Motor de curvatura

Un motor de curvatura , o un motor que permite la curvatura espacial, es un sistema de propulsión espacial superlumínico (más rápido que la velocidad de la luz) ficticio presente en numerosas obras de ciencia ficción, especialmente en Star Trek , ^{[ 1 ]} y objeto de investigación física en la vida real. El concepto general de "motor de curvatura" fue introducido por John W. Campbell en su novela de 1957, Islas del Espacio , y se popularizó gracias a la serie Star Trek . Su equivalente real más cercano es el motor de Alcubierre , una solución teórica de las ecuaciones de campo de la relatividad general . ^{[ 2 ]}

El motor de curvatura, o motor que permite la curvatura espacial, es una de las diversas formas de viajar por el espacio que se encuentran en la ciencia ficción . ^{[ 3 ]} A menudo se ha discutido como conceptualmente similar al hiperespacio . ^{[ 3 ] [ 4 ] : 238–239} Un motor de curvatura es un dispositivo que distorsiona la forma del continuo espacio-tiempo . ^{[ 5 ] : 142} Una nave espacial equipada con un motor de curvatura puede viajar a velocidades mayores que la de la luz por muchos órdenes de magnitud. A diferencia de algunas otras tecnologías ficticias más rápidas que la luz, como un motor de salto , el motor de curvatura no permite viajes ni transferencias instantáneas entre dos puntos, sino que implica un paso de tiempo medible que es pertinente al concepto. A diferencia del hiperespacio, las naves espaciales a velocidad de curvatura continuarían interactuando con objetos en el "espacio normal". ^{[ 6 ] [ 7 ]}

El concepto general de motor de curvatura fue introducido por John W. Campbell en su novela de 1957, Islas del espacio . ^{[ 8 ] [ 9 ] : 77 [ 10 ]} Brave New Words dio el primer ejemplo del término "motor de curvatura espacial" como Puerta a la oscuridad (1949) de Fredric Brown , y también citó un relato sin nombre de Cosmic Stories (mayo de 1941) que usaba la palabra "curvatura" en el contexto de los viajes espaciales, aunque el uso de este término como una "curvatura" en el espacio que facilita el viaje se puede rastrear en varias obras que se remontan a mediados de la década de 1930, por ejemplo, Los cometas (1936) de Jack Williamson . ^{[ 5 ] : 212, 268}

La teoría de la relatividad especial de Einstein establece que viajar a la velocidad de la luz es imposible para los objetos materiales que, a diferencia de los fotones , tienen una masa en reposo distinta de cero. El problema de que un objeto material supere la velocidad de la luz es que se requeriría una cantidad infinita de energía cinética para viajar exactamente a esa velocidad. Los motores de curvatura son uno de los tropos de la ciencia ficción que sirven para sortear esta limitación en la ficción y facilitar historias ambientadas a escala galáctica. ^{[ 11 ]} Sin embargo, el concepto de curvatura espacial ha sido criticado como "ilógico" y se ha relacionado con varias otras ideas de ciencia ficción que no encajan en nuestra comprensión actual de la física, como los transportadores y replicadores en Star Trek , la antigravedad o la masa negativa . ^{[ 3 ]}

Algunos argumentan que estos efectos implican que, si bien no es posible viajar más rápido que la velocidad de la luz, tanto el espacio como el tiempo se "curvan" para permitir recorrer la distancia de un año luz en menos de un año. Aunque no es posible viajar más rápido que la velocidad de la luz, la velocidad efectiva es mayor que la de la luz. Esta curvatura del espacio y el tiempo se especifica matemáticamente con precisión mediante el factor de Lorentz , que depende de la velocidad. Si bien era solo teórico cuando se publicó hace más de 100 años, el efecto se ha medido y confirmado muchas veces desde entonces. En el límite, a la velocidad de la luz el tiempo se detiene por completo (en relación con un cierto sistema de referencia) y es posible viajar distancias infinitas a través del espacio sin que transcurra el tiempo. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

La solución a las ecuaciones de campo de Einstein propuesta por Alcubierre define una métrica espaciotemporal —conocida como métrica de Alcubierre— donde el espaciotiempo se distorsiona de forma controlada. Esta métrica crea una región de espaciotiempo comprimido delante de la nave espacial y un espaciotiempo expandido detrás de ella, formando una «burbuja de curvatura». La nave espacial se encuentra dentro de esta burbuja, moviéndose con el espaciotiempo local sin experimentar dilatación temporal relativista ni violar la causalidad.

