Curvando el tiempo y el espacio

INVESTIGADORES FINANCIADOS POR DARPA DESCUBREN ACCIDENTALMENTE LA PRIMERA BURBUJA DE DEFORMACIÓN DEL MUNDO

CHRISTOPHER PLAIN · 

(Actualizado el 12/08/21: se agregaron comentarios adicionales del Dr. White a este artículo).

El Dr. Harold G «Sonny» White, pionero de los impulsores de deformación y ex especialista en impulsores de deformación de la NASA, ha informado sobre el descubrimiento de una «Burbuja de deformación» real del mundo real. Y, según White, este primer avance de su tipo de su equipo del Limitless Space Institute (LSI) establece un nuevo punto de partida para aquellos que intentan fabricar una nave espacial de tamaño completo con capacidad warp.

En una entrevista, White agregó que “nuestro análisis numérico detallado de nuestras cavidades Casimir personalizadas nos ayudó a identificar una nano / microestructura real y fabricable que se predice que generará una densidad de energía de vacío negativa tal que manifestaría una burbuja de deformación a nanoescala real, no una analógico, pero real «. En otras palabras, una estructura de burbuja warp se manifestará bajo estas condiciones específicas. White advirtió que esto no significa que estemos cerca de construir una unidad warp en pleno funcionamiento, ya que se necesita hacer mucha más ciencia (Actualizado el 12/08/21).

“Para que quede claro, nuestro hallazgo no es un análogo de la burbuja de la urdimbre, se trata de una real, aunque humilde y pequeña, la burbuja warp”, dijo Blanca T que Debrief, “de ahí la importancia.”

Warp Bubble teórico – Estructura teórica de la burbuja de deformación: Crédito de imagen LSI

IMPULSOS TEÓRICOS WARP Y VISIONARIOS DE LA CIENCIA

En 1994, el matemático mexicano Miguel Alcubierre propuso la primera solución matemáticamente válida para el impulso warp . Más específicamente, describió un sistema de propulsión de naves espaciales que anteriormente solo se había imaginado en la ciencia ficción que puede atravesar el cosmos por encima de la velocidad de la luz sin violar las leyes de la física actualmente aceptadas.

Esa solución fue alabada por sus elegantes matemáticas, pero simultáneamente ridiculizada por su uso de materiales teóricos y enormes cantidades de energía que parecían virtualmente imposibles de diseñar de manera práctica.

Más de una década después, esta teoría experimentó un cambio importante, cuando el Dr. White, un especialista en impulso warp empleado por la NASA y fundador del muy respetado laboratorio Eagleworks, reelaboró ​​la métrica original de Alcubierre y la puso en forma canónica . Este cambio en el diseño redujo drásticamente los materiales exóticos y los requisitos de energía del concepto original, aparentemente brindando a los investigadores y fanáticos de la ciencia ficción al menos un rayo de esperanza de que un impulso warp del mundo real algún día se convierta en realidad. También resultó en el cambio de nombre informal del diseño teórico original, un concepto que ahora se conoce más comúnmente como «Alcubierre / White Warp Drive».

Desde entonces, The Debrief ha cubierto una serie de físicos e ingenieros que intentan diseñar una unidad warp viable, incluido un grupo completo de investigadores internacionales que trabajan en una unidad warp que no requiere materias exóticas . Sin embargo, como Alcubierre y White antes que ellos, los conceptos warp de estos aspirantes a visionarios siguen siendo todos de naturaleza teórica.

Ahora, parece que la situación ha cambiado.

EL TIEMPO LO ES TODO, ESPECIALMENTE A VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN

A menudo se dice que el tiempo lo es todo. Por lo tanto, no es sorprendente que cuando el Dr. White comenzó su última investigación financiada por DARPA sobre cavidades Casimir personalizadas (una estructura única a microescala con todo tipo de aplicaciones prometedoras), definitivamente no esperaba tropezar con este potencial histórico. descubrimiento, particularmente uno que apoya un concepto teórico que a menudo ha definido su personalidad pública .

