Pregúntele a Ethan: Como puedo viajar por el espacio sin meterme en problemas?
Una ilustración del campo deformado de Star Trek, -la inmortal serie de televisión- la cual acorta el espacio en frente de ella mientras alarga el espacio detrás de ella. Crédito de la imagen: Trekky0623 of English Wikipedia.
Texto Original de Ethan SiegelEthan Siegel,
Si fue la NASA, Star Trek o Einstein el primero que lo inspiró, el viaje a través del espacio ofrece algunas increíbles posibilidades para todos nosotros. La idea de un viajar en un cohete o la velocidad de un rayo de luz a distancias interplanetarias o interestelares es un sueño que muchos de nosotros hemos considerado, pero aun tenemos las leyes de la física que nos contienen… y nuestras familias, cuando regresemos a casa. Esta es una queja de Jaakko Malmgren, quien nos cuenta la siguiente narración:”
“Algunas veces (suele ser los viernes luego del trabajo) mi amigo Scotty me invita con el USS Enterpise a un paseo alrededor del Sol siguiendo la órbita del planeta Tierra. El viaje (warp) tarda dos horas, de modo que nuestra velocidad es muy cercana a la de la luz, pero no lo suficiente. Durante el paseo usualmente consumo un par de cervezas, de modo que cuando regresamos al frente de mi casa, a mi esposa se le dificulta creerme cuando le digo que yo no estaba en el bar cercano….
Esta parece una breve y sencilla narración. Pero cuando el viaje de Jaakko se enfrenta contra las leyes de la física, hay unas pequeñas discrepancias.
Para viajar una vez siguiendo la orbita de la Tierra alrededor del Sol se debe hacer un viaje de 940 millones de kilómetros. Crédito de la imagen: Larry McNish at RASC Calgary Centre.
Se necesita viajar 940 millones de kilómetros (584 millones de millas) alrededor del Sol para seguir la órbita de la tierra. Si usted quiere hacer este viaje en solo dos horas, quiere decir que debe viajar al 44% de la velocidad de la luz (0,44c): Siempre que la relatividad de Einstein se lo permita. Esto significa que usted no necesita agujeros de gusanos; no necesita deformar el espacio -warp drive- y solo necesita la convencional tecnología de los cohetes. Bien, esto es un montón de energía.
La nave Enterprise en Star Trek: el episodio The Hunted, de la siguiente Generación, Temporada 3 episodio 11, emitida Enero 8 de 1990. (Foto por CBS via Getty Images)
Ellos podían viajar a velocidades sub lumínicas con el impulso de los motores. Al deformar el espacio warp drives ellos podían cubrir grandes distancias, pero esto es abominable para movimientos de precisión; la última cosa que usted querrá hacer es saltar fuera del impulso warp y caer dentro de un planeta o peor aun dentro de una estrella! El impulso de los motores no deforman la fabrica del espacio tiempo, ellos simplemente operan bajo el principio de la tercera ley de Newton: lanzas átomos, plasma o luz y viajas en la dirección opuesta, y aceleras en la dirección en la cual quieres ir. Así es como la humanidad ha diseñado sus cohetes, y el mismo principio se aplica aquí.
Si un motor de plasma, un motor de materia y antí materia, de energía nuclear o convencional, todos trabajaran con el mismo principio del impulso. Incluso los motores de impulso en Star Trek. Crédito: NASA / Marshall Space Flight Center.
Asumiendo que los transportadores trabajaran, y sumiendo que el Enterprise no desacelerara, su aceleración extra le agregaría una masa insignificante: algo así como 80 kilogramos. Para acelerarlo solo a usted, al 44% de la velocidad de la luz necesitaría usar cerca de 100 pentajulios de energía, eso es tanta energía como la que fue liberada por bomba nuclear del B41: la más poderosa detonacipon que los Estados Unidos alguna vez produjeron.
La bomba nuclear explotada bajo el agua, en la operación encrucijada, tuvo solo una milésima parte de la energía requerida para acelerar un humano hasta el 44% de la velocidad de la luz. Crédito de la imagen: United States Department of Defense, 1946.
