«Ciencia Pop» es una serie de posts que comentan y explican la ciencia que vemos en la cultura pop, como películas y series de TV. ¿Está basada en ciencia real? ¿Existe ya? ¿Podría existir en el futuro? Son algunas de las preguntas que buscamos responder. Puedes ver el resto de los posts aquí. Si quieres sugerir algún tema para comentar en esta sección, envíalo aquí.
En más de una ocasión, lo único que logró salvar a Han Solo, Chewbacca, y a los hermanos Skywalker de ser alcanzados por las naves imperiales, fue el Halcón Milenario y sus saltos al hiperespacio, permitiéndoles escapar a la velocidad de la luz.
La velocidad de la luz es la velocidad límite en el Universo: nada ni nadie, ni siquiera el Halcón Milenario, pueden viajar más rápido que ella. En el universo de Star Wars, sin embargo, Han Solo puede activar fácilmente el hyperdrive o warp drive, para deformar y entrar al hiperespacio, donde el viaje a la velocidad de la luz es posible. Cabe notar que el warp drive también hace su aparición en Stark Trek y en muchos otros trabajos de ciencia ficción, pero en este blog somos más fanáticos de Star Wars 😉
¿Por qué es la velocidad de la luz el límite de velocidad en el Universo? ¿Podría en la realidad alguna nave viajar a la velocidad de la luz? ¿Es posible deformar el espacio para alcanzar esta velocidad? Te lo contamos a continuación.
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¿Qué es la velocidad de la luz?
La velocidad de la luz es una constante física universal, normalmente simbolizada como c, y que tiene un valor de 299.792.458 m/s, que suele aproximarse a 300.000.000 m/s. Este valor está dado por las distintas constantes físicas que gobiernan nuesto universo, y fue determinado por éstas al momento de la creación del universo, en el Big Bang. Lo único que han hecho los científicos es medir la velocidad de la luz para descubrir su valor exacto.
Los fotones son las partículas que viajan a la velocidad de la luz, ya que la luz está compuesta por fotones. Los fotones son las únicas partículas elementales que existen libremente y que no poseen masa. Que no posean masa es, justamente, la razón por la que son las únicas partículas que pueden viajar a la velocidad de la luz.
Todas las partículas del Universo, incluídos los fotones, se mueven a través de lo que los científicos llaman «el campo de Higgs», un campo de energía que, se cree, está presente en todo el Universo. Cuando las partículas interactúan con el campo de Higgs, van obteniendo su masa. Las partículas interactúan con este campo en distinto grado: es por eso que algunas partículas son más livianas y otras más pesadas. Los fotones, sin embargo, se mueven a través del campo de Higgs, pero no interactúan por el. Es por eso que los fotones no poseen masa.
¿Por qué la velocidad de la luz es el límite?
El hecho de que los fotones se muevan por el campo de Higgs, pero sin interactuar con él, hace que ellos no tengan masa y, por lo tanto, no tengan límite de velocidad (sin pasarse del límite de la velocidad de la luz, claro). Cualquier otra partícula que tenga masa tendrá un límite de velocidad, lo cual se expresa en la fórmula más conocida de la física:
En relatividad especial, la energía de un objeto de masa m y velocidad v está dada por γmv², donde γ es el llamado factor de Lorentz, que representa los cambios de masa de un objeto en movimiento:
A medida que v comienza a acercarse a c, γ comienza a hacerse infinito. Es decir: para acelerar una partícula con masa a la velocidad de la luz, es necesaria una energía infinita, lo cual es imposible de conseguir.
Por lo tanto, el límite de velocidad al que una partícula puede moverse, está dado por la velocidad a la que una partícula sin masa pueda hacerlo, y ya vimos que este es el caso del fotón, que viaja a la velocidad de la luz.
Como un fotón viaja al límite de velocidad, para él, el tiempo no existe. Un fotón que sale de la luz de una estrella a 100.000 años luz de distancia, demora 100.000 años en llegar a nuestros telescopios… sin embargo, eso es en nuestro sistema de referencia humano. Si pudiésemos estar dentro del fotón, lo que ocurriría es que en un instante el fotón nacería en la estrella y, al instante siguiente, estaría en el telescopio. El tiempo no existe para un fotón, desde su punto de vista, todos sus movimientos son instantáneos.
¿Cómo logra el Halcón Milenario viajar a la velocidad de la luz?
Con lo que explicamos arriba, ya queda claro que el Halcón Milenario no puede, simplemente, acelerar hasta alcanzar la velocidad de la luz: esto es imposible para una partícula con masa, ¡mucho peor para una nave espacial! Es por eso que el mecanismo que utiliza el Halcón Milenario para viajar a la velocidad de la luz se basa en un warp drive: un sistema que, en lugar de acelerar la nave, modifica el espacio-tiempo alrededor de la nave para simular un viaje a la velocidad límite.