“Parte del trabajo que hemos estado haciendo para la Oficina de Ciencias de la Defensa de DARPA es el estudio de algunas geometrías de cavidad de Casimir personalizadas”, explicó White en el Foro de Energía de Propulsión del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA) en agosto de 2021, un evento al que asistió The Informe . «En el proceso de hacer ese trabajo, hicimos un descubrimiento accidental».

Sin entrar en la complicada física detrás de las cavidades de Casimir y las tentadoras fuerzas a escala cuántica que a menudo se observan en estas estructuras inusuales, basta con decir que no están relacionadas de ninguna manera con la teoría o la mecánica del impulso de deformación. Al menos, nunca lo habían sido antes. Pero, dice White, es un trabajo que le apasiona a él y a su equipo de LSI, y algo que DARPA cree que tiene varias aplicaciones posibles.

Entonces, ya sea por pura coincidencia o por algún tipo de destino personal, parece que uno del puñado de ingenieros en el planeta que sabría de inmediato qué era lo que estaba mirando cuando realizaba su investigación de la cavidad de Casimir estaba en el lugar exacto correcto en el el momento exacto para notar una sorprendente similitud con su proyecto warp drive passion y su investigación actual, una observación que de otra manera podría haber pasado desapercibida.

“Creo que este es un gran ejemplo de que a veces estás trabajando por una razón y encuentras algo más que realmente no esperabas encontrar”, dijo White en la  conferencia de la AIAA .

Por lo tanto, al menos en este caso particular, parece que la sincronización lo fue todo.

REVISIÓN POR PARES Y CONFIRMACIÓN DE WARP BURBUJA

«Mientras se realiza un análisis relacionado con un proyecto financiado por DARPA para evaluar la posible estructura de la densidad de energía presente en una cavidad de Casimir según lo predicho por el modelo de vacío dinámico», se lee en los hallazgos reales publicados en el European Physical Journal revisado por pares , «un micro / Se ha descubierto una estructura a nanoescala que predice una distribución de densidad de energía negativa que se acerca mucho a los requisitos de la métrica de Alcubierre «.

O dicho de manera más simple, como lo hizo White en un correo electrónico reciente a The Debrief, «Que yo sepa, este es el primer artículo en la literatura revisada por pares que propone una nanoestructura realizable que se predice que manifestará un real, aunque humilde, burbuja de deformación «.

Este hallazgo fortuito, dice White, no solo confirma la estructura «toroidal» predicha y los aspectos de energía negativa de una burbuja warp, sino que también dio lugar a vías potenciales que él y otros investigadores pueden seguir cuando intenten diseñar, y algún día realmente construir, una verdadera -Nave espacial con capacidad warp mundial.

“Esta es una estructura potencial que podemos proponer a la comunidad que se podría construir que generará una distribución de densidad de energía de vacío negativa que es muy similar a lo que se requiere para una deformación espacial de Alcubierre”, explicó White.

Diseño nano de Warp BubbleDiseño propuesto de la nave Warp a nanoescala. Crédito LSI

UN CAMINO PROPUESTO HACIA ADELANTE

Para evaluar más a fondo sus resultados innovadores y hacer avanzar la investigación, White y su equipo han elaborado una propuesta de diseño para una «nave de impulsión de urdimbre» a nanoescala comprobable.

“Específicamente”, dijo White durante la presentación de la AIAA, “se analizó un modelo de juguete que consiste en una esfera de 1 micrón de diámetro ubicada centralmente en un cilindro de 4 micrones de diámetro para mostrar una densidad de energía de Casimir tridimensional que se correlaciona bien con la deformación de Alcubierre requisitos métricos «.

«Esta correlación cualitativa», agrega, «sugeriría que se podrían explorar experimentos a escala de chips para intentar medir pequeñas firmas que ilustran la presencia del fenómeno conjeturado: una burbuja de deformación real, aunque humilde».