Una vez abordo del Enterprise, usted tendría incluso un problema mayor: manteniendo su órbita alrededor de la Tierra. “Manténgalo,” puedo escucharle decir, “siempre que usted mantenga la misma velocidad no le aplicará la primera ley de Newton – Un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento – déjeme decirle que esto no será gratis?” Seguro que usted piensa que está manteniendo la misma dirección en su movimiento tangente a la órbita de la Tierra. La bienvenida al espacio interplanetario, es bien pronto el espacio interestelar. Esto le tomará pocas horas darse cuenta mire las sondas interplanetarias Voyager hace algunas décadas dejaron el sistema Solar.
Le tomó a las sondas Voyager 40 años para dejar el Sistema Solar. Moviéndose a 44% de la velocidad de la luz, una nave espacial podría hacerlo en menos de 24 horas. Crédito de la imagen: NASA, de la heliosfera y el medio interestelar.
En lugar de ello usted querrá mantenerse en la misma trayectoria de la órbita de la Tierra, queriendo decir que usted necesitará ejercer una enorme fuerza centrípeta (buscando hacía el centro) para mantenerse en órbita alrededor del Sol. A su increíble velocidad, esto significa un empuje de 140 teranewtons de fuerza para mantener el Enterprise original de un millón de toneladas, en una órbita estable a las velocidades a la cual usted quiere ir. Incluso si usara un impulsor de aniquilación de materia y antimateria, usted necesitaría quemar cerca de 100.000 toneladas de masa – conviertiendolas en energía pura por medio de la ecuación de Einstein E = mc^2 – solo para hacer una sola órbita al 44% de la velocidad de la luz alrededor del Sol.
Hacer una órbita completa alrededor del Sol a la distancia de la Tierra es energéticamente gratis, siempre que usted se mueva a la misma velocidad de la Tierra. Cualquier otra velocidad costará una tremenda cantidad de energía. Crédito de la imagen: LIGO/T. Pyle.
Pero digamos que usted lo hace de todas formas. Digamos que su amigo Scotty lo aprecia y cubre el enorme valor del gasto en combustible, y ustedes viajan alrededor del Sol en dos horas. Dos horas que medimos en los relojes terrestres, pero usted encontrará que fue mucho más rápido. Gracias al hecho de que su velocidad se acercó a la velocidad de la luz, sus relojes – su reloj biológico también como su reloj de pulso, su teléfono inteligente y sus dispositivos mecánicos – todos andarán más lento.
Un reloj de luz” parecerá moverse a diferentes velocidades para los observadores moviéndose a diferentes velocidades relativas, esto es debido a la constancia de la velocidad de la luz. Las leyes de la relatividad especial de Einstein gobiernan como transformaciones distancia tiempo toman lugar. Crédito de la imagen: Image credit: John D. Norton, via
http://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/Special_relativity_clocks_rods/.
Este efecto, de la dilatación del tiempo, quiere decir que usted medirá que su viaje habrá tardado 108 minutos, o cerca de 12 minutos menos que lo que su familia mide en la tierra. Si usted hubiera ido el doble de rápido 88% de la velocidad de la luz, todo el viaje le tomaría 56 minutos; entre más rápido vaya menos experimentará su viaje.
Pero como es esto posible? No viajó usted la misma distancia?
Moverse cerca de la velocidad de la luz resulta en transformaciones de distancias y de tiempos, con longitudes – incluyendo el tamaño de su nave – llegando a ser más corta en la dirección del movimiento. Crédito de la imagen: David Taylor of Northwestern, via http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/Ideas/einstein.html.
Solo desde el punto de vista de la Tierra. Desde su perspectiva, no solo se dilata el tiempo, si no que las longitudes se contraen también. Entre más rápido sea su movimiento (tan rápido que se acerque a la velocidad de la luz), la mayor parte del espacio parece contraerse en la dirección de su movimiento. Ambas de estas dos transformaciones necesitan ocurrir con el fin de que la velocidad de la luz sea una constante universal: la misma en todos los marcos. Esta es la clave de la relatividad especial, y a velocidades subluminicas, esto aplica no importa a donde usted vaya.
