Ilustración de un espacio de deformación del campo de deformación de Star Trek, acortando el espacio frente a la nave y alargándolo desde atrás.No importa quién te haya inspirado a viajar en el espacio: NASA, Star Trek o Einstein, contienen increíbles posibilidades. Muchos de nosotros soñamos con llegar al espacio y volar entre planetas o estrellas en un cohete o mediante un rayo de teletransportación, pero aún tenemos que lidiar con las leyes de la física ... así como con nuestras familias al regresar a casa. Esto es exactamente lo que molesta a nuestro lector al contar la siguiente historia:
A veces, generalmente los viernes después del trabajo, mi amigo Scotty, usando un rayo de teletransportación, me traslada a Enterprise para dar un paseo alrededor del Sol en la órbita de la Tierra. La caminata dura aproximadamente 2 horas, por lo que nuestra velocidad debe estar bastante cerca de la velocidad de la luz, pero no excederla. Durante la caminata, bebo un par de botellas de cerveza, así que cuando Scotty me lleva de vuelta a la puerta de mi casa, mi esposa no me cree cuando le digo que no estaba en el pub local.
Una historia bastante convincente. Veamos si el viaje del lector cumple con las leyes de la física.
El camino, que repite la órbita de la Tierra alrededor del Sol, tiene una longitud de 940 millones de km.Para volar alrededor del Sol en la órbita de la Tierra, debes recorrer 940 millones de km. Para hacerlo en un par de horas, debe viajar a una velocidad promedio del 44% de la velocidad de la luz; esto permite la teoría de la relatividad de Einstein. No necesita agujeros de gusano, un motor de urdimbre, nada más que cohetes convencionales. Y una gran cantidad de energía.
Star Trek Enterprise: The Next Generation (Temporada 3, Episodio 11)En la serie Star Trek, el movimiento a velocidades sublight fue proporcionado por motores de pulso. El motor de urdimbre es muy adecuado para moverse a grandes distancias, pero no es adecuado para maniobras precisas; cuando salgas del modo warp, no querrás estar dentro de un planeta o una estrella. Los motores de pulso no doblan la estructura del espacio-tiempo, simplemente funcionan de acuerdo con el principio de la tercera ley de Newton: arroja átomos, plasma o luz en la dirección opuesta al movimiento, y acelera en la dirección que necesitas. Así es exactamente cómo funcionaron absolutamente todos los cohetes inventados por la humanidad.
Un motor de plasma, un motor antimateria, un motor nuclear o uno ordinario hace que cualquier cohete se mueva con el mismo principio de empuje. Incluso un motor pulsado de Star Trek.Supongamos que los transportistas de teletransportación funcionan y que la Enterprise no disminuyó la velocidad cuando lo recogió, entonces se necesitará una aceleración adicional solo para su masa relativamente pequeña, en la región de 80 kg. Para acelerarlo al 44% de la velocidad de la luz, necesitará aproximadamente 100 PJ de energía, tanto como se emitió durante la explosión más poderosa jamás realizada en los Estados Unidos: el bombardeo de la bomba
B41 .
Una bomba nuclear submarina de la Operación Crossroads tenía solo una milésima parte de la energía necesaria para dispersar a una persona al 44% de la velocidad de la luz.Una vez a bordo del Enterprise, te encontrarás con un problema aún mayor: mantener tu velocidad en la órbita terrestre. "Espera un minuto", me dices, "mientras mantenga la misma velocidad, ¿la primera ley de Newton, con respecto a un objeto en movimiento que permanece en movimiento, no me permitirá hacer esto?" Sí, mientras está satisfecho con una dirección de movimiento: a lo largo de la tangente a la órbita de la Tierra. Bienvenido al espacio interplanetario, y pronto al espacio interestelar. Le tomará solo unas pocas horas lo que los Voyagers tomaron décadas: salir del sistema solar.