White amplió aún más esa idea en otro correo electrónico a The Debrief . 

«Esta es una estructura potencial que podemos proponer a la comunidad que se podría construir que generará una distribución de densidad de energía de vacío negativa que es muy similar a lo que se requiere para una deformación espacial de Alcubierre».

Cuando The Debrief le preguntó en diciembre si su equipo había construido y probado este diseño de artesanía de urdimbre a nanoescala propuesto desde el anuncio de agosto, o si tenían planes de hacerlo, White dijo: “No hemos fabricado la esfera de un micrón en en el medio de un cilindro de 4 micrones «. Sin embargo, señaló, si el equipo de LSI se hiciera cargo de eso en algún momento, «probablemente usaríamos una impresora 3D GT con nanoescritura que imprime a escala nanométrica». En resumen, tienen los medios, ahora solo necesitan la oportunidad.

«No hay ningún plan para hacer esto actualmente», explicó White, ya que «estamos enfocados en las cavidades personalizadas de Casimir».

No obstante, después de proponer este camino adicional para futuras investigaciones, White y su equipo también han esbozado un segundo experimento comprobable que implica encadenar varias de estas burbujas de deformación creadas por Casimir en una configuración en forma de cadena. Este diseño, dijo, permitiría a los investigadores comprender mejor la física de la estructura de la burbuja de deformación ya creada, así como cómo una nave podría algún día atravesar el espacio real dentro de dicha burbuja de deformación.

“Podríamos pasar por un examen de las propiedades ópticas como resultado de estas pequeñas burbujas de deformación a nanoescala”, explicó White en la conferencia de la AIAA. «Al agregar una gran cantidad de ellos en una fila, podemos aumentar la magnitud del efecto para que podamos verlo (y estudiarlo)».

cadena de burbujas de deformaciónCadena de burbujas de deformación propuesta. Crédito de imagen LSI

ARRASTRARSE, CAMINAR, CORRER

Dado que DARPA está pagando al laboratorio de LSI Eagleworks para que explore las cavidades de Casimir y no el descubrimiento accidental de una burbuja warp, independientemente de sus implicaciones potencialmente asombrosas (al menos, todavía no), no es sorprendente que White y su equipo sigan siendo “láser- centrado ”en el trabajo en cuestión. Además, dada la naturaleza a veces reservada del trabajo financiado por grupos como DARPA, incluso si White y su equipo planeaban realizar las dos pruebas descritas una vez que se complete su proyecto actual, es posible que no se haga público de inmediato hasta que se autorice otro avance significativo. publicación.

(Nota: White confirmó a The Debrief que la investigación actual financiada por DARPA no está clasificada, de ahí su libertad para publicar el resultado de la burbuja warp. Sin embargo, el investigador normalmente próximo fue más reservado cuando se le preguntó si algún futuro, potencialmente DARPA El trabajo financiado en una nave espacial de burbujas de deformación a nanoescala podría estar a la vista una vez que este trabajo actual esté terminado).

Al final, especialmente dada la magnitud de este descubrimiento y sus implicaciones potenciales, White cree que es solo cuestión de tiempo antes de que su nave mini-warp sea diseñada y probada, un hito que él cree que avanzará lenta pero seguramente todo el proceso hacia el objetivo final de una nave espacial con capacidad warp.

“Este descubrimiento nos permite identificar una estructura real que se puede fabricar y que manifestará una verdadera burbuja de deformación ”, explicó White a The Debrief .

Cuando The Debrief le preguntó qué tan rápido una «nave» a nanoescala probada con éxito como la experimental que propuso su equipo podría escalarse a algo que realmente pueda volar en el espacio, ofreció un enfoque más realista para esta investigación, junto con un consejo casi poético ganado con esfuerzo.

