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lunes, julio 31, 2006

Horizonte Final: Gravedad y electromagnetismo

Carátula de Horizonte FinalLa semana pasada pusieron en la tele la película Horizonte Final, a la que dediqué un envío hace ya mucho tiempo, con relación a la forma en la que las naves se mantienen en la atmósfera de Neptuno. Hoy le toca al motor gravítico de la nave Event Horizon. En la peli, Sam Neil explica que mediante campos magnéticos se crea una singularidad que permite plegar el espacio-tiempo, de forma que dos puntos del espacio muy alejados entre sí, se junten temporalmente y la nave se desplace instantáneamente de un sitio a otro. Para explicarlo coge un poster, le hace dos agujeros, y lo dobla, haciendo coincidir los agujeros. El personaje explica también que el inmenso campo gravitatorio de la singularidad (un agujero negro, para entendernos), es contenido mediante campos magnéticos.

Bien, el retorcer el espacio-tiempo es un tema recurrente en la ciencia ficción para explicar viajes a velocidades superiores a la de la luz, pero sin superarla en realidad, y por tanto sin violar la Relatividad Especial. Y no sólo en la ficción, ya que este concepto aparece en los agujeros de gusano o el motor de Alcubierre. Sin embargo, la forma en la que se crea la singularidad y se contiene el campo gravitatorio, no es posible. La gravedad y el electromagnetismo no están ligados de esa manera. No se puede generar o anular un campo gravitatorio a partir de un campo electromagnético.

Es cierto que existe la llamada Teoría del Todo, que intenta unificar las cuatro fuerzas fundamentales (interacciones, más bien), entre las que se encuentran la gravedad y el electromagnetismo, y que el propio Einstein intentó unificar ambos. Es un camino lleno de dificultades, ya que la gravedad y el electromagnetismo son interacciones de naturaleza muy diferente. El electromagnetismo gira en torno al fotón, una partícula subatómica sin carga ni masa que se desplaza a la velocdad de la luz, y que actúa como portador de la interacción. Es decir, cuando dos objetos con carga eléctrica se atraen o se repelen, lo hacen porque se intercambian fotones entre ellos. La gravedad sin embargo es una deformación del espacio-tiempo, producida por el mero hecho de que un objeto tenga masa. Según la Relatividad General, ni siquiera sería realmente una fuerza (algo que expliqué hace algún tiempo). Para poder unificar ambas fuerzas, es necesario primero reformular la gravedad tal y como la entendemos en la actualidad, en una teoría de gravedad cuántica, en la que la interacción gravitatoria sea transportada por una partícula subatómica llamada gravitón (al igual que el fotón en el electromagnetismo). Y no basta con que a alguien se le ocurra una teoría estupenda. Hay que verificarla, y para ello debería predecir cosas de forma diferente a la Relatividad General, de forma que se pueda hacer un experimento y ver a qué teoría se ajusta el resultado observado. Y de momento no se ha conseguido con éxito.

En cualquier caso, aunque los científicos consiguan unificar ambas interacciones, eso no cambiaría la realidad que observamos. Y esa realidad nos dice que un campo electromagnético no genera ni anula un campo gravitatorio. La unificación de ambas interacciones se produciría en condiciones extremas, y no es el caso de la Event Horizon, donde se puede pasear a pocos metros del motor gravitatorio, e incluso tocarlo. ¿Y los imanes que levantan toneladas de peso? ¿Y los trenes que levitan mediante electromagnetismo? Bueno, en estos casos hay que tener muy claro que el campo magnético no interactua con el gravitatorio de ninguna manera. Simplemente genera una fuerza igual y opuesta al peso del objeto en cuestión. Pero no anula la gravedad, al igual que no lo hace el suelo que pisamos y evita que nos hundamos hacia el centro de la Tierra.

24 comentarios:

  1. Otro problema añadido sería que si creas un agujero negro, no conectas dos puntos del espacio-tiempo; creas un singularidad física con todo lo que ello conlleva.
    Si nos referimos a agujeros de gusano, que sería más bien lo que intentarían usar, ambos extremos de éste se encontraría próximos en el momento de su creación y no en el sitio al que queramos viajar. Todavía nos quedaría llevar por medios más mundanos uno de los extremos al emplazamiento deseado. Ahora bien entonces el Event Horizon no sería una nave espacial sino más bien una de las estaciones de transito mal diseñada.

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  2. "En cualquier caso, aunque los científicos consiguan unificar ambas interacciones, eso no cambiaría la realidad que observamos".

