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martes, 8 de julio de 2014

Antigravedad: escapando a la fuerza irresistible


¿Quien no ha soñado en volar como Superman o Wonderwoman, libre de la tiranía de la atracción gravitatoria de nuestro planeta, saltando de un edificio a otro como Spiderman, sin siguiera necesidad de columpiarse con sus lianas de araña...?



... o construir coches voladores como en Bladerunner o El Quinto Elemento?



Pedirle prestado el landspeeder a Luke Skywalker:




O, al menos... tener un monopatín como el de Regreso Al Futuro II:


Además de nuestras fantasías individuales, la naturaleza siempre atractiva de la gravedad limita nuestras posibilidades de viajar al espacio sin tener que gastar enormes cantidades de combustible y presupuesto.



Si pudiéramos controlar la fuerza y la dirección de la gravedad quizás podríamos evitar la causa número uno de accidentes ridículos y los correspondientes videos:


El control de la gravedad, a veces para aumentarla y otras para disminuirla, le hubiera hecho la vida más fácil a la Dra. Ryan Stone, protagonista de Gravity, la espléndida película de Alfonso Cuarón, y también hubiera salvado la vida a los astronautas muertos en accidentes como los de las lanzaderas espaciales Challenger (en el despegue) y Columbia (en la reentrada).


El control local de la gravedad ofrecería innumerables aplicaciones prácticas. En ciencia-ficción estas aplicaciones son comunes bajo el nombre de 'suspensores', 'campos antigravedad' o 'gravedad artificial'.

Por ejemplo, en la saga de Dune los campos suspensores se utilizan para conseguir desde lámparas flotantes que te siguen a cualquier lado, hasta enormes recolectores de especia que flotan sobre el desierto para poner la preciada sustancia a salvo de los gusanos gigantes.



Por no mencionar al 'adorable' Barón Harkonnen, que evita el peso de su cuerpo con unos suspensores especialmente adaptados:



Entre los pioneros literarios de la antigravedad nos encontramos, curiosamente, con los mismos autores que tratábamos en la entrada anterior sobre los mundos perdidos: Swift, Verne y Wells.

Jonathan Swift, en uno de los Viajes de Gulliver, describe la isla volante de Laputa (seguro que sin ser consciente de lo mal que suena en castellano), un pedazo de tierra que flota gracias a un inmenso imán en su base, lo que le sirve de vehículo para realizar una sátira sobre los científicos de la Royal Society británica. 



En 1986, el maestro de la animación Hayao Miyazaki, un aficionado a todo lo relacionado con el vuelo, retomó la idea y el nombre de Laputa para su película El Castillo en el Cielo.




¿No os recuerda esto a una película reciente donde aparecen extrañas montañas flotantes? Las montañas de Pandora, como la Laputa original, también vuelan por contener un mineral con fuertes propiedades magnéticas.


El gran pionero de la ciencia-ficción en el siglo XIX, Julio Verne, estaba también obsesionado con las máquinas voladoras y por vencer a la gravedad de una forma u otra. En su novela Cinco Semanas en Globo y en el cuento Un Drama en los Aires, los protagonistas viajan en globo aerostático.

Hasta el año 1966 se adjudicó a Julio Verne una estupenda novela llamada Un Descubrimiento Prodigioso (subtítulada "Y sus incalculables consecuencias sobre los destinos del mundo"), aunque parece que realmente no fue escrita por él. En cualquier caso, se trata de la primera novela que plantea con verosimilitud la existencia de un material antigravitatorio y cómo éste se aprovecha para crear aplicaciones prácticas. La novela es muy interesante porque desarrolla el efecto disruptivo de esta tecnología, y cómo los propósitos originales de su inventor se ven pervertidos.



El tema de la desilusión del inventor y su retiro del mundo aparece en otras dos novelas de Julio Verne (estas sí son suyas), también con el tema de un aparato volador, el Albatros, en este caso basado en hélices. Las novelasa son Robur el Conquistador y Dueño del Mundo. El personaje del ingenioso pero huraño y desencantado Robur es similar al del reclusivo ingeniero y científico de 20.000 Leguas de Viaje Submarino, el Capitán Nemo.



Al comienzo del siglo XX (1901), el otro gran maestro de la ficción científica, H.G. Wells, publica Los Primeros Hombres en la Luna, donde aparece una misteriosa aleación metálica con propiedades antigravitatorias, la cavorita, que permite a un empresario crear una nave espacial para escapar de la atracción terrestre. 