Matemáticamente, la métrica de Alcubierre se expresa como:

$${\displaystyle ds^{2}=-c^{2}dt^{2}+\left(dx-v_{s}f(r_{s})dt\right)^{2}+dy^{2}+dz^{2}}$$

dónde:

• ${\displaystyle v_{s}}$es la velocidad de la burbuja de curvatura,
• ${\displaystyle f(r_{s})}$es una función de forma que determina la suavidad y el tamaño de la burbuja,
• ${\displaystyle r_{s}={\sqrt {(x-x_{s}(t))^{2}+y^{2}+z^{2}}}}$es la distancia radial desde el centro de la nave espacial.

La creación de una burbuja de este tipo requiere materia exótica : sustancias con densidad de energía negativa (una violación de la condición de energía débil). Los experimentos del efecto Casimir han sugerido la existencia de energía negativa en campos cuánticos, pero su producción práctica a la escala necesaria sigue siendo especulativa.

De manera similar, un impulsor cuántico podría utilizar la teoría cuántica de campos para explotar la energía del vacío, aprovechando fenómenos como la energía de punto cero del vacío cuántico . Teóricamente, este impulsor podría manipular pares de partículas virtuales o crear gradientes de energía localizados mediante el entrelazamiento cuántico. La densidad de energía del vacío cuántico, a menudo estimada en ^10¹¹³ J/m³ ^en el contexto de las fluctuaciones del campo cuántico, podría proporcionar una potencia inmensa si se aprovechara eficazmente.

Aunque el concepto de motor de curvatura se originó en la ficción, ha recibido cierta consideración científica, sobre todo en relación con el concepto del motor de Alcubierre de la década de 1990. ^{[ 8 ]} Alcubierre afirmó en un correo electrónico a William Shatner que su teoría se inspiró directamente en el término utilizado en la serie de televisión Star Trek ^{[ 16 ]} y cita el "'motor de curvatura' de la ciencia ficción" en su artículo de 1994. ^{[ 2 ]}

En 2021, el investigador Harold White , financiado por DARPA y perteneciente al Limitless Space Institute, afirmó haber logrado crear una burbuja de curvatura real, declarando: "Nuestro análisis numérico detallado de nuestras cavidades Casimir personalizadas nos ayudó a identificar una nano/microestructura real y fabricable que, según las predicciones, generará una densidad de energía de vacío negativa tal que manifestará una burbuja de curvatura a nanoescala real, no un análogo, sino la real". ^{[ 17 ]}

El motor de curvatura es una de las características fundamentales de la franquicia Star Trek y uno de los ejemplos más conocidos de curvatura espacial (motor de curvatura) en la ficción. ^{[ 3 ]} En el primer episodio piloto de Star Trek: La Serie Original , " La Jaula ", se le denomina "hiperpropulsor", y el Capitán Pike afirma que la velocidad para llegar al planeta Talos  IV es "curvatura temporal, factor 7". El motor de curvatura en Star Trek es una de las tecnologías ficticias más detalladas. ^{[ 18 ]} Comparado con los motores de hiperespacio de otros universos ficticios, se diferencia en que una nave espacial no abandona el continuo espacio-tiempo normal, sino que el espacio-tiempo mismo se distorsiona, como lo permite la teoría general de la relatividad . ^{[ 7 ]}

El principio de funcionamiento básico del motor de curvatura en Star Trek es el mismo para todas las naves espaciales. Una fuente de energía potente, generalmente un núcleo de curvatura o, a veces, una cámara de mezcla , genera un plasma de alta energía . Este plasma se transporta a los generadores de campo de curvatura mediante conductos que recuerdan a tuberías. Estos generadores son básicamente bobinas en góndolas de curvatura que sobresalen de la nave. Generan un campo subespacial, el campo de curvatura o burbuja de curvatura , que distorsiona el espacio-tiempo e impulsa la burbuja y la nave hacia adelante. ^{[ 19 ]}

El núcleo de curvatura puede diseñarse de diversas formas. Los humanos y la mayoría de las demás razas ficticias utilizan una reacción moderada de antimateria y materia . La energía producida pasa a través de una matriz, que está hecha de un elemento químico ficticio llamado dilitio . Se muestra que otras especies utilizan diferentes métodos para la propulsión a velocidades superiores a la de la luz. Los romulanos , por ejemplo, utilizan microagujeros negros artificiales llamados singularidades cuánticas . ^{[ 20 ]}