Lo que hace el warp drive no es acelerar la nave, sino deformar el espacio a su alrededor, de modo que el punto al que se quiere llegar quede justo frente a la nave. De ese modo, deformar el espacio genera un fenómeno equivalente a los movimientos instantáneos según el punto de vista de un fotón… y, desde el punto de vista de Chewbacca o Han, es equivalente a viajar a la velocidad de la luz. Este espacio deformado por donde la nave viaja es lo que llaman el hiperespacio.
Aquí un video que explica cómo una nave iría deformando el espacio frente a ella, para avanzar de manera instantánea:
¿Podría un warp drive existir en la realidad?
Existen varios estudios, incluso con papers científicos publicados, sobre la viabilidad de construir un verdadero warp drive. En la ciencia ficción, el funcionamiento de los warp drives se basa en la «energía negativa», lo cual no es un concepto físico real.
Sin embargo, la teoría de cuerdas parece dar una pequeña esperanza: en teoría, podría ser posible modificar el espacio-tiempo y generar saltos en el hiper espacio. Sin embargo, estas conjeturas son sólo teóricas, y aunque se pudieran comprobar, aún no se cuenta con la tecnología para construir un aparato de ese estilo.
Algunos estudios realizados por estudiantes de la Universidad de Leicester señalan que un proceso así emitiría una enorme cantidad de rayos X, pudiendo incluso matar a los tripulantes de la nave… pero, ¿lo peor? Como la nave no aceleraría realmente, no veríamos las estrellas alargarse como lo hacen Han Solo y Chewy, y el paisaje sería bastante más aburrido:
Por ahora, los viajes a la velocidad de la luz y la deformación a voluntar del espacio-tiempo seguirán sólo existiendo en el reino de laciencia ficción. Pero en el futuro, ¿quién sabe? Quizás nuestro tataratataranietos puedan viajar a una galaxia muy, muy lejana, sin tardar más de algunos segundos.
BONUS
En el Episodio IV, Han Solo presenta al Halcón Milenario usando una conocida frase:
“¿No has oído hablar del Halcón Milenario? ¡Es la nave que hizo la carrera Kessel en menos de doce pársecs!”
Sin embargo, lamentablemente nuestro amigo Han aquí comete un error astronómico: un pársec es una medida de distancia, no de velocidad. Y, aunque hubiese estado en el contexto físico correcto, de todas formas el concepto utilizado estaría erróneo: el pársec relaciona ángulos con distancias de objetos en el cielo, desde la perspectiva de la Tierra. Utilizar pársecs sólo tiene sentido para medir la distancia a objetos cuando son observados desde la Tierra y, además, solo funciona bien para objetos cercanos a nosotros. ¿En Kessel? Imposible.
Links de interés
Star Wars: What would hyperspace travel really look like? — University of Leicester
Star Wars ‘hyperdrive’ space flight explored by physicists — The Telegraph
Hyperdrive — Wookiepedia, the Star Wars wiki
4 things in Star Wars you’ll never see in real life, 4 your might — Nerdclave
Perdona mi ignorancia, pero ¿las ondas electromagnéticas no viajan a la velocidad de la luz? ¿Esta radiación contiene partículas o es solo un fenómeno ondulatorio? Otra duda, los fotones no tienen masa, pero sí energía ¿o no? Si la respuesta es sí ¿cómo es eso, no que la energía y la masa son intercambiables?
Hola,
si, las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz. No profundicé en el tema de las ondas ya que habría tenido que explicar la dualidad onda-partícula, que es un poco complicado y se escapaba del interés de este artículo. Las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz, porque justamente, son luz. La luz se comporta como onda y como partícula, dependiendo del medio donde se encuentre y de la interacción que tenga con éste.
Los fotones sí tienen energía, pero esto no implica directamente que tengan masa. La energía de un fotón depende sólo de la longitud de onda que tenga dicho fotón. Sabemos que la luz está compuesta por un espectro, que va desde el infrarojo hasta el ultravioleta, pasando por varios otros entremedio (y sólo un pequeño porcentaje de este espectro corresponde a luz visible). Como mencioné más arriba, la luz se comporta como onda y partícula a la vez: la longitud de onda de la versión «onda» de la luz, dará el equivalente de la energía de la versión «partícula».
Como ves, el tema no es sencillo de explicar ni de entender, mucho menos en esta instancia. Te recomiendo leer sobre la dualidad onda-partícula de la luz, si deseas ahondar en el tema.
¡Saludos!