorías para su mantenimiento físico; energía para desarrollar su industria; energía para el transporte. Energía para iluminación, para electrodomésticos, para comunicaciones, etc.

Toda esa energía proviene, en última instancia, del Sol o de reacciones nucleares de materiales radioactivos, básicamente uranio y el artificial plutonio, que son para algunos el futuro de la crisis energética que se avecina por el fin de los combustibles fósiles. Se ha llevado siempre a cabo un juego por el cual nos sometíamos a las leyes de la física y al modelo que hemos visto en nuestro entorno. Hemos seguido un tipo de pensamiento newtoniano por el que nos hemos limitado a seguir las leyes impuestas por la naturaleza. Parece obvio. ¿Qué hay además de la energía? ¿Existen alternativas? Las leyes de la física son las que son: fijas, inamovibles, eternas.

Actualmente se está comprobando que dichas leyes, esas normas, esas reglas universales, pueden no serlo tanto como hemos estimado. La palabra “ley” lleva implícita una obligatoriedad, algo inamovible. Un ejemplo típico es la “ley de la gravedad”. Como ley, tenemos que acatarla, asumirla, y deberle “obediencia”. Pero ¿y si la ley no lo fuese tanto? ¿Y si esa ley es el nombre que hemos dado a algo que nos parece es inmutable? ¿Y si hemos convertido nosotros a la gravedad en ley y luego nos hemos dedicado a decir que como ley es inmutable e inquebrantable? ¿Y si pudiéramos manipular las leyes de alguna forma?

Las leyes no inmutables de la naturaleza.

Vamos a entrar en un terreno especulativo, aunque los primeros modelos matemáticos ya están comenzando a entrever una nueva realidad del cosmos y de su estructura. Un nuevo modelo, un nuevo concepto que lleva de cabeza a muchos físicos, mientras otros se entusiasman con lo que nos dice la Teoría de Cuerdas en sus versiones actuales sobre la estructura del universo. Hoy en día, los últimos conocimientos en física teórica parecen indicar que aquellos aspectos que considerábamos inamovibles, leyes fijas en la naturaleza, no son sino aspectos puntuales y concretos del universo, con valores arbitrarios que además pueden cambiar en distintas partes del cosmos. No en el universo observable a simple vista, cierto, pero nadie ha dicho que lo observable a simple vista sea todo el universo.

La idea de otros universos con otras leyes, que se desprende de los actuales modelos matemáticos de la Teoría de Cuerdas, conforma una teoría en la actual física teórica que, lejos de ser puramente especulativa, explica aspectos importantes que hasta ahora quedaban ocultos e inexplicados.

Es decir, la respuesta a ciertas preguntas básicas sobre nuestro universo da como consecuencia la existencia de otros universos, con otras leyes, que son derivados de las actuales teorías matemáticas. Son universos no observables directamente, pero cuya existencia es necesaria para explicar nuestro propio universo. El concepto básico y fundamental es: otros universos con otras leyes no sólo son posibles; además, son consecuencia directa de la teoría matemática que está detrás de la teoría de cuerdas. Además, este modelo matemático explica conceptos que otros modelos, basados en un solo universo, no pueden explicar. Dicho de otro modo: otros universos con otras leyes son realmente una necesidad para poder explicar nuestro propio universo, luego nuestro universo no es todo el cosmos, sino una pequeñísima parte del total. Puede parecer una paradoja.

Si el universo observable sigue las leyes que conocemos de la gravedad ¿realmente importa que pueda haber otros lugares, lejos de la vista del ser humano, donde la gravedad tenga otros valores? Por supuesto que importa, e importa mucho. Tanto, que puede dar lugar a una revolución en el concepto del entendimiento de nuestro universo, y de cómo ese entendimiento es aprovechado para el desarrollo de la civilización.

No hablemos sólo de la ley gravedad; hablemos del espacio, del tiempo, de todas y cada una de las leyes conocidas de la física. Hablemos de lugares donde las llamadas “leyes” existen con valores absolutamente distintos de los conocidos, o no existen, o existen otras que desconocemos. Universos con sus propias leyes, tan reales como el nuestro.

Reactor de Efecto Túnel Cuántico Capt. 2