Si es en el espacio, o sobre un terreno, moverse a cualquier velocidad relativa a otros significa que los efectos relativistas toman efecto. Ellos llegan a ser más severos y advertibles a velocidades más cercanas a la velocidad de la luz. Crédito de la imagen: desarrollo artístico del investigador Dr Spiros Kitsinelis fotografía por Anna Galanou.
De modo que, si su esposa no cree o no en su historia? Aquí están unos detalles:
No trate de convencerla de que usted se fue por menos de dos horas. Respete su marco de referencia; ella no estuvo con usted.
Disfrute sus cervezas si quiere, pero no trate de convencerla que usted no estuvo en el bar solo por que técnicamente no fue su bar favorito.
Y su tecnología del siglo 21 debería funcionar en el mismo marco de referencia. Por lo que más quiera tome algunas fotos!
Si se encuentra en una nave espacial, tome algunas fotos! Crédito de la imagen:NASA / Astronaut Don Pettit / @astro_pettit on Twitter, of the red (hydrogen) airglow above the green (oxygen) airglow, with yellow city lights and blue lightning strikes on Earth. Star trails glitter above.
Cuando regrese a casa, usted tendrá una experiencia que recordará toda la vida, y usted será 12 minutos más jóven que lo que usted sería si no hace el viaje. Cuando regrese a su sofá, luego de su viaje, usted estará en la misma locación y en el mismo espacio tiempo, pero usted habrá tomado una trayectoria diferente para llegar hasta allí. Usted habrá ido al espacio, habrá viajado una distancia adicional de 940 millones de kilómetros a través del espacio y viajó una menor distancia a través del tiempo como una compensación por esto. La segunda es que tendrá en el mismo punto de arranque y el mismo punto de llegada, pero habrá tomado muy diferentes trayectorias para llegar hasta allí: ella habrá hecho un viaje más largo a través del tiempo, mientras que usted habrá tomado un viaje muy largo a través del espacio. La única constante para ambos? La velocidad de la luz, en cada instante a lo largo de su viaje.
Caratula del nuevo libro de Ethan Siegel: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive. Crédito de la imagen: Quarto / Voyageur Press, CBS / Paramount, and E. Siegel.
Comenzó con una explosión
El Universo está ahí, esperando a que lo descubras
El Universo está ahí, esperando a que lo descubras
Una ilustración del campo deformado de Star Trek, -la inmortal serie de televisión- la cual acorta el espacio en frente de ella mientras alarga el espacio detrás de ella. Crédito de la imagen: Trekky0623 of English Wikipedia.
Texto Original de Ethan SiegelEthan Siegel,
Si fue la NASA, Star Trek o Einstein el primero que lo inspiró, el viaje a través del espacio ofrece algunas increíbles posibilidades para todos nosotros. La idea de un viajar en un cohete o la velocidad de un rayo de luz a distancias interplanetarias o interestelares es un sueño que muchos de nosotros hemos considerado, pero aun tenemos las leyes de la física que nos contienen… y nuestras familias, cuando regresemos a casa. Esta es una queja de Jaakko Malmgren, quien nos cuenta la siguiente narración:”
“Algunas veces (suele ser los viernes luego del trabajo) mi amigo Scotty me invita con el USS Enterpise a un paseo alrededor del Sol siguiendo la órbita del planeta Tierra. El viaje (warp) tarda dos horas, de modo que nuestra velocidad es muy cercana a la de la luz, pero no lo suficiente. Durante el paseo usualmente consumo un par de cervezas, de modo que cuando regresamos al frente de mi casa, a mi esposa se le dificulta creerme cuando le digo que yo no estaba en el bar cercano….
Esta parece una breve y sencilla narración. Pero cuando el viaje de Jaakko se enfrenta contra las leyes de la física, hay unas pequeñas discrepancias.
Para viajar una vez siguiendo la orbita de la Tierra alrededor del Sol se debe hacer un viaje de 940 millones de kilómetros. Crédito de la imagen: Larry McNish at RASC Calgary Centre.
Se necesita viajar 940 millones de kilómetros (584 millones de millas) alrededor del Sol para seguir la órbita de la tierra. Si usted quiere hacer este viaje en solo dos horas, quiere decir que debe viajar al 44% de la velocidad de la luz (0,44c): Siempre que la relatividad de Einstein se lo permita. Esto significa que usted no necesita agujeros de gusanos; no necesita deformar el espacio -warp drive- y solo necesita la convencional tecnología de los cohetes. Bien, esto es un montón de energía.
