Un astrofísico de la Universidad de Göttingen descubre nuevas soluciones teóricas de solitones hiperrápidos.
Warp bubbles
© E Lentz
Impresión artística de diferentes diseños de naves espaciales considerando las formas teóricas de diferentes tipos de "burbujas de deformación".
Para que sea posible viajar a estrellas lejanas durante la vida de un individuo, habrá que encontrar un medio de propulsión más rápido que la luz. Hasta la fecha, incluso las investigaciones recientes sobre el transporte superlumínico (más rápido que la luz) basadas en la teoría de la relatividad general de Einstein requerirían grandes cantidades de partículas hipotéticas y estados de la materia que tienen propiedades físicas "exóticas", como la densidad de energía negativa.

Este tipo de materia no puede encontrarse actualmente o no puede fabricarse en cantidades viables. En cambio, una nueva investigación llevada a cabo en la Universidad de Göttingen sortea este problema construyendo una nueva clase de "solitones" hiperrápidos utilizando fuentes con energías sólo positivas que permiten viajar a cualquier velocidad. Esto reaviva el debate sobre la posibilidad de viajar más rápido que la luz basándose en la física convencional. La investigación se publica en la revista Classical and Quantum Gravity.

El autor del artículo, el Dr. Erik Lentz, analizó las investigaciones existentes y descubrió las lagunas de los estudios anteriores sobre el "empuje de deformación". Lentz observó que existían configuraciones de la curvatura del espacio-tiempo aún no exploradas y organizadas en "solitones" que tienen el potencial de resolver el rompecabezas y ser físicamente viables. Un solitón -en este contexto también denominado informalmente "burbuja de deformación"- es una onda compacta que mantiene su forma y se mueve a velocidad constante. Lentz dedujo las ecuaciones de Einstein para configuraciones de solitones inexploradas (en las que los componentes del vector de desplazamiento de la métrica del espacio-tiempo obedecen a una relación hiperbólica), descubriendo que las geometrías espacio-temporales alteradas podían formarse de forma que funcionaran incluso con fuentes de energía convencionales.

En esencia, el nuevo método utiliza la propia estructura del espacio y el tiempo dispuestos en un solitón para proporcionar una solución a los viajes más rápidos que la luz, que -a diferencia de otras investigaciones- sólo necesitaría fuentes con densidades de energía positivas. No se necesitan densidades de energía negativas "exóticas".
Different types of spacecraft
© E Lentz
Imagen que muestra el tiempo que tardarían diferentes tipos de naves espaciales en viajar desde nuestro sistema solar hasta Próxima Centauri (la estrella más cercana conocida). Actualmente, la única opción sería utilizar un cohete químico, lo que supondría un tiempo de viaje de más de 50.000 años.
Si se pudiera generar suficiente energía, las ecuaciones utilizadas en esta investigación permitirían viajar al espacio hasta Próxima Centauri, nuestra estrella más cercana, y volver a la Tierra en años en lugar de décadas o milenios. Esto significa que un individuo podría viajar allí y volver en el transcurso de su vida. En comparación, la tecnología actual de cohetes necesitaría más de 50.000 años para un viaje de ida. Además, los solitones (burbujas de deformación) estaban configurados para contener una región con mínimas fuerzas de marea, de manera que el paso del tiempo dentro del solitón coincide con el tiempo fuera: un entorno ideal para una nave espacial. Esto significa que no habría las complicaciones de la llamada "paradoja de los gemelos", por la que un gemelo que viajara cerca de la velocidad de la luz envejecería mucho más lentamente que el otro gemelo que se quedara en la Tierra: de hecho, según las recientes ecuaciones, ambos gemelos tendrían la misma edad cuando se reunieran.

"Este trabajo ha alejado el problema de los viajes más rápidos que la luz un paso de la investigación teórica en física fundamental y lo ha acercado a la ingeniería. El siguiente paso es averiguar cómo reducir la astronómica cantidad de energía necesaria para que esté al alcance de las tecnologías actuales, como una gran central nuclear de fisión moderna. Entonces podremos hablar de construir los primeros prototipos", dice Lentz.

Actualmente, la cantidad de energía necesaria para este nuevo tipo de propulsión espacial sigue siendo inmensa. Lentz explica: "La energía necesaria para que este accionamiento viaje a la velocidad de la luz abarcando una nave espacial de 100 metros de radio es del orden de cientos de veces la masa del planeta Júpiter. El ahorro de energía tendría que ser drástico, del orden de 30 órdenes de magnitud para estar al alcance de los modernos reactores de fisión nuclear". Continúa diciendo: "Afortunadamente, en investigaciones anteriores se han propuesto varios mecanismos de ahorro de energía que pueden reducir potencialmente la energía necesaria en casi 60 órdenes de magnitud". Lentz se encuentra actualmente en las primeras fases para determinar si estos métodos pueden modificarse, o si se necesitan nuevos mecanismos para reducir la energía requerida a lo que es posible actualmente.

Publicación original: Erik W Lentz, Breaking the Warp Barrier: Hyper-Fast Solitons in Einstein-Maxwell-Plasma Theory, Classical and Quantum Gravity, marzo de 2021. DOI: 10.1088/1361-6382/abe692