Curvatura (Desplazamiento)

El empuje warp, empuje por curvatura, impulso de deformación o impulso de distorsión es una forma teórica de propulsión superlumínica. Este empuje permitiría propulsar una nave espacial a una velocidad equivalente a varios múltiplos de la velocidad de la luz, mientras se evitan los problemas asociados con la dilatación relativista del tiempo. Este tipo de propulsión se basa en curvar o distorsionar el espacio-tiempo, de tal manera que permita a la nave «acercarse» al punto de destino. El empuje por curvatura no permite, ni es capaz de generar, un viaje instantáneo entre dos puntos a una velocidad infinita, tal y como ha sido sugerido en algunas obras de ciencia ficción, en las que se emplean tecnologías imaginarias como el hipermotor o el motor de salto. Una diferencia entre la propulsión a curvatura y el uso del hiperespacio es que en la propulsión a curvatura, la nave no entra en un universo (o dimensión) diferente: simplemente se crea alrededor de la nave una pequeña «burbuja» (burbuja warp) en el espacio-tiempo, y se generan distorsiones del espacio-tiempo para que la burbuja se «aleje» del punto de origen y se «aproxime» a su destino. Las distorsiones generadas serían de expansión detrás de la burbuja (alejándola del origen) y de contracción delante de la burbuja (acercándola al destino). La burbuja warp se situaría en una de las distorsiones del espacio-tiempo, sobre la cual cabalgaría de manera análoga a como los surfistas lo hacen sobre una ola de mar.

El empleo de la curvatura espacial como medio de trasporte es un concepto que ha sido objeto de tratamiento teórico por algunos físicos (como Miguel Alcubierre con su métrica de Alcubierre, y Chris Van Den Broeck).

El empuje warp o warp drive es famoso por ser el método de desplazamiento empleado en el universo ficticio de Star Trek.

Viabilidad de la propulsión por curvatura

Entre los diferentes físicos teóricos que han analizado esta propulsión, no existe un diseño o hipótesis común que permita definir una teoría sólida para viajar mediante curvatura del espacio-tiempo. El más conocido de estos diseños es el motor de Alcubierre (The warp drive: hyper-fast travel within general relativity, acerca del impulso de deformación de Alcubierre, publicado en 1994) y que asume uno de los términos empleados en la jerga de Star Trek: el factor de curvatura como medida de la curvatura (deformación) del espacio-tiempo y que permite el viaje (más rápido que la luz) de un objeto gracias a la curvatura generada del espacio-tiempo. Si el espacio-tiempo se curva de manera apropiada, estrictamente hablando, el objeto o la nave no se mueve a velocidades lumínicas, de hecho se encuentra estacionaria en el espacio interior de la burbuja warp. Esta situación estacionaria de la nave, dentro de la burbuja, haría que la tripulación no se viera afectada por grandes aceleraciones/desaceleraciones ni existiría un transcurrir del tiempo diferente, es decir, no sufriría el efecto de la dilatación temporal, como en el caso de desplazarse a velocidades próximas a las de la luz en el espacio-tiempo. La nave, al activarse su propulsión por curvatura, para un observador exterior parecería que se mueve más rápido que la luz y desaparecería de su campo de visión en un breve lapso al expandirse el espacio-tiempo de la nave con respecto a ese observador.

Miguel Alcubierre hace referencia a la necesidad de la materia extraña (también denominada materia exótica) para el empuje warp. La existencia de materia exótica no es teórica y el efecto Casimir lleva a suponer la existencia de dicha materia. Sin embargo, la generación de materia exótica, y su sostenimiento, para el desarrollo de un empuje de curvatura (o para mantener abierta la «garganta» de un agujero de gusano) es impracticable. Algunos métodos o teorías asociados con la creación/sostenimiento de la materia exótica apuntan a que la materia exótica debería moverse, localmente a una velocidad superior a la de la luz (y a la existencia de los denominados taquiones). Otras teorías, apuntan que se puede evitar este movimiento a una velocidad superior a la de la luz pero implicaría la generación de una singularidad desnuda al frente de la burbuja warp. Sea por un método u otro, la creación /sostenimiento de materia exótica, en particular y el uso de empujes de curvatura violan, a priori, diferentes condiciones de energía en el ámbito de la teoría del campo cuántico. Alcubierre, concluyó que la generación de una burbuja warp era inviable ya que, según sus cálculos iniciales, necesitaría para su creación (y las distorsiones del espacio-tiempo) más energía que la existente en el universo.

Un análisis posterior del doctor Van Den Broeck (On the (im)possibility of warp bubles, publicado en 1999), de la Universidad Católica de Leuven (Bélgica) ofreció como resultado una energía inferior a la calculada inicialmente por Alcubierre (reducida por un factor de 10 elevado a 61). Sin embargo, esto no indica que la propuesta sea realista, tal y como indicó Van Den Broeck, ya que calculó la energía necesaria para transportar varios átomos a poco menos que el equivalente a la de tres masas solares.

