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Espacio

Así sería una nave espacial ultraveloz impulsada por la propia luz

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La idea de aprovechar la Tercera Ley de Newton para viajar a velocidades cercanas a la de la luz por el impulso de fotones no es descabellada. Pero para lograrlo hará falta crear materiales increíblemente reflectantes o averiguar cómo producir y almacenar grandes cantidades de antimateria

  • por Neel V. Patel | traducido por Ana Milutinovic
  • 06 Noviembre, 2019

Cada semana, nuestros lectores no envían preguntas para que las responda nuestro periodista especializado en el espacio Neel V. Patel. Esta semana hablamos sobre viajar a la velocidad de la luz.

Pregunta

Tengo esta duda desde la infancia. ¿Por qué no usamos la Tercera Ley del Movimiento de Newton (para cada acción existe una reacción igual y opuesta) para viajar a través del espacio a la velocidad de la luz? Bastaría usar fuertes luces como sistema de propulsión para nuestros cohetes. Dado que los fotones se mueven a la velocidad de la luz, deberíamos ser empujados en la dirección opuesta a la misma velocidad. ¿Por qué no funciona eso? - Kiran

La respuesta de Neel

Para responder a esta pregunta, primero hay que dar un paso atrás. Tiene razón en que la Tercera Ley de Newton establece que para cada acción existe una reacción igual y opuesta. Otra forma de expresarlo es que el impulso se conserva. En la mecánica de Newton, el impulso es producto de la masa y la velocidad. Un objeto pesado que se mueve lentamente tiene mucho impulso, y también un objeto liviano que se mueve rápidamente. Sin embargo, esto no significa que todas las velocidades involucradas se eliminen. Cuando se dispara un arma, por ejemplo, hay un retroceso, pero debido a que el arma pesa más que la bala, el retroceso es mucho más lento que la velocidad de la bala.

Los fotones, las partículas de luz, no tienen masa, pero paradójicamente, sí tienen impulso. El impulso de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Los fotones de longitud de onda más larga, como las ondas de radio, tienen menos impulso, mientras que los fotones de longitud de onda más corta, como la luz visible o los rayos X, tienen más impulso. Entonces, sí, en principio, sería posible impulsar una nave espacial disparando una luz potente por detrás.

Pero el impulso de cada fotón sería muy pequeño. (Es un número llamado constante de Planck, que es mínimo, dividido por la longitud de onda del fotón). Así que haría falta una gran cantidad de fotones.

Esto no ha impedido que los físicos e ingenieros reflexionen sobre el diseño de este hipotético "cohete de fotones". Este artículo de 1960 es el resumen más antiguo que hemos podido encontrar. En él, el escritor Paul Glister da una buena visión general sobre el tema. La idea sería llevar antimateria en la nave espacial. Cuando la materia y la antimateria se mezclan, se libera una enorme cantidad de energía en forma de fotones. Si pudiéramos guiar estos fotones en una dirección, tendríamos un cohete de fotones, que de hecho sería una excelente manera de desplazarse por el espacio. No viajaríamos a la velocidad de la luz, pero podríamos alcanzar altas velocidades muy rápidamente.

Pero esta idea presenta algunos problemas: en primer lugar, es muy difícil crear y almacenar antimateria. Solo se han creado cantidades minúsculas, y actualmente no hay ninguna forma práctica de almacenarla a bordo de una nave espacial. E incluso si pudiéramos encontrar muchísima antimateria, con la tecnología actual, aún sería casi imposible dirigir los fotones creados en una dirección concreta. Probablemente nos mataríamos en ese resplandor de radiación.

Eso no significa que la idea de usar la luz para propulsión espacial esté descartada. Pero aprovechar el impulso producido por la luz requiere replantear el diseño de la nave espacial. En vez de crear la luz nosotros mismos, habrá que reflejar la luz que llega a la nave espacial, ya sea del Sol o de una fuente artificial, como un láser apuntado a la nave espacial desde la Tierra.

Este es el principio de las velas solares, que se basan en la luz solar reflejada. El truco consiste en usar un material extremadamente liviano y reflectante. Cuando la luz llega y rebota en este material, le imparte impulso. Si la luz no es muy brillante, solo se produce una pequeña cantidad de fuerza. Pero como no tiene que llevar combustible consigo, la aceleración causada por esa fuerza puede acumularse con el tiempo. Esto hace que las velas solares (y las velas láser o máser) resulten tan atractivas.

La NASA, la Agencia Espacial Japonesa y la Sociedad Planetaria (un grupo privado) han probado algunas velas solares en el espacio. Si logramos crear materiales altamente reflectantes, sería posible someterlas a energías más altas, ya sea desplegándolas cerca del Sol o con un láser muy potente. (Si el material no es muy reflectante, la luz tan brillante, ya sea natural o artificial, simplemente lo derretiría). Esa es la idea es la que subyace a los ambiciosos proyectos como Starshot, que intenta usar un láser en la Tierra para acelerar las naves espaciales pequeñas, livianas y reflectantes hasta el 10 % de la velocidad de la luz.

No está tan equivocado usted por pensar en la luz como una posible forma de propulsión. Es solo que probablemente la luz no se generaría en la propia nave espacial.

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