Por qué viajar a velocidades cercanas a la de la luz podría matarte

Estas distancias tan abrumadoras nos complican mucho el trabajo porque se necesitarían grandes cantidades de combustible, sistemas de soporte vital y provisiones para cubrirlas. De hecho, incluso aunque consiguiéramos alcanzar la velocidad de la luz, el viaje podría durar centenares de miles o millones de años, dependiendo de a dónde pusiéramos rum…

¡Eh, eh, eh! ¡Espera un momento! Te olvidas de una cosa: ¿no comentabas en otra entrada que el tiempo pasa más despacio si te mueves a velocidades cercanas a las de la luz? ¿Eso no nos ayudaría a movernos más deprisa por el universo?

Buena observación, voz cursiva, aunque faltaría matizar un par de detalles.

Los tripulantes de una nave que se moviera a una velocidad cercana a la de la luz experimentarían los efectos extremos de la dilación temporal y la contracción de la longitud predichos por la teoría de la relatividad especial de Einstein. En resumidas cuentas, cuanto más parecida sea la velocidad de tu nave a la velocidad de la luz, más rápido pasará el tiempo para ti respecto al exterior y más corta te parecerá la distancia que te separa de tu destino.

Por ejemplo, si vas en una nave a 260.000 km/s, notarás que el tiempo pasa el doble de rápido para ti respecto a un observador externo que flota sin moverse en medio del espacio. Como resultado, si pudieras sacar la cabeza por la ventanilla de la nave y mirar el reloj de pulsera del observador con unos prismáticos, te parecería que las agujas de su reloj se mueven el doble de lento de lo habitual. Y lo mismo percibiría él si te observara a ti.

Pero ojo, porque, por separado, a cada uno le parecería que las agujas de su propio reloj de pulsera se mueven al ritmo de siempre. Ninguno de los dos notaría ningún fenómeno extraño hasta que viera al otro moviéndose a cámara lenta. Pero, curiosamente, a causa de otros detalles de la relatividad que seguramente tendré que comentar en otra entrada, en cuanto vuelvas de tu viaje y bajes de la nave te encontrarías que el observador que estaba quieto habría envejecido el doble que tú mientras estabas de viaje (algo que también pasa si los dos estáis metidos en campos gravitatorios diferentes, como comentaba en esta otra entrada sobre la relatividad general y la película Insterstellar).

El caso es que, desde el punto de vista de un observador externo, una nave que se moviera a una fracción considerable de la velocidad de la luz tardaría más de cien mil años en cruzar la Vía Láctea. PERO, y aquí lo curioso del fenómeno, gracias a los efectos de la dilación temporal y la contracción de la longitud, desde el punto de vista de sus tripulantes sólo habrían pasado unas décadas.

¿Ves? ¡Al final todo se soluciona solo! ¡Cuando realmente quieres algo, el universo conspira para que lo logres! 

Espera, espera, voz cursiva, llévate las referencias a Paulo Coelho a otro blog, porque hay un detalle que no se enseña a menudo en las historias de ciencia-ficción: como hemos visto, el tiempo sólo pasa más rápido para la gente que se mueve a velocidades cercanas a la de la luz. Por tanto, aunque la tripulación de una nave cuasi-lumínica pueda cruzar la galaxia en unas décadas, durante su viaje habrán pasado más de cien mil años para el resto del universo, que no se mueve a la misma velocidad. Como resultado, en cuanto la tripulación vuelva a su planeta natal tras completar su misión en la otra punta de la galaxia, todos sus seres queridos habrán muerto hace mucho tiempo y es posible que el mundo sea un lugar completamente irreconocible para ellos, dependiendo de cuánto tiempo que hayan pasado dando vueltas por el espacio.

No es un escenario especialmente atractivo para los astronautas que tengan pensado volver a ver a su familia y amigos pero, al menos, teóricamente podríamos usar este método para mandar misiones al otro lado de la galaxia sin necesidad de enfrentarnos a los problemas y riesgos que traen consigo los sistemas de soporte vital que mantengan a la tripulación en un estado de suspensión durante miles de años o sin construir una especie de nave generacional en la que sean los descendientes de los astronautas originales quienes lleguen al destino seleccionado.

Bueno, hay gente que se prestó voluntaria para ir Marte y no volver a ver a sus familias, así que no creo que encontrar voluntarios para colonizar la galaxia a velocidades cuasi-lumínicas vaya a ser un problema. ¡Venga, rápido, empecemos a mandar a gente al espacio a la velocidad de la luz!

No tan deprisa, voz cursiva: para que este invento funcione, primero tendremos que encontrar la manera de acelerar nuestras naves hasta velocidades cercanas a las de la luz. Y esa es una de esas cosas que es muy fácil decir, pero no tanto hacer.

Para acelerar cualquier objeto hasta la velocidad de la luz necesitaríamos una cantidad de energía infinita, por muy pequeña que sea su masa. Es por eso que, como mucho, «sólo» podemos aspirar a alcanzar velocidades más o menos cercanas a esta cifra. Aun así, propulsar un objeto hasta una fracción considerable de velocidad de la de la luz requiere una cantidad de energía tremenda.

Hay pocas sustancias que proporcionen las grandes cantidades de energía por unidad de masa necesarias para proporcionar velocidades de esta magnitud, aunque un buen candidato sería la antimateria que, al reaccionar con la materia ordinaria, el 100% de la masa involucrada se convierte en energía. Para comparar esta cifra con algo, asumiendo que fuéramos capaces de utilizar toda la energía liberada por la reacción (que no lo somos), hubieran bastado 2 mg de antimateria para  poner en órbita el Space Shuttle, una proeza que requería 1.700.000 kg de combustible químico cuando estaba en servicio.

