Métrica de Alcubierre 1

Métrica de Alcubierre

Gráfico de la impulsión de Alcubierre, mostrando las regiones opuestas, contraída yextendida, del espacio-tiempo respecto al sector central en el cual se ubica la burbuja

plana de deformación.

En 1994 el físico mexicano MiguelAlcubierre publicó en la revistacientífica Classical and QuantumGravity[1] un modelo matemático quesupondría posibles los viajes avelocidades mayores que c (velocidadde la luz), es decir, superlumínicosefectuando trucos con elespacio-tiempo, Alcubierre plantea lamétrica que lleva su nombre como unasolución a algunas ecuaciones deEinstein en el marco de la TeoríaGeneral de la Relatividad.

Implícitamente lo postulado por Alcubierre parte de que la materia causa curvaturas o deformaciones (en ingléswarps) dentro del "tejido" espaciotemporal.

Idea general (el Impulso por deformación)La métrica de Alcubierre tiene como una de sus conclusiones más llamativas la posibilidad de un viaje a mayorvelocidad que la luz al crearse una burbuja de deformación plana dentro de la cual se situaría estacionariamente lacosmonave; detrás de la cosmonave el espaciotiempo sería deformado extendiéndole mientras que por contrapartedelante de la cosmonave el espaciotiempo sería contraído o contractado poniendo así el punto de destino mucho máscerca, mientras que "detrás" de la nave el espaciotiempo quedaría expandido "empujado" hacia atrás gran cantidad deaños luz, todo esto sin que el espacio y el tiempo dentro de la burbuja de deformación plana en que se hallaría lacosmonave se modificara notoriamente.En tal caso la nave (para hacer una analogía) "surfearía" sobre una especie de ola espaciotemporal dentro de la"burbuja de deformación plana" que es plana por permanecer estable entre las dos distorsiones (la anterior y laposterior) provocadas en el espaciotiempo (se crearía una distorsión local del espacio-tiempo).Existirían enormes fuerzas de marea en la región periférica de la supuesta burbuja debidas a las curvaturasprovocadas en el espacio-tiempo sin embargo tales fuerzas serían despreciables en el interior de la burbuja dado elcarácter plano que allí tendría el espacio-tiempo (véase gráfico).No se violaría ninguna ley física de las previstas por la teoría de la relatividad ya que dentro de la "burbuja dedeformación" nada superaría la velocidad de la luz; la nave no se desplazaría dentro de tal burbuja sino que seríallevada por la misma, la nave dentro de la burbuja nunca viajaría más rápido que un haz de luz.La nave y sus presuntos tripulantes estarían exentos de sufrir los efectos devastadores provocados por lasaceleraciones con sus correspondientes enormes fuerzas g, desaceleraciones o los efectos relativistas como lacontracción de Lorentz y la dilatación del tiempo a altas velocidades. Alcubierre ha podido demostrar que inclusocuando la nave está acelerando viaja en una caída libre geodésica.Sin embargo, el que la burbuja de deformación permita viajes supralumínicos se debe a la posibilidad de que el propio espacio-tiempo en el cual viaja la luz tenga la capacidad de superar la velocidad de la luz. La Teoría de la Relatividad considera imposible que los objetos viajen a más velocidad que la luz en el espacio-tiempo, pero se desconoce a qué velocidad máxima puede moverse el espacio-tiempo; se hipotetiza que en casi en el instante inicial del Big Bang nuestro universo poseía velocidades exponenciales supralumínicas (Véase