La novela fue adaptada en una curiosa película de la BBC:

Recuerdo aún una serie que se emitió en TVE al principio de los 80 llamada Código Rescate 1, en la que un grupo de chatarreros utilizaba un material antigravitatorio para construir una cutre-nave espacial (hecha de chatarra, claro) y la utilizaba para rescatar basura espacial. ¿Pero a quién se le ocurrían estos guiones tan absurdos?



¿Fantasía o posibilidad teórica?


¿Se quedará siempre la antigravedad en el reino de la fantasía, o será posible conseguirla algún día?

El millonario americano Roger Babson lleva 55 años poniendo su dinero detrás de la investigación para controlar la gravedad a través de la Gravity Research Foundation, buscando de alguna forma eliminar accidentes como el que acabó con la vida de su hermana, ahogada en un río. Sin embargo, aunque se ha avanzado mucho en el conocimiento teórico sobre la fuerza de la gravedad, no ha habido grandes progresos en su control. El problema básico es que hay muchas cosas que aún no sabemos sobre esta fuerza.

La gravedad es difícil de estudiar porque se trata, con mucho, de la fuerza más débil entre las cuatro fundamentales. A pesar de que tiene un alcance infinito como la fuerza electromagnética, ésta es 10 elevado a 36 veces más fuerte. Esto explica que un pequeño imán pueda sostener a una pieza de metal sin que se caiga, ya que su atracción magnética es más fuerte que la gravedad que ejerce todo el planeta Tierra sobre la misma pieza.


No es de extrañar que la única 'antigravedad' de la que disponemos hoy en día sea la creada mediante levitación magnética. Como hemos visto, muchas historias de fantasía imaginan islas voladoras a base de imanes. Sin embargo, el magnetismo de la Tierra no es suficientemente fuerte para conseguir este efecto. Para conseguir la levitación necesitamos una base que genere un campo magnético de suficiente fuerza. Por tanto no es una solución práctica para desplazarse libremente contra la gravedad.



A diferencia de las fuerzas nucleares fuerte y débil, y al igual que el electromagnetismo, la gravedad es una fuerza de largo alcance, en principio infinito, debido a que las partículas que actúan como sus mediadores (los gravitones, aún no detectados) tienen masa cero, igual que los fotones que median la fuerza electromagnética.

Por otro lado, mientras que la fuerza electromagnética puede ser atractiva o repulsiva, según actúen cargas del mismo signo o de diferente signo, la gravedad parece ser siempre atractiva, y existe aparentemente solamente un tipo de masa-energía de signo positivo.



Estas características de la gravedad y el electromagnetismo son las que dan forma a nuestro universo. Aunque la segunda fuerza domina el mundo de la química, las cargas positivas y negativas en los átomos compensan su fuerza cuando tenemos objetos grandes, así que no notamos a la escala humana la fuerza electromagnética, a no ser que hagamos circular cargas negativas libres por un conductor para crear un campo magnético.

Por otra parte, aunque la fuerza gravitatoria es muy débil en comparación con las otras siempre se acumula, lo que permite formar grandes agrupaciones de materia (estrellas, planetas, galaxias...) que dominan la estructura del universo a gran escala, y la forma del universo mismo.


Según la Teoría General de la Relatividad de Einstein, que se ha comprobado experimentalmente muchas veces, debemos aceptar dos hechos:
  • La gravedad es en realidad un efecto de aceleración, producida por la deformación del espacio-tiempo que genera cualquier masa o energía. Por ello no notamos la gravedad cuando nos dejamos caer, o nos movemos libremente en una órbita. 


  • La gravedad afecta tanto a la materia como a la energía. Por ejemplo, la luz también resulta 'curvada' por la gravedad, a pesar de no tener masa.



Por otra parte, la mecánica cuántica intenta explicar la gravedad mediante el intercambio de partículas, al igual que las otras fuerzas. Sin embargo, con permiso de la teoría de supercuerdas, que tiene varias versiones y aún carece de verificación experimental, hasta ahora no se ha conseguido unificar de forma satisfactoria ambas visiones de la gravedad, la relativista y la cuántica.

He aquí algunos argumentos científicos sobre el tema... (ja, ja)


Sabiendo estas peculiaridades de la fuerza de la gravedad, ¿sería posible contrarrestarla de alguna forma?

Escudos o pantallas: modificación de la gravedad

Una de las ideas frecuentemente repetidas en ciencia-ficción es la posibilidad de que un escudo o pantalla pudiera reducir la influencia de la gravedad sobre una nave espacial u otro dispositivo, permitiéndole moverse o flotar sin necesidad de gastar grandes cantidades de energía para propulsarse contra la atracción de un planeta.