Impresión artística de una nube de antihidrógeno atrapada en el interior del experimento ALPHA del CERN, que en 2011 consiguió mantener la antimateria confinada durante 16 minutos. (Fuente)

Pero, para variar, la realidad no es tan benevolente como nos gustaría: incluso si tuviéramos un motor que extrajera energía de la reacción entre materia y antimateria, necesitaríamos decenas de kilos de antimateria por cada kilo de nuestra nave (y su carga) sólo para llegar hasta las estrellas más cercanas. La cantidad aumentaría hasta cientos de miles de toneladas por kilo de nave para movernos por la Vía Láctea y hasta miles de millones de toneladas para alcanzar otras galaxias cercanas, como Andrómeda.

Y de aquí surgen dos problemas.

En primer lugar, la antimateria tiene masa, así que cada kilo adicional de combustible que se añada a la nave necesitará aún más antimateria para acelerarlo hasta la velocidad deseada junto con el resto del aparato. Por si esto fuera poco, la antimateria es un material extremadamente difícil de producir y prácticamente se tiene que sintetizar átomo por átomo en el interior de un colisionador de partículas. De hecho, el proceso es tan lento que, aunque se usara el CERN únicamente para producir antimateria, tardaría 1.000 millones de años en producir un sólo gramo de esta sustancia.

¡Qué pesado! ¡Ya encontraremos antimateria desperdigada por algún lugar del universo! ¡La cuestión es que no sabemos de lo que seremos capaces en el futuro! ¡Seguro que a alguien inventará alguna tecnología que nos permita acelerar nuestras naves más fácilmente hasta velocidades cercanas a las de la luz! 

Sí, claro, es posible que en el futuro encontremos soluciones que ahora mismo no somos capaces de ver. Pero hay otro problema que nos molesta tanto hoy en día como lo hará en el futuro: incluso suponiendo que pasan los años y descubrimos una tecnología que casi nos permite alcanzar la velocidad de la luz, una nave que se moviera tan rápido no sólo se deterioraría, sino que sus tripulantes podrían acabar muertos en poco tiempo.

¿Qué? ¿Cómo iba a ser tan malo el simple hecho de ir muy rápido en una nave?

Mejor me explico.

En otras entradas y vídeos he hablado sobre la radiación nuclear, que no son más que partículas que se mueven bastante rápido y que a veces se estrellan contra nosotros. Cuanto más deprisa se mueven estas partículas y más masivas son, mayor es el daño que provocan contra cualquier cosa con la que chocan (incluyendo nuestras células, como comentaba en esta otra entrada).

El problema de moverte muy rápido por el universo es que el espacio no está completamente vacío. En el medio interestelar, por ejemplo, hay entre un millón y un billón de partículas por metro cúbico así que, al moverte a través de la galaxia a velocidades cercanas a las de la luz, estas partículas que flotan por el espacio chocarán contra tu nave a esa misma velocidad. 

Y este fenómeno, que parece una chorrada, es muy peligroso.

Para hacernos una idea de la magnitud de este efecto, una nave que se desplazara por la galaxia a unos 30.000 km/s (el 10% de la velocidad de la luz, que tampoco es mucho) absorbería radiación correspondiente a una energía de 22.6 Joules cada segundo (tomando como referencia la masa de un núcleo de hidrógeno). Si el piloto de la nave pesara 80 kg, esto equivaldría a recibir una dosis de 3.56 Sieverts de radiación cada segundo. Teniendo en cuenta que, durante el bombardeo de Hiroshima, la mitad de la gente que se vio expuesta a una dosis de radiación superior a 4,5 murió, podéis imaginar que recibir una dosis similar cada segundo no es precisamente bueno para la salud.

Bueno, vale, pero la idea no es explorar el espacio en pelotas y a pulmón, sino dentro de una nave que te proteja de estas cosas.

En eso tienes razón, voz cursiva: al fin y al cabo, el fuselaje de las naves actuales protege hasta cierto punto a sus tripulantes de la radiación del espacio. Pero también debes tener en cuenta que ningún vehículo espacial actual se mueve, ni de lejos, a una fracción considerable de la velocidad de la luz. De hecho, se ha calculado que harían falta entre 4,4 y 4.400 metros de plomo para detener la radiación derivada de moverse a velocidades cercanas a las de la luz, dependiendo de cuánto quieras acercarte a este límite cósmico. Y ese peso adicional de todo ese blindaje sería un problema, desde el punto de vista del combustible.

Protección de polietileno que utilizan en la Estación Espacial Internacional para proteger a los astronautas de los niveles de radiación que hay en órbita. No servirían para viajar a la velocidad de la luz. (Fuente)

En realidad, teniendo en cuenta que tienes que alcanzar más del 99% de la velocidad de la luz para los efectos de la dilación temporal realmente reduzcan de manera significativa la duración del viaje, de momento lo llevamos claro: con lo que sabemos ahora del universo, parece que no nos quedará más remedio que colonizar la galaxia con calma, a lo largo de millones de años.

Por supuesto, todo esto no tiene por qué excluir que en un futuro se logren resolver superar los retos que nos impiden movernos a grandes velocidades. Se han propuesto conceptos como el motor de Alcubierre o los agujeros de gusano que nos permitirían «hacer trampas» y saltarnos el límite de velocidad cósmico… Pero se trata de ideas que pertenecen exclusivamente al reino de las teorías. Parece que, al menos de momento, el viaje a velocidades parecidas a las de la luz queda muy lejos del alcance de nuestra tecnología actual.

Y hasta aquí la entrada de hoy, os dejo con la parte que todos estabais esperando secretamente.