No obstante, un estudio de 2008 a cargo de Richard K. Obousy y Gerald Cleaver, de la Universidad de Baylor (Texas), en la que se estudian los efectos de un espacio-tiempo de varias dimensiones (como predice la teoría de cuerdas), rebaja la energía necesaria para mover una nave de 1000 m³ a velocidades superlumínicas a «solo» 10⁴⁵ J (el equivalente a la energía contenida en la masa de Júpiter).​

En este mismo estudio, se estima una velocidad máxima teórica para un motor warp de 10³² c,​ si bien se trataría de un límite inútil desde el punto de vista práctico, pues para alcanzar esa velocidad arbitrariamente alta se necesitaría más energía de la disponible en el universo.

A principios del siglo XXI, la construcción de un motor de curvatura está lejos de convertirse en una realidad, debido tanto a la tecnología existente como a la elevada energía necesaria para su desarrollo. Parecen existir además otros impedimentos teóricos a un viaje superlumínico con esta tecnología, como la inestabilidad cuántica de la burbuja o la radiación de Hawking. No obstante, no existen argumentos teóricos que impidan los viajes warp sublumínicos.​

El motor warp en Star Trek

Evolución de los motores warp

En la historia de Star Trek se reconoce que el motor de curvatura fue inventado, en la Tierra, por Zefram Cochrane. La película Star Trek: Primer Contacto muestra como, en el año 2063, Cochrane realiza el primer viaje de curvatura de la especie humana, usando un antiguo misil nuclear intercontinental, modificado para viajar en el espacio y, una vez ahí, generar una burbuja warp. Cochrane, para crear la burbuja warp alrededor de la nave -y distorsionar el Espacio-tiempo para su desplazamiento- precisó de una inmensa cantidad de energía (que obtuvo gracias a la reacción entre materia-antimateria). Este primer viaje supuso un hito, permitió alcanzar un factor de curvatura de 1,0 y condujo directamente al primer contacto con una raza extraterreste: los vulcanos.

En la protosecuela Star Trek: Enterprise se establece que otras civilizaciones disponían del motor de curvatura antes que los humanos, como los vulcanos, siendo estos los que disponían de la tecnología de propulsión a curvatura más avanzada del siglo XXI. En esta serie se muestran los viajes de la primera nave terrestre capaz de obtener un factor de curvatura de 5,1 lo que aplicando la «fórmula de curvatura», equivale a unos 39 767 468,5 km/s (kilómetros por segundo), alcanzando la estrella más próxima a la Tierra (Próxima Centauro, a 4,25 años luz) en aproximadamente 11,69 días. En la serie clásica (mitad del siglo XXIII) las naves son capaces de obtener un factor de curvatura de 8 (distancia Tierra - Próxima Centauro en 3,029 días).

Es necesario destacar que las velocidades equivalentes de los factores de curvatura no han sido proporcionados en ningún episodio o película de Star Trek. Los valores indicados en este artículo se han encontrado (o extrapolado) en manuales técnicos u otros medios electrónicos cuya propiedad está vinculada a los poseedores de los derechos de Star Trek.

Transwarp

Este término ha sido empleado refiriéndose a la forma avanzada de propulsión que excede los límites de los motores de curvatura tradicionales. Por lo general, este sistema transwarp es comúnmente utilizado por los borg, aunque la flota estelar también realizó algunos experimientos en esa línea, tal y como se observa en Star Trek III: En busca de Spock. Algunos episodios de Voyager y The Next Generation parecen indicar que el sistema transwarp empleado por los Borg se describe mejor como un conducto (del tipo agujero de gusano) a través del subespacio (es una característica del espacio-tiempo el cual facilita el tránsito superluminal, en la forma de viaje interestelar o de transmisión de información), en el cual se introduce la nave trasladándose, por su interior, al punto de destino.

Los borg descubrieron la existencia de los conductos transwarp y configuraron redes de conductos entre sectores importantes de la galaxia para moverse rápidamente a través de la galaxia. (Eso se puede ver en el episodio de la serie Voyager «Endgame»). Estos conductos transwarp utilizados por los borg, son activados mediante un pulso de taquiones (partículas que se desplazan a velocidades superlumínicas y permiten viajar, de forma equivalente, a veinte veces los factores warp de los motores de curvatura tradicionales. Además, los Borg utilizan bobinas transwarp para generar conductos transwarp temporales.

Velocidad de curvatura. Factor de curvatura

La unidad empleada con la velocidad de curvatura es el factor de curvatura (factor warp). La equivalencia entre factores de curvatura obtenidos por los reactores warp y velocidades medidas en múltiplos de la velocidad de la luz es en cierto modo ambigua.