La nave Enterprise en Star Trek: el episodio The Hunted, de la siguiente Generación, Temporada 3 episodio 11, emitida Enero 8 de 1990. (Foto por CBS via Getty Images)
Ellos podían viajar a velocidades sub lumínicas con el impulso de los motores. Al deformar el espacio warp drives ellos podían cubrir grandes distancias, pero esto es abominable para movimientos de precisión; la última cosa que usted querrá hacer es saltar fuera del impulso warp y caer dentro de un planeta o peor aun dentro de una estrella! El impulso de los motores no deforman la fabrica del espacio tiempo, ellos simplemente operan bajo el principio de la tercera ley de Newton: lanzas átomos, plasma o luz y viajas en la dirección opuesta, y aceleras en la dirección en la cual quieres ir. Así es como la humanidad ha diseñado sus cohetes, y el mismo principio se aplica aquí.
Si un motor de plasma, un motor de materia y antí materia, de energía nuclear o convencional, todos trabajaran con el mismo principio del impulso. Incluso los motores de impulso en Star Trek. Crédito: NASA / Marshall Space Flight Center.
Asumiendo que los transportadores trabajaran, y sumiendo que el Enterprise no desacelerara, su aceleración extra le agregaría una masa insignificante: algo así como 80 kilogramos. Para acelerarlo solo a usted, al 44% de la velocidad de la luz necesitaría usar cerca de 100 pentajulios de energía, eso es tanta energía como la que fue liberada por bomba nuclear del B41: la más poderosa detonacipon que los Estados Unidos alguna vez produjeron.
La bomba nuclear explotada bajo el agua, en la operación encrucijada, tuvo solo una milésima parte de la energía requerida para acelerar un humano hasta el 44% de la velocidad de la luz. Crédito de la imagen: United States Department of Defense, 1946.
Una vez abordo del Enterprise, usted tendría incluso un problema mayor: manteniendo su órbita alrededor de la Tierra. “Manténgalo,” puedo escucharle decir, “siempre que usted mantenga la misma velocidad no le aplicará la primera ley de Newton – Un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento – déjeme decirle que esto no será gratis?” Seguro que usted piensa que está manteniendo la misma dirección en su movimiento tangente a la órbita de la Tierra. La bienvenida al espacio interplanetario, es bien pronto el espacio interestelar. Esto le tomará pocas horas darse cuenta mire las sondas interplanetarias Voyager hace algunas décadas dejaron el sistema Solar.
Le tomó a las sondas Voyager 40 años para dejar el Sistema Solar. Moviéndose a 44% de la velocidad de la luz, una nave espacial podría hacerlo en menos de 24 horas. Crédito de la imagen: NASA, de la heliosfera y el medio interestelar.
En lugar de ello usted querrá mantenerse en la misma trayectoria de la órbita de la Tierra, queriendo decir que usted necesitará ejercer una enorme fuerza centrípeta (buscando hacía el centro) para mantenerse en órbita alrededor del Sol. A su increíble velocidad, esto significa un empuje de 140 teranewtons de fuerza para mantener el Enterprise original de un millón de toneladas, en una órbita estable a las velocidades a la cual usted quiere ir. Incluso si usara un impulsor de aniquilación de materia y antimateria, usted necesitaría quemar cerca de 100.000 toneladas de masa – conviertiendolas en energía pura por medio de la ecuación de Einstein E = mc^2 – solo para hacer una sola órbita al 44% de la velocidad de la luz alrededor del Sol.
Hacer una órbita completa alrededor del Sol a la distancia de la Tierra es energéticamente gratis, siempre que usted se mueva a la misma velocidad de la Tierra. Cualquier otra velocidad costará una tremenda cantidad de energía. Crédito de la imagen: LIGO/T. Pyle.