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Universo inflacionario), se supone asimismo que algunos quásares muy lejanos pueden alcanzar velocidades derecesión translumínicas.Aquí se introduce otra analogía: existe una velocidad máxima a la cual un objeto puede marchar sobre el suelo ¿peroqué ocurriría si es un suelo móvil —como puede ser una cinta trasportadora— que supera la velocidad de la marcha?Esto supone un cambio en el sistema de coordenadas utilizado como referencia para medir la velocidad. Si el sistemade coordenadas se mueve en la misma dirección del desplazamiento respecto a un segundo sistema de referencia(que debería ser externo al propio espacio-tiempo), el objeto debiera poder incrementar su velocidad indefinidamenterespecto del segundo sistema de referencia. Lo que esta analogía plantea es si ¿sería posible "cabalgar sobre un rayode luz"?Para crear un dispositivo como la burbuja de deformación que permita el impulso de deformación — explicaAlcubierre— se requeriría operar con materia de densidad negativa o materia exótica, creando así con tal materia unaburbuja de energía negativa que englobaría a la nave (Véase Dirac, Energía negativa). Según Alcubierre la cantidadde energía negativa sería proporcional a la velocidad de propagación de la burbuja de deformación, verificándoseque la distribución de la energía negativa estaría concentrada en una región toroidal perpendicular a la dirección enque se movería la burbuja plana (véase ilustración).De este modo, dado que la densidad de energía sería negativa se podría viajar a más velocidad que la luz merced alefecto suscitado por la materia exótica. La existencia de la materia exótica no está descartada: antes bien el efectoCasimir parece confirmar la existencia de tal materia; sin embargo producir bastante materia exótica y conservarlapara realizar una proeza como el viaje superlumínico plantea los mismos actualmente irresolubles problemas quepara mantener estable a un agujero de gusano.Por otra parte en la Relatividad General primero se específica una distribución plausible de la materia y de la energíapara luego encontrar una geometría del espacio-tiempo asociada; si bien es posible operar con las ecuaciones deEinstein primero especificando una métrica y luego encontrando el tensor de energía e impulso asociado a tal métrica(que es lo realizado por Alcubierre), esta práctica significa que la solución podría violar varias condiciones deenergía y requerir la materia exótica.Robert J. Low, en 1999[2] ha probado que dentro del contexto de la relatividad general y aún en ausencia de lamateria exótica es posible construir una burbuja de deformación (los textos en francés utilizan como equivalente deburbuja de deformación las palabras «commande de chaîne»/ pedido de cadena). Una teoría coherente de la gravedadcuántica quizás sirva para resolver estas cuestiones.En el presente (abril de 2008) no se conoce ningún método para crear tal burbuja de deformación ni para controlarlas torsiones del espacio-tiempo; de momento lo planteado por Alcubierre es una interesante hipótesis netamentematemática rechazada por gran parte de la comunidad científica.

Forma de la métricaLa métrica de Alcubierre puede ser escrita :

donde

y

.

Alcubierre eligió una forma específica para la función F pero logra una función de espacio tiempo más simplemerced a su propuesta de burbuja de deformación plana.

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Y así, utilizando el formalismo 3+1 de la relatividad general, describe al espacio-tiempo mediante una estructuraciónheterogénea (una foliación) del espacio con hipersuperficies del tiempo cuya coordenada es la constante .Así la formalización general de la métrica de Alcubierre es :

Donde es la función que por defecto aporta el intervalo de tiempo conveniente entre las hipersuperficies vecinas,es el vector conector que relaciona los sistemas espaciales coordenados en las diversas hipersuperficies y siendouna métrica positivamente definida en cada una de las hipersuperficies. La forma particular que Alcubierre

estudió en 1994 es definida por:

ó

De modo que:

y

Con los parámetros y arbitrarios.Con esta forma particular de métrica se puede demostrar que la densidad de energía a medir por los observadorescuyas velocidades( 4) son normales y concernientes a las hipersuperficies dado que es la causa determinante deltensor métrico.

Así la densidad de energía es negativa y se requiere por esto de la materia exótica para provocar las deformacionesdel espacio-tiempo.[3]

Otras denominacionesEl sistema supuesto por Alcubierre para los viajes cósmicos es denominado en inglés "Warp Drive" (el mismo nombre dado en la serie Star Trek — o "Viaje a las estrellas"—), la traducción es: Impulso por deformación o Impulso de Deformación o Distorsión Impulsada, también se encuentran las siguientes traducciones: Impulso de torsión, Impulso Warp, Viaje curvado, Viaje combado, Motor de curvatura e incluso Motor de Impulso Factorial. Todas estas denominaciones dan la noción del principio básico de este hipotético método de viaje "superluminal": en lugar de acelerar un objeto (supongase la cosmonave) a velocidad c o próxima a c se combaría o curvaría el "tejido" del espacio-tiempo de modo que los objetos a donde se viaja se acerquen sin un movimiento de la nave en el sentido

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usual del término movimiento: más que moverse la nave -en estas hipótesis-, es movido (curvado, "warpeado") elespaciotiempo.