Las sondas Voyager tardaron unos 40 años en abandonar el sistema solar. Moviéndose al 44% de la velocidad de la luz, una nave espacial puede hacerlo más rápido que 24 horasEn cambio, desea continuar moviéndose en la órbita de la Tierra, lo que significa que necesitará organizar una gran fuerza centrípeta para mantenerse en órbita. A velocidades tan gigantescas, necesitará un empuje constante de 140 teranewtons solo para mantener la Enterprise, que pesa alrededor de un millón de toneladas, en una órbita estable para la velocidad que necesita. Incluso si su motor pulsado funcionara en la aniquilación de la materia y la antimateria, necesitaría quemar aproximadamente 100,000 toneladas de masa, convirtiéndola en energía pura de acuerdo con la fórmula E = mc
2 , para hacer una revolución alrededor del Sol a una velocidad del 44% de la velocidad de la luz.
Hacer una revolución alrededor del Sol, estando a la misma distancia que la Tierra, será libre en términos de energía, solo si te mueves a la misma velocidad que la TierraDigamos que lo hiciste. Digamos que tu amigo Scotty decidió que mereces un gasto de energía tan grande, y le diste la vuelta al Sol en dos horas. Pero aquí, en la Tierra, han pasado dos horas, y encontrará que, desde su punto de vista, el vuelo fue un poco más rápido. Debido al hecho de que se está moviendo cerca de la velocidad de la luz, su reloj, tanto biológico como de muñeca, un reloj en un teléfono inteligente y cualquier otro dispositivo mecánico, irá más lento.
Las horas de luz serán diferentes para los observadores que se mueven a diferentes velocidades, debido a la constancia de la velocidad de la luz. La teoría especial de la relatividad de Einstein determina cómo se transforman el tiempo y la distancia.
Este efecto significa que para usted este viaje tomará 108 minutos, es decir, 12 minutos menos de lo que medirá su familia en casa. Si se moviera el doble de rápido, el 88% de la velocidad de la luz, entonces el viaje completo le tomaría solo 56 minutos. Cuanto más rápido te muevas, más lento será tu tiempo.
¿Pero cómo es esto posible? ¿No has viajado la misma distancia en ambos casos?
Moverse a una velocidad cercana a la luz da como resultado la transformación de tiempos y distancias. Las longitudes, incluida la longitud del barco, se acortan en la dirección de desplazamiento.Solo desde el punto de vista de la Tierra. Desde su punto de vista, no solo se estira el tiempo, sino que también se reducen las longitudes. Cuanto más rápido se mueva (más cerca de la velocidad de la luz), más espacio se comprime en la dirección de su movimiento. Estas transformaciones deben ocurrir para mantener la constancia de la velocidad de la luz: es una en todos los marcos de referencia. Si el tiempo es diferente, entonces las dimensiones del espacio también deben cambiar para que todo coincida. Esta es la clave para las estaciones de servicio, y a velocidades de poca luz funciona sin importar a dónde vaya.
En el espacio o en la tierra, el movimiento con velocidades relativas conduce a efectos relativistas.Entonces, ¿qué pasa si tu cónyuge te cree o no? Aquí hay algunos consejos:
• No intentes convencerla de que te has ido por menos de dos horas. Respeta su marco de referencia: no estaba en el tuyo.
• Disfruta de una cerveza, pero no intentes demostrarle que no estabas en el pub solo porque no estabas en el pub local.
• Su tecnología del siglo XXI debería funcionar en cualquier marco de referencia, ¡así que tome algunas fotos!
Una vez en la nave espacial, ¡toma un par de fotos!Al regresar a casa, se dará cuenta de que ha adquirido una experiencia incomparable y que es 12 minutos más joven que si no hubiera realizado este viaje. Sentado en el sofá, nuevamente se encontrará en el mismo lugar de espacio y tiempo, pero los caminos que lo condujeron hasta allí serán muy diferentes. Entraste al espacio, recorriste 940 millones de kilómetros a través del espacio, y tomó menos tiempo compensar esto. Ustedes dos tendrán los mismos puntos de inicio y finalización, pero los caminos serán muy diferentes: su viaje será más largo en el tiempo, el suyo, en la distancia. Pero la velocidad de la luz será constante para ambos, y será así en cualquier momento de su viaje.
Libro de Ethan Siegel "Treknologiya: ciencia de Star Trek"Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].