(este 'castillo' es real)

En 1953, el entonces joven físico Bryce DeWitt, que llegará a ser uno de los más importantes teóricos de la teoría cuántica de la gravedad y la cosmología cuántica, escribió un artículo para explicar porqué se habían realizado pocos progresos en el control teórico y práctico de la gravedad.

Su conclusión fue que para abordar el control de la gravedad era necesaria antes la unificación de las visiones relativistas y cuántica, tal como hemos comentado antes, pero además se podía argumentar que resultaba imposible construir dispositivos efectivos para apantallar o escudar la fuerza gravitatoria de la misma forma que hacemos con la fuerza electromagnética. La razón es que estas pantallas requerirían tanta masa y/o energía, que acabarían generando tanta gravedad como la que pretendían evitar (haría falta otra pantalla para apantallar la primera pantalla, y así sucesivamente...).

En un artículo de 1963, el físico Robert L. Forward, que es también un reconocido escritor de ciencia-ficción, explicó que las ecuaciones de Einstein permiten fuerzas de gravedad que no actúan como la fuerza newtoniana de atracción centro a centro.


Estas fuerzas de gravedad no-newtoniana se deben al efecto de las masas que giran o aceleran sobre la forma del espacio-tiempo. Si pensamos en el espacio-tiempo como la superficie del agua, podemos visualizar que al girar un gran anillo crearía un 'remolino' que movería una masa situada en su centro; y al desplazarse a gran velocidad una masa acelerando crearía una 'estela' que arrastraría ligeramente a otras masas cercanas.


Sin embargo, en el mismo artículo Forward admite que, como había dicho DeWitt, estos dispositivos podrían modificar ligeramente la gravedad sobre un objeto pero serían masivos y consumirían una enorme cantidad de energía: no servirían para ahorrar la energía necesaria para vencer a la gravedad.

Esta misma conclusión es la que alcanza un estudio de la ESA en 2005: de momento no se ha comprobado la efectividad de ningún método de 'modificación de la gravedad', pero incluso si llegaran a funcionar alguno de los métodos propuestos teóricamente, lo más probable es que no sirvieran como métodos de propulsión, como mucho se utilizarían para reducir un poco el peso de naves o estructuras en tierra.

Los autores de este informe, M. Tajmar de Austria y O. Bertolami, de Portugal, afirman que un sistema de control de la gravedad debería venir por una de estas vías:
  • Descubrimiento de una nueva fuerza fundamental de la naturaleza que permitiera alterar la fuerza efectiva de la gravedad. Esto afectaría al principio de equivalencia (que todas las masas caen con la misma aceleración de la gravedad en el vacío).
  • Existencia de nuevas interacciones entre la fuerza de la gravedad y el electromagnetismo (gravitomagnetismo), como consecuencia de su unificación (bajo una teoría generalizada de la relatividad, o de la teoría de supercuerdas y otras 'teorías del todo'). Algunos experimentos con superconductores han detectado efectos de este tipo, pero de alcance muy pequeño.


  • Conseguir la alteración de las propiedades del vacío para cambiar las fuerzas relativas de las interacciones fundamentales de la naturaleza

A pesar de los informes negativos sobre las posibilidades prácticas de modificación de la gravedad, ha habido noticias hablando de experimentos que supuestamente habrían conseguido reducciones medibles de la gravedad en objetos de cierto tamaño. La historia más conocida es la del experimento de Eugene Podkletnov, que afirmó haber conseguido una reducción del 2% del peso. Sin embargo, no se ha conseguido reproducir este resultado, y Podkletnov retiró su artículo original y fue despedido de su puesto en Finlandia. Actualmente trabaja en Rusia, pero no ha publicado nueva información, lo que ha dado lugar a muchas teorías especulativas y conspirativas sobre el asunto. 



Antimateria y antigravedad

Una pregunta que surge de forma espontánea es la siguiente: si existe la antimateria (y sabemos que existe), ¿no producirá una gravedad negativa?


La antimateria no se ha producido en suficiente cantidad para poder responder a esta pregunta experimentalmente, pero la respuesta teórica de la mayoría de los físicos es negativa. Si hubiera alguna diferencia sería menor del 1%. Aún así hay un experimento planeado en el CERN para realizar una comprobación directa utilizando la antimateria producida en el LHC, el gran acelerador que ha servido para probar la existencia del bosón de Higgs.