“Es pronto para hacer preguntas sobre algún tipo de experimento de vuelo real”, dijo White. «En mi opinión, el primer paso es simplemente explorar la ciencia subyacente en la escala nano / micro», antes de avanzar hacia una nave más grande.

O dicho de manera más simple, como lo hizo White para terminar ese mismo correo electrónico, «Gatea, camina, corre».

(Nota del Editor en Jefe: Se publicó una actualización de este artículo el 08/12/21 para rectificar que el Dr. White ha descubierto una estructura dentro de su estudio de Casimir que teóricamente manifestaría una burbuja de deformación en condiciones de laboratorio. también se modificó para reflejar esta actualización).

Siga y conéctese con el autor Christopher Plain en Twitter: @plain_fiction 

ACLARANDO LAS TEORÍAS FÍSICAS DE WARP Y LA ENERGIA NECESARIA

Sobre la supuesta observación de una burbuja de curvatura de Alcubierre–White

Por Francisco R. Villatoro, el 10 diciembre, 2021.

Mucha gente me ha preguntado por la supuesta burbuja de curvatura accidentalmente observada por un ingeniero de la NASA que permitiría viajar más rápido que la luz. Lo siento, incluso si se hubiera observado dicha microburbuja, en ningún caso permitiría fabricar un micromotor de curvatura tipo Star Trek. El famoso Harold «Sonny» White, exingeniero de la NASA, ha logrado colar un artículo en una revista científica; presenta una simulación del efecto Casimir en el vacío entre un cilindro y dos placas paralelas. En su opinión, su resultado se parece a la densidad de energía negativa de la métrica warp de Alcubierre (si no estuviese el cilindro y si las placas paralelas fueran cilíndricas). Según White y sus coautores, su resultado augura la futura observación en laboratorio de una microburbuja de curvatura. Para más inri, el artículo propone un esquema de un futuro experimento para verificar su solución matemática que podría financiar DARPA. Nada más y nada menos. White vende humo y las redes sociales hierven con sueños trekkies.

Lo primero, fabricar una burbuja warp[1] de Alcubierre requiere cantidades de energía descomunales; una burbuja con unos metros de diámetro (para que quepa una persona dentro) necesitaría una energía negativa total equivalente a varias masas solares. Si dicha energía se acumulara en una región de pocos kilómetros acabaría formando un agujero negro. Lo segundo, la burbuja warp solo permite alcanzar velocidades superlumínicas en su interior; para un observador exterior la burbuja se mueve a velocidades sublumínicas. Para viajar a Plutón desde la Tierra habría que usar una burbuja tan grande como la órbita de Plutón. Y lo tercero, dos placas metálicas muy cercanas se atraen con una pequeña fuerza debido al efecto Casimir, que se puede interpretar como una pequeña energía negativa asociada al vacío cuántico entre dichas placas. Una cantidad de energía minúscula que es imposible amplificar poniendo más placas paralelas o haciéndolas más grandes, y que es infinitesimal comparada con la necesaria para fabricar una burbuja warp. Por tanto, la idea de White es un simple divague mental.

Todo esto lo sabe (casi) todo el mundo, pues parece que en la revisión por pares del artículo de White ha sido (intencionadamente) olvidado por los revisores. La verdad, no entiendo cómo se pueden publicar artículos de esta índole en una revista científica. El artículo es Harold White, Jerry Vera, …, Jonathan MacArthur, «Worldline numerics applied to custom Casimir geometry generates unanticipated intersection with Alcubierre warp metric,» The European Physical Journal C 81: 677 (31 Jul 2021), doi: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09484-z;  los dos primeros autores, White y Vera, trabajan en el Limitless Space Institute (cuyo director científico es White); su objetivo es la investigación en los futuros viajes interestelares, lo que llama mucho la atención de los medios. Te recomiendo en este blog leer «Harold White, su motor «warp drive» superlumínico y la NASA», LCMF, 19 ene 2013; «EmDrive: Un horno de microondas troncocónico autopropulsado», LCMF, 05 may 2015.