    ¿Ni aunque en un futuro se construyera un ciclotrón capaz de provocar durante un cortísimo instante (en el rango del valor de la constante de Plank) de tiempo las condiciones para las que esas interacciones se unifican según la hipotética Teoría de la Gran Unificación? Bueno, entonces el problema radicaría en disponer de una fuente de energía capaz de alcanzar las condiciones del Universo cuando tenía 10^43 segundos de edad...

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  3. Perdón, quise decir 10^-43 segundos.

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  4. Echadle un vistazo a este enlace:
    http://www.universomarvel.com/news/2006/08/podr-haber-una-mujer-invisible-en-el.html
    Hay un articulo de un fisico acerca de la invisibilidad. Muy interesante

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  5. Cuando vaya a escribir mi libro de ciencia ficción, ¿cómo diablos voy a lograr mover las naves más rápido que la luz?

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    1. Podrias hacer lo que hacen la mayoria de los escritores de ciencia ficcion, ambientar la e historia en un universo paralelo con leyes de la fisica casi iguales a las nuestras en donde viajar mas rapudo que la luz es posible mediante algun(os) metodo(s) determinado(s)... mmm... ¿un universo asi es representable matematicamente?

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  6. Bueno, entonces el problema radicaría en disponer de una fuente de energía capaz de alcanzar las condiciones del Universo cuando tenía 10^-43 segundos de edad...

    Precisamente. Por eso, aunque se encuentre una teoría que unifique ambas fuerzas, no serviría de mucho en condiciones "normales". Es como la Relatividad Especial. Vale, sabemos que el tiempo se ralentiza con la velocidad, pero a "nivel de calle", apenas se nota.

    Cuando vaya a escribir mi libro de ciencia ficción, ¿cómo diablos voy a lograr mover las naves más rápido que la luz?

    Hay muchas posibilidades (dentro de la ficción, claro). http://www.projectrho.com/stardrv.txt es una guia muy completa de todas las posibilidades ofrecidas por la ciencia ficción. Las más conocidas supongo que son el uso de algún tipo de "hiperespacio", donde las leyes físicas sondistintas, o las distancias son más cortas, y el uso de "saltos", en los que la nave sale y entra de nuestro universo por distintos puntos de forma instantánea.

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  7. Hola, según tengo entendido hay distintas soluciones a las ecuaciones de Einstein que permitirian, al menos en teoria, moverse a grandes velocidades.

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  8. una pregunta sobre la pelicula Alf,
    hay un momento en la que un tripulante se vuelve loco, sale a un compartimento estanco, y lo despresuriza. entonces se ve una escena de lo mas macabra, pero a fin de cuentas, ¿puede la piel resistir la presion humana sin hacer explotar al cuerpo? de ser asi, ¿cuanto tiempo podria un ser humano vivir en tales condiciones?

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  9. Según la teoria de la relatividad la velocidad de la luz en el vacio es de 3*10_8 m/s, y no varia en función del sistema de referencia, pero no dice que nada pueda ir más rapido que ella.

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  10. Sin tener demasiada idea del tema, a mí me suena que la velocidad de la luz en el vacío no puede ser superada en nuestro espacio-tiempo. Sin embargo, sí se puede superar la velocidad de la luz en otros medios.

    Por otra parte, hay unas partículas hipotéticas llamadas taquiones, que lo que no pueden es ir por debajo de la velocidad de la luz en el vacío.

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  11. Según la teoria de la relatividad la velocidad de la luz en el vacio es de 3*10_8 m/s, y no varia en función del sistema de referencia, pero no dice que nada pueda ir más rapido que ella.

    Sí que lo dice, porque todos los objetos conocidos tienen masa, salvo los fotones que no la tienen y por eso pueden viajar a la velocidad de la luz. El hecho de tener masa impide que podamos viajar a la velocidad de la luz ya que, según las transformadas de Lorentz-Einstein, se requeriría una energía infinita para alcanzarla.

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  12. Dicen que hubo una despresurización accidental en una cámara de vacío de la NASA, con un técnico desprotegido dentro. La despresurización duró poco tiempo, como un minuto, y el hombre se recuperó. La gente no explota como en Atmósfera Cero. Se comenta que lo último que recordaba la víctima antes de desmayarse fue la saliva de su boca comenzando a hervir. Lo que no sé es donde he leído yo esta historia recientemente.