La razón por la que se espera que la antimateria tenga un peso 'positivo' igual que la materia ordinaria es que la antimateria se produce mediante la misma energía 'positiva' que la materia normal. Si unimos suficiente energía E en un lugar (por ejemplo, mediante un choque en un acelerador de partículas), la mitad de esta energía se va en crear partículas y la otra mitad en antipartículas). La ecuación de Einstein E=mc2 nos dice que si la energía E es positiva la masa m también lo es.


Robert L. Forward, al que he mencionado antes, admite que la antimateria no serviría para generar antigravedad, por lo cual propone la hipótesis de una verdadera masa negativa, que no incumpliría los principios básicos de la física, y serviría como un método de propulsión espacial muy eficiente.





Sin embargo, como en otras ideas teóricas, la masa negativa es simplemente de una propuesta que sería consistente con las ecuaciones relativistas, pero de la cuál no hay ninguna prueba ni indicio experimental.


Energía oscura y antigravedad

Hemos visto al hablar del origen inflaccionario del universo que el supuesto vacío del espacio está lleno de una misteriosa energía oscura cuya naturaleza es desconocida. Podría ser una fuerza nueva de la naturaleza, o de un efecto debido a las dimensiones ocultas de nuestro universo o a la conexión con otro universo externo.



Lo que conocemos de esta energía oscura es que sería responsable de la aceleración actual en la expansión del universo, y que podría estar relacionada con el campo escalar que causó la expansión explosiva inicial (inflación) del Big Bang.

La energía oscura parece crear una presión negativa igual en todos los puntos del espacio, que hace que éste se expanda de forma homogénea. Por tanto la energía oscura en sí no actúa como una fuerza de gravedad negativa, puesto que expande todo el espacio por igual (el que hay detrás de una nave y el que hay delante): no depende de las masas.


Para disponer de una forma útil de energía oscura tendríamos que ser capaces de concentrarla en determinados puntos, igual que con la masa negativa propuesta por Forward. Esto es lo que persigue el motor de Alcubierre, creando una 'burbuja' alrededor de la nave espacial rodeada de presión negativa, lo que permitiría en principio la propulsión a mayor velocidad que la luz.



Sin embargo, el meritorio trabajo de Alcubierre solamente es otra propuesta teórica. El físico mejicano demostró que este tipo de deformación es compatible con las ecuaciones de la relatividad, pero no da ninguna pista sobre cómo sería posible generar en la realidad esta energía oscura localizada.


Patentes, OVNIs y otros divertimentos

Las dificultades, teóricas y prácticas, para concebir científicamente un mecanismo de antigravedad no han detenido a los entusiastas y visionarios de todo tipo.

Hasta existen algunas patentes de naves que utilizan motores de antigravedad. Desde luego, en Estados Unidos se puede patentar cualquier cosa...


Esta nave dudo que pudiera llegar muy lejos, pero al menos en el suelo tendría cierta estabilidad, a tenor de lo que los proponentes han reflejado en la animación:


Este tema de la antigravedad, como otros que hemos visto anteriormente, también es propenso a la aparición de teorías pseudocientíficas y de personas más o menos bien intencionadas que creen haber descubierto el secreto tan largamente buscado.


Por otra parte, hay excelentes esfuerzos para explicar de forma seria los mecanismos físicos de 'levitación' que conocemos actualmente. Todo aspirante a inventor de la antigravedad debería comenzar echándoles un vistazo.

Hay que admirar también aquellos que construyen aparatos caseros de antigravedad, sobre los que uno tiene que aplicar una sana incredulidad:


Incluso según algunos es posible replicar los motores de antigravedad que (por supuesto) utilizan los OVNIs:



Éste supongo que va de cachondeo, porque es bastante obvio que el artefacto está colgando de un hilo  :-)


Y luego están los mencionados teóricos de la conspiración, que argumentan que -por supuesto- la antigravedad existe, pero está escondida a buen recaudo por los poderes ocultos:


Y no puedo terminar sin aportar dos pruebas DEFINITIVAS de que la antigravedad ES POSIBLE.

Primero, la TEORÍA DE LA ANTIGRAVEDAD DE MURPHY, que combina dos elementos de obvio potencial, como son una tostada de mantequilla y un gato. No os la perdáis.

Y la segunda, esta foto que me tomé delante de la Casa Blanca en mi época hippie. Para que veáis que la física no lo es todo. Con un poco de concentración...



Volveremos pronto con más secretos del universo.

    Salvador

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