La contribución principal del artículo de White y sus colegas es usar el método numérico de la línea del mundo (wordline numerics) de Gies–Langfeld–Moyaerts (2003) para estimar la densidad de energía negativa debida al efecto de Casimir para un cilindro entre dos planos infinitos. Este algoritmo estima la energía del vacío usando el método de las integrales de camino. Los autores lo implementan para el caso bidimensional (2D) y lo aplican a un cilindro metálico con 1 µm de diámetro en el centro de dos placas metálicas planas separadas por 4 µm. Esta figura, a la izquierda, muestra el resultado para la densidad de energía en el vacío entre la sección circular del cilindro y las placas metálicas; el resultado es convincente, aunque en el artículo no es rigurosamente validado (se podría comparar con trabajos previos de Gies–Langfeld–Moyaerts).

White y sus colegas consideran que esta solución 2D del efecto Casimir es representativa de la solución 3D para la densidad de energía negativa de una esfera metálica dentro de un cilindro; por alguna extraña razón los revisores del artículo no han notado que no hay efecto Casimir en dicho caso. No hay que ser físico para darse cuenta que no puede haber una fuerza atractiva entre las paredes del cilindro hacia la esfera central (como ocurre con las placas paralelas infinitas); por tanto, no hay densidad de energía negativa en dicho caso. Pero White y sus colegas no se dan cuenta de su error, o no quieren darse cuenta; los revisores tampoco.

En un retruque digno de los mejores billaristas científicos, White y sus colegas argumentan que la solución 2D (en la parte izquierda de la figura) se parece al corte transversal 2D de la energía negativa 3D asociada a la métrica de Alcubierre para una burbuja warp (mostrada en la parte derecha de la figura). Contempla ambas figuras; recuerda que el círculo a la izquierda es un cilindro y que el centro de la burbuja warp a la derecha está vacío. ¿Te parecen idénticas? White y sus colegas afirman que ambas figuras son tan parecidas que en realidad son idénticas; por tanto, el cilindro entre las placas metálicas se comporta como una burbuja warp en el espaciotiempo. Así, dentro del cilindro (si mágicamente no estuviera) se observaría movimiento superlumínico (a velocidades mayores que la velocidad de la luz en el vacío).

Llegado este punto te preguntarás, ¿por qué muchos medios afirman que se ha observado una burbuja warp de tamaño microscópico? Por lo que parece, White ha dicho en una entrevista que su simulación numérica ilustra una burbuja warp de tamaño microscópico; en algún medio, con poco rigor, se ha entendido que ilustrar la idea con una figura generada por ordenador es lo mismo que ilustrar el resultado de un experimento; por ello dicho medio ha afirmado que se ha observado una microburbuja warp de forma accidental (puro sensacionalismo); el resto de los medios les han copiado decorando la noticia con nuevas hipérboles de cosecha propia. Como te acabo de contar, algo que tú mismo puedes comprobar si te lees el artículo científico, no se ha observado la microburbuja warp, ni siquiera se ha simulado por ordenador; el método numérico usado por White y sus colegas resuelve un problema que no tiene nada que ver con una burbuja warp. Que dos figuras se parezcan de lejos, muy de lejos, no significa en ningún caso que correspondan a dos sistemas físicos análogos y mucho menos que su física sea exactamente la misma.

En el año 2016 la revista Nature encargó a un escritor de ciencia ficción una pieza sobre el impacto de Star Trek en la ciencia (Sidney Perkowitz, «Science fiction: Boldly going for 50 years,» Nature 537: 165-166 (07 Sep 2016), doi: https://doi.org/10.1038/537165a). Quiso mencionar los motores de curvatura, por lo que le pidió a White un dibujo de su propuesta; Sonny contactó con el ilustrador gráfico Mark Rademaker para preparar esta figura que ilustra la métrica de Alcubierre con una especie de motor formado por un anillo de materia exótica que rodea un cilindro parecido a una nave de Star Trek (Rademaker ha creado espectaculares naves inspiradas en Star Trek, pero fuera del canon de la serie). Desde entonces White incluye dicha imagen en todos sus artículos (citando la pieza en Nature, como si citara un artículo científico, como si diera caché). El nuevo artículo también incluye dicha imagen y sugiere que la figura del efecto Casimir para el cilindro entre placas paralelas es representativa de lo que ocurriría en el interior del anillo de la figura del artista digital.