Pero digamos que usted lo hace de todas formas. Digamos que su amigo Scotty lo aprecia y cubre el enorme valor del gasto en combustible, y ustedes viajan alrededor del Sol en dos horas. Dos horas que medimos en los relojes terrestres, pero usted encontrará que fue mucho más rápido. Gracias al hecho de que su velocidad se acercó a la velocidad de la luz, sus relojes – su reloj biológico también como su reloj de pulso, su teléfono inteligente y sus dispositivos mecánicos – todos andarán más lento.
Un reloj de luz” parecerá moverse a diferentes velocidades para los observadores moviéndose a diferentes velocidades relativas, esto es debido a la constancia de la velocidad de la luz. Las leyes de la relatividad especial de Einstein gobiernan como transformaciones distancia tiempo toman lugar. Crédito de la imagen: Image credit: John D. Norton, via
http://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/Special_relativity_clocks_rods/.
Este efecto, de la dilatación del tiempo, quiere decir que usted medirá que su viaje habrá tardado 108 minutos, o cerca de 12 minutos menos que lo que su familia mide en la tierra. Si usted hubiera ido el doble de rápido 88% de la velocidad de la luz, todo el viaje le tomaría 56 minutos; entre más rápido vaya menos experimentará su viaje.
Pero como es esto posible? No viajó usted la misma distancia?
Moverse cerca de la velocidad de la luz resulta en transformaciones de distancias y de tiempos, con longitudes – incluyendo el tamaño de su nave – llegando a ser más corta en la dirección del movimiento. Crédito de la imagen: David Taylor of Northwestern, via http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/Ideas/einstein.html.
Solo desde el punto de vista de la Tierra. Desde su perspectiva, no solo se dilata el tiempo, si no que las longitudes se contraen también. Entre más rápido sea su movimiento (tan rápido que se acerque a la velocidad de la luz), la mayor parte del espacio parece contraerse en la dirección de su movimiento. Ambas de estas dos transformaciones necesitan ocurrir con el fin de que la velocidad de la luz sea una constante universal: la misma en todos los marcos. Esta es la clave de la relatividad especial, y a velocidades subluminicas, esto aplica no importa a donde usted vaya.
Si es en el espacio, o sobre un terreno, moverse a cualquier velocidad relativa a otros significa que los efectos relativistas toman efecto. Ellos llegan a ser más severos y advertibles a velocidades más cercanas a la velocidad de la luz. Crédito de la imagen: desarrollo artístico del investigador Dr Spiros Kitsinelis fotografía por Anna Galanou.
De modo que, si su esposa no cree o no en su historia? Aquí están unos detalles:
No trate de convencerla de que usted se fue por menos de dos horas. Respete su marco de referencia; ella no estuvo con usted.
Disfrute sus cervezas si quiere, pero no trate de convencerla que usted no estuvo en el bar solo por que técnicamente no fue su bar favorito.
Y su tecnología del siglo 21 debería funcionar en el mismo marco de referencia. Por lo que más quiera tome algunas fotos!
Si se encuentra en una nave espacial, tome algunas fotos! Crédito de la imagen:NASA / Astronaut Don Pettit / @astro_pettit on Twitter, of the red (hydrogen) airglow above the green (oxygen) airglow, with yellow city lights and blue lightning strikes on Earth. Star trails glitter above.
Cuando regrese a casa, usted tendrá una experiencia que recordará toda la vida, y usted será 12 minutos más jóven que lo que usted sería si no hace el viaje. Cuando regrese a su sofá, luego de su viaje, usted estará en la misma locación y en el mismo espacio tiempo, pero usted habrá tomado una trayectoria diferente para llegar hasta allí. Usted habrá ido al espacio, habrá viajado una distancia adicional de 940 millones de kilómetros a través del espacio y viajó una menor distancia a través del tiempo como una compensación por esto. La segunda es que tendrá en el mismo punto de arranque y el mismo punto de llegada, pero habrá tomado muy diferentes trayectorias para llegar hasta allí: ella habrá hecho un viaje más largo a través del tiempo, mientras que usted habrá tomado un viaje muy largo a través del espacio. La única constante para ambos? La velocidad de la luz, en cada instante a lo largo de su viaje.
Caratula del nuevo libro de Ethan Siegel: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive. Crédito de la imagen: Quarto / Voyageur Press, CBS / Paramount, and E. Siegel.