Según la guía para escritores de episodios de Star Trek de la Serie Original, los factores warp se obtienen mediante la aplicación de la siguiente fórmula cúbica:

$s(w)=w^{3}c$

donde w es el factor warp, $s(w)$ es la velocidad medida en el espacio normal y c es la velocidad de la luz. Según esta fórmula, «warp 1» es equivalente a la velocidad de la luz, «warp 2» equivale a 8 veces la velocidad de la luz, «warp 3» equivale a 27 veces la velocidad de la luz, etc.

Tabla de equivalencias Factor curvatura y velocidad de la luz.

Fact. Curvatura	Velocidad equivalente (múltiplos de c)	Tiempo necesario para recorrer 1 pársec (en días).
1,0	1,0	1189,90
2,0	8,0	148,74
3,0	27,0	44,07
4,0	64,0	18,59
5,0	125,0	9,52
6,0	216,0	5,51
7,0	343,0	3,47
8,0	512,0	2,32
9,0	729,0	1,63
9,5	857,38	1,39
9,975	992,52	1,20

Sin embargo, esta escala entra en conflicto con el uso que se ha dado habitualmente, ya que la velocidad que se alcanza sería insuficiente para permitir los viajes que aparecen en las series de televisión. Algunos episodios de la serie original situaban a la nave Enterprise en peligro si viajaba a factores de warp elevados (en el episodio «That witch survives» este factor se situaba en 14,1).

Para Star Trek: La Nueva Generación y las subsiguientes series, el guionista de Star Trek Michael Okuda preparó una nueva fórmula basada en la original, pero con una diferencia importante.

Para factores warp comprendidos entre 1 y 9, se aplicó un factor warp ligeramente más rápido que el de la serie original, pero la velocidad seguía variando según una potencia fija del factor:

$s(w)=w^{10 \over 3}c$

Pero en el intervalo semiabierto comprendido entre warp 9 y warp 10, se hizo que el exponente que afecta a w incrementara de forma no convergente y, al aproximarnos a warp 10 de manera asintótica, el exponente se hace infinito. Por ello, según la escala Okuda, también tienden a infinito las velocidades que se obtienen al aproximarnos a warp 10.

Nueva escala warp de Michael Okuda.

La nueva escala sitúa el factor de curvatura 10 como un máximo inalcanzable (identificado como el límite de Eugene en la página del creador de la serie, Gene Roddenberry). El factor de curvatura 10 es una asíntota que representa, inicialmente, velocidad infinita. En el episodio de Star Trek: Voyager titulado «Momento crítico» (“Threshold”, o ‘umbral’) uno de los personajes logra alcanzar el factor de curvatura 10, pero con la consecuencia de sufrir una hiperevolución genética.

En las distintas series, solo hay un episodio en el que se de una equivalencia concreta. Se trata del episodio número 37 de la serie Voyager donde el navegante Tom Paris describe la velocidad del Voyager al alcanzar el factor 9,9 como de 6,44×10¹² m/s , lo que sería equivalente a más de 21.000 veces la velocidad de la luz.

Como referencia acerca de los factores de curvatura sostenidos (de crucero), hay que indicar que, a mediados del siglo XXIV, la nave Enterprise-D viaja a un factor de curvatura de 9,2 y la nave de clase Intrepid Voyager puede sostener un factor de 9,975.

Núcleo de curvatura («warp core»)

La principal forma de propulsión en el universo Star Trek es el «desplazamiento del campo gravimétrico», más comúnmente definido como núcleo de curvatura. El núcleo de curvatura es un ficticio sistema de energía basado en la reacción materia-antimateria que proporciona la energía suficiente como para generar la distorsión del Espacio-tiempo. La reacción entre materia-antimateria está controlada mediante los denominados «cristales de dilitio» (cristales supuestamente que no presentan reacción alguna cuando son bombardeados con elevados niveles de radiación). La cámara de la reacción está rodeada de un campo magnético que permite contener la antimateria y evitar las reacciones con la materia de la nave.

La energía liberada durante la reacción es empleada para crear el campo de curvatura que se denomina burbuja warp. Este campo distorsiona el espacio alrededor de la nave y la acelera mientras el espacio dentro de la burbuja, técnicamente, no se desplaza, por lo que la nave no experimenta ninguna dilatación temporal. El tiempo transcurre dentro de la burbuja, al mismo ratio que en el punto de origen o de destino.

Visualización de una burbuja warp.

Véase también

• Métrica de Alcubierre

Referencias

Bibliografía

• Michio, Kaku: Hiperespacio. Grijalbo Mondadori (Crítica), 1996. ISBN 84-7423-747-5.
• Sternbach, Rick, y Michael Okuda: “Star Trek, The Next Generation” technical manual. Pocket Books, 1991. ISBN 0-671-70427-3.

Enlaces externos

• Artículo en el sitio web Memory Alfa.
• Artículo acerca del impulso de deformación de Alcubierre
• «Alcubierre warp drive», artículo en inglés.