Para finalizar su artículo, White y sus colegas nos proponen un diseño de lo que sería un motor de curvatura experimental basado en su idea. Cinco cilindros metálicos micrométricos colocados en fila, cada uno con una esfera submicrométrica en su interior, todo ello enfrente de una pared y con un agujero central que recorre todo el esquema; he repetido la figura porque creo que si no lo hago no te lo creerías. Como habrás notado, la idea es una chorrada sin sentido; no sirve de nada poner cinco burbujas warp en fila india para potenciar el efecto superlumínico, pues el movimiento superlumínico solo se da en el interior de cada burbuja. Más aún, la idea del agujero en las esferas sugiere que White no tiene ni idea de lo que es una burbuja warp y piensa que sus esferas agujereadas emiten de alguna forma energía negativa hacia atrás, como por propulsión a chorro. Parece una figura de broma, pero habiendo sido publicada en un artículo en la revista The European Physical Journal C, sinceramente, me parece una broma de muy mal gusto.

En resumen, la idea de las burbujas de curvatura de Alcubierre–White como medio de transporte interestelar es irrisoria. Que se publique una simulación numérica del efecto Casimir en un artículo científico afirmando que el resultado es análogo a una burbuja warp es incomprensible. Que muchos medios publiquen noticias sensacionalistas sobre este tema me parece vergonzoso. Pero lo que más me alarma es que muchos de estos medios decoren la noticia con paparruchas, como que «esta investigación podría llegar a ser clasificada como confidencial por el Pentágono» (porque White lideró un proyecto financiado por DARPA). ¡Qué bajo caen los medios cuando publican una chorrada como noticia! Y solo porque la pueden ilustrar con una nave tipo Star Trek de Rademaker y atraer a trekkies incautos.

Si te interesa profundizar, te recomiendo leer a Miguel Alcubierre, «Warp drive basics» https://arxiv.org/abs/2103.05610, o el reciente artículo de revisión, «Introducing Physical Warp Drives» https://arxiv.org/abs/2102.06824.


[1]  El impulso warp de Alcubierre es una solución exótica en la relatividad general. Permite viajes superlumínicos a costa de enormes cantidades de materia con densidad de masa negativa. Por esta razón, el impulso warp de Alcubierre ha sido considerado poco físico. En este estudio, desarrollamos un modelo de un espacio-tiempo de impulso de distorsión general en la relatividad clásica que incluye todas las definiciones de impulso de distorsión existentes y permite nuevas métricas sin los problemas más serios presentes en la solución de Alcubierre. Presentamos el primer modelo general para impulsos de deformación esféricamente simétricos de energía positiva subluminal; construir soluciones superlumínicas de impulso de distorsión que satisfagan las desigualdades cuánticas; proporcionar optimizaciones para la métrica de Alcubierre que reducen los requisitos de energía negativa en dos órdenes de magnitud; e introducir un espacio-tiempo de impulso de deformación en el que la capacidad espacial y la tasa de tiempo se pueden elegir de manera controlada. Conceptualmente, demostramos que cualquier impulso warp, incluido el impulsor Alcubierre, es una capa de material regular o exótico que se mueve inercialmente con una cierta velocidad. Por lo tanto, cualquier impulso warp requiere propulsión. Demostramos que una clase de espacio-tiempo de impulsión de tejido esféricamente simétrica y subluminal, al menos en principio, puede construirse sobre la base de los principios físicos conocidos por la humanidad en la actualidad.