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  13. Alberto, Golias te ha contestado mejor de lo que yo hubiera podido, con una experiencia real. Hay más información sobre los daños ante la exposición al vacío en

    http://www.sff.net/people/Geoffrey.Landis/vacuum.html

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  14. "Cuando vaya a escribir mi libro de ciencia ficción, ¿cómo diablos voy a lograr mover las naves más rápido que la luz?"

    Si la velocidad de la luz es demasiado baja para tus necesidades, siempre puedes hacer como en Futurama: aumentar la velocidad de la luz XD

    saludos.

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  15. A mí me gusta el sistema de Asimov: transformarte en taquiones. En sus novelas no hacen falta ni ordenadores para usar sus naves. Los cálculos a base de paple y lápiz.

    Por cierto. ¿El gravitón tiene algún viso de ser una partícula real o no?. Porque si es verdad, se descubre; y se pudiera

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  16. Creo que en las novelas de Asimov, recurría al concepto de "salto", y las naves se trasladaban de forma instantánea.

    Sobre el gravitón, pues podría existir o no. La Relatividad General no permite la existencia de gravitones, pero para la Gravedad Cuántica (gravedad en términos de Mecánica Cuántica) es necesaria su existencia. Una de las dos teorías está equivocada (o las dos, aunque espero que no).

    Bueno, resumiendo, que a priori no podemos descartar el gravitón sin más.

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  17. Bueno vi un comentario que decia que segun de la teoria de la relatividad en ningun lado mencionaba que la velocidad de la luz no es pudiara superar. Si casi cierto.

    En si dice que la velocidad de la luz es una invariante en el vacio. Tanto por lo tanto si hay un cambio de su velocidad (incluido un cambio de direccion) este se tiene que deber a algun tipo de singularidad o curvatura en el espacio.

    Aca biene el asunto si quiero aumentar la velocidad de algo tengo que aplicar una fuerza para que acelere. Bueno a bajas velocidades (respecto de la luz). Toda la fuerza es para incrementar la velocidad. Pero cuando nos acercamos a la velocidad de la luz cada vez una parte mas grande de esta fuerza en ves de incrementar la velocidad incrementa la masa del objeto en cuestion. Cuando estamos muy cerca de la velocidad de la luz toda la fuerza aplicada se convertiria en masa y no en en mas velocidad. Por lo tanto tendriamos un objeto de masa cada vez mas grande lo cual tambien lo haria mas dificil de acelerar. Y por lo tanto no se podria alcanzar la velocidad de la luz ni hablar de superarla. Dentro del espacio normal. Ahora en ciencia ficcion todo vale. Pero con la condicion que no lo analices muy a fondo por que te encuentras con dos impedimentos

    1) Rompes una ley o teoria fisica mas o menos establecida.
    2) O te tienes que ir a ver a teorias muy nuevas de las cuales todavia se estan discutiendo sus efectos.

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  18. Es más o menos así, aunque con un matiz muy sutil. La masa no aumenta en realidad, aunque a efectos prácticos, parece que lo hace, ya que cada vez debemos aplicar una fuerza mayor para conseguir la misma aceleración. Como digo, es un detalle sutil:

    http://malaciencia.blogspot.com/2005/09/la-masa-relativista.html

    Todo se resume a que, según la Relatividad Especial, la fórmula de la fuerza es:

    F=m·?·a

    y ? es el factor de Lorentz, que depende de la velocidad. En reposo es 1, y así tenemos la fórmula de la mecánica clásica F=m·a. Y cuando la velocidad se acerce a c, ? tiende a infinito.

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  19. hey escucharon algo de un cientifico llamado burckhard o algo asi que dice algo de eso de modificar la gravedad. segun lei en Muy Interesante el tipo modifico unas ecuaciones de la relatividad general, hizo experimentos y algo logro. me gustaria saber si es cierto

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  20. http://malaciencia.blogspot.com/2005/09/la-masa-relativista.html

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    1. A todo esto, el electromagnetismo depende del ¿foton?

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  21. Llamemoslas fuerzas y hagamos que convivan juntas pero separadas. Si un campo magnético reduce la graveda de mi masa, que resultado obtendría?

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  22. los fundamentos de la mecánica cuántica solo son posibles de un modo riguroso desde el punto de vista de la relatividad generalizada, solo de esa manera se podrán unificar relatividad general con mecánica cuántica,intentando reducir el campo electromagnético a un elemento geométrico de una variedad riemaniana análoga a la variedad fundamental de la relatividad general, siguiendo los intentos de einstein al extender la gravitación a la luz con la teoría del foton y del campo no simétrico, por eso es que todavía no se logro unificar las dos teorías.

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