Las velocidades se dan en factores de curvatura y siguen una progresión geométrica . La primera escala desarrollada por Franz Joseph era simplemente una progresión cúbica sin límite. ^{[ 21 ]} Esto lleva al uso de factores de curvatura cada vez mayores en la Serie Original y la Serie Animada . Por ejemplo, curvatura 14.1 en el episodio de la TOS " That Which Survives " o curvatura 36 en el episodio de la TAS " The Counter-Clock Incident ". Para centrarse más en la historia y alejarse de la jerga técnica, Gene Roddenberry encargó a Michael Okuda que inventara una escala de curvatura revisada. La curvatura 10 debería ser el límite absoluto y representar la velocidad infinita. En homenaje a Gene Roddenberry, este límite también se llamó "Límite de Eugene". Okuda explica esto en un comentario del autor en su manual técnico para la USS Enterprise -D. ^{[ 22 ]} Entre Warp 1 (la velocidad de la luz ) y Warp 9, el aumento seguía siendo aproximadamente geométrico, pero el exponente se ajustó de modo que las velocidades fueran más altas en comparación con la antigua escala. Por ejemplo, Warp 9 es más de 1500 veces más rápido que Warp 1 en comparación con las 729 veces (nueve elevado a la potencia de 3) calculadas utilizando la fórmula cúbica original. En el mismo comentario del autor, Okuda explica que la motivación era satisfacer las expectativas de los fans de que la nueva Enterprise es mucho más rápida que la original, pero sin cambiar los números del factor de curvatura. ^{[ 22 ]} Entre Warp 9 y Warp 10, la nueva escala crece exponencialmente . ^{[ 22 ]} Solo en un único episodio de Star Trek Voyager se dio un valor numérico específico de velocidad para un factor de curvatura. En el episodio " The 37's ", Tom Paris le dice a Amelia Earhart que Warp 9.9 es aproximadamente 4 mil millones de millas por segundo (usando unidades habituales para beneficio del personaje). ^{[ 23 ]} Eso es más de 14 veces el valor de Warp 9 y equivale a aproximadamente 21 400 veces la velocidad de la luz. Sin embargo, esta afirmación contradice los manuales técnicos y las enciclopedias escritas por Rick Sternbach y Michael Okuda, donde se estableció una velocidad de 3053 veces la velocidad de la luz para un factor de curvatura de 9,9 y una velocidad de 7912 veces la velocidad de la luz para un factor de curvatura de 9,99. Ambos valores numéricos están muy por debajo del valor dado por Tom Paris. ^{[ 24 ]}

En el episodio " Vis à Vis ", se menciona un motor de curvatura coaxial . Su principio de funcionamiento se explica con más detalle en la Enciclopedia de Star Trek . Esta variante del motor de curvatura utiliza el plegado espacial en lugar de un campo de curvatura y permite un movimiento instantáneo con velocidad casi infinita. ^{[ 25 ]}

Star Trek también introdujo un concepto denominado Transwarp , pero sin una definición fija. ^{[ 24 ]} En efecto, es una expresión genérica que engloba todas las tecnologías y fenómenos naturales que permiten velocidades superiores a Warp 9.99. ^{[ 26 ]}

Rick Sternbach describió la idea básica en el Manual Técnico:

"Finalmente, tuvimos que crear una laguna legal para varios alienígenas poderosos como Q, que tienen la habilidad de lanzar la nave a millones de años luz en el tiempo de una pausa publicitaria. [...] Esto permite que Q y sus amigos se diviertan en el rango de 9,9999+, pero también permite que nuestra nave viaje lo suficientemente despacio como para que la galaxia siga siendo un lugar grande, y cumple con los demás criterios." ^{[ 22 ]}

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• Incrustar el gráfico 2D del motor de curvatura de Alcubierre en Google.
• Motor de curvatura en Memory Alpha
• Núcleo de curvatura en Memory Alpha
• Motor transwarp en Memory Alpha
• Motor de deslizamiento cuántico en Memory Alpha
• ¿Motor de curvatura, cuándo? Un artículo de viabilidad de la NASA. Archivado el 7 de julio de 2008 en Wayback Machine.
• Simulador de relatividad especial: ¿Cómo serían las cosas a velocidades cercanas a la de la curvatura de la Tierra?
• El motor de curvatura de Alcubierre en la Enciclopedia de Astrobiología, Astronomía y Vuelos Espaciales
• "Posible motor de curvatura" . BBC News . 10 de junio de 1999. Consultado el 5 de agosto de 2008 .
• El motor de curvatura podría convertirse en un hecho científico. Archivado el 23/11/2012 en Wayback Machine.