Referencias[1][1] Alcubierre, M. "The Warp Drive: Hyper-fast Transluminic within General Relativity", Classical and Quantum Gravity, 11(5),L 73-77 (1994)[2][2] See also the[3][3] "Christopher Pike":The existence of exotic matter is not theoretically ruled out, the Casimir effect and the Accelerating Universe both lends

support to the proposed existence of such matter. However, generating enough exotic matter and sustaining it to perform feats such asfaster-than-light travel (and also to keep open the 'throat' of a wormhole) is thought to be impractical. Low has argued that within the contextof general relativity, it is impossible to construct a warp drive in the absence of exotic matter

Bibliografía•• Michio Kaku. "Física de lo imposible". Capítulo "Más rápido que la luz".• (en inglés) Lobo, Francisco S. N.; & Visser, Matt: Fundamental limitations on 'warp drive' spacetimes | periódico

Class. Quant. Grav. | año=2004 | volumen=21 | págs.=5871-5892 véase también (http:/ / www. arxiv. org/ abs/gr-qc/ 0406083)

• (en inglés) Hiscock, William A.: Quantum effects in the Alcubierre warp drive spacetime , periódico Class.Quant. Grav. | año=1997 | volumen=14 | págs.=L183-L188}} http:/ / www. arxiv. org/ abs/ gr-qc/ 9707024 |accessmonthday=23 June | añoacceso=2005}}

• (en inglés) L. H. Ford and T. A. Roman (1996). «Quantum field theory constrains traversable wormholegeometries». Physical Review D:  pp. 5496. v.t. also the « eprint (http:/ / www. arxiv. org/ abs/ gr-qc/ 9510071)».arXiv.

• (en inglés) Berry, Adrian (1999). The Giant Leap: Mankind Heads for the Stars. Headline. ISBN 0-7472-7565-3..•• (en inglés) T. S. Taylor, T. C. Powell, "Current Status of Metric Engineering with Implications for the Warp

Drive," AIAA-2003-4991 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Huntsville,Alabama, July 20-23, 2003

Enlaces externos• (en inglés) The Alcubierre Warp Drive by John G. Cramer (http:/ / www. npl. washington. edu/ av/ altvw81.

html)• (en inglés) The warp drive: hyper-fast travel within general relativity (http:/ / members. shaw. ca/ mike. anderton/

WarpDrive. pdf) - publicación original de Alcubierre (archivo PDF)• (en inglés) Problems with Warp Drive Examined (http:/ / doc. cern. ch/ / archive/ electronic/ other/ ext/

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dbt/ volltexte/ 2001/ 240/ pdf/ 09warp. html)• (en inglés) Doc Travis S. Taylor's website (http:/ / www. doctravis. com)• (en inglés) The (Im) Possibility of Warp Drive (Van Den Broeck) (http:/ / arxiv. org/ pdf/ gr-qc/ 9906050)• (en inglés) Reduced Energy Requirements for Warp Drive (Loup, Waite) (http:/ / arxiv. org/ pdf/ gr-qc/ 0107097)• (en inglés) Warp Drive Space-Time (González-Díaz) (http:/ / link. aps. org/ doi/ 10. 1103/ PhysRevD. 62.

044005)• (en inglés) Warp Drive May Be More Feasible Than Thought (http:/ / www. space. com/

17628-warp-drive-possible-interstellar-spaceflight. html)

Fuentes y contribuyentes del artículo 5

Fuentes y contribuyentes del artículoMétrica de Alcubierre  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=65852020  Contribuyentes: .José, Abrahanfer, Aswarp, Davius, GermanX, Ixfd64, Juanh5, Kizar, Metrónomo,Miguel.baillon, Pacokli, Palyndrok, Quantanew, Rapomon, Srbanana, Urdangaray, 5 ediciones anónimas

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