La física de los ovnis

¿Qué tan realista es que las naves espaciales recorran distancias interestelares a la Tierra?

Por Michael K. Gainer

Los informes de ovnis han sido evaluados en términos de la supuesta fiabilidad de relatos de testigos y evidencia fotográfica cuestionable. Las restricciones que las distancias interestelares, el tiempo y la conservación de la energía imponen a los viajes espaciales interestelares para estas naves extraterrestres parece que nunca son consideradas por los defensores ovni. Puesto que proporcionan descripciones de naves espaciales de discos circulares, cilindros y triángulos que se mueven rápidamente y de manera extraña y varían en tamaño de 50 pies de diámetro a 300 pies de largo, las tomaré aquí para aplicar estas restricciones para el diseño de un vehículo espacial hipotético para determinar la viabilidad de este tipo de naves y su uso para el viaje interestelar. Como físico y astrónomo creo que es importante tener en cuenta no sólo los relatos de contacto extraterrestre, sino la física de tal posibilidad.

Los principios básicos de la física son aplicables independientemente del lugar en donde se encuentre un sistema estelar de una galaxia y no va a cambiar con el tiempo. Las tres leyes del movimiento de Newton y de la conservación de la energía son descripciones de la manera en que interactúan las diferentes partes de un sistema físico. Por lo tanto, un modelo basado en una expedición exploratoria dejando la Tierra se aplica por igual a todos los sistemas planetarios en nuestra galaxia. Cualquier cultura, no importa qué tan avanzada en tecnología, se enfrentaría a las mismas limitaciones impuestas por la física.

Para mi modelo he elegido una nave espacial con una tripulación de seis personas, que dejará su planeta para un planeta en la zona habitable de una estrella a 10 años luz de distancia. Se acelera a una velocidad de 10 m/s² (10 metros por segundo al cuadrado) a una velocidad de 0,5 veces la velocidad de la luz (0,5 c, donde c es la velocidad de la luz). El tiempo para que pueda alcanzar esta velocidad viene dado por la siguiente ecuación:

t = v/a = 1.5×10⁸/10 = 3.06×10⁷ s = 174 días

(A = aceleración en metros/segundo al cuadrado, v = velocidad en metros/segundo; s = segundos de tiempo)

Esto es muy corto comparado con el tiempo no relativista de 20 años para el viaje a la estrella de destino. He elegido 0.5c para reducir al mínimo el aumento de la masa relativista de la nave y para reducir al mínimo el tiempo de viaje. La tasa de aceleración es aproximadamente igual a la gravedad que la tripulación disfruta en un planeta similar a la Tierra.

La nave sería construida en órbita a partir de componentes suministrados por lanzaderas. Esto incluiría, además de los motores y el combustible, una fuente de alimentación interna para todos los sistemas operativos, así como sistemas de soporte de vida y sustento para la tripulación. Para un viaje de 20 años esto sería necesariamente un reactor nuclear pequeño. Sería esencial un mecanismo para la rotación de alojamientos de la tripulación para proporcionar gravedad artificial. He elegido un equipo vivo en lugar de robots o androides porque todo los encuentros con extraterrestres y las historias de abducción indican su presencia. También tendría que estar a bordo un servicio de transporte para el transporte de la tripulación a la superficie del planeta de destino. Los transbordadores espaciales actuales tienen una masa de carga de 10⁵ kg. En consecuencia, teniendo en cuenta todos los requisitos, una masa de 10⁷ kg es razonable para nuestro modelo. La energía cinética de la nave espacial, definida como la energía que tiene cualquier objeto en virtud de su movimiento, a 0.5c está dada por:

E = ½mv² = 0.5×10⁷×2.25×10¹⁶ = 1.13×10²³ joules

(M es la masa de la nave espacial y v es la velocidad igual a 0.5c).

Esta es la energía que debe ser suministrada por el empuje del motor para alcanzar 0.5c.

La única fuente que puede suministrar energía de esta magnitud es la fusión termonuclear. La energía de trabajo (energía explosión) de una bomba de un megatón termonuclear es de 4,2 × 10¹⁵ julios. Esta es la energía que estaría disponible para el empuje si fuera la potencia de la nave espacial. Esto es 100 veces la energía liberada por la bomba atómica de Hiroshima. En adelante me referiré a ella como un megatón de energía. La energía necesaria para acelerar la nave a 0,5 c es entonces

E = 1.13×10²³/4.2×10¹⁵ = 2.7×10⁷ megatones

Esta energía se gasta en los 174 días de aceleración y es igual a 1.8 megatones por segundo durante la aceleración. El proceso es diferente de la utilización de la fusión nuclear controlada para la generación de energía. En ese proceso, los pulsos térmicos de milisegundos de energía se disipan inmediatamente para producir vapor para los generadores. Para la propulsión de la nave espacial hipotética, la energía de la explosión tendría que ser convertida, con cerca de 100% de eficiencia, a un haz de partículas unidireccional constreñido con impulsos de empuje de 1.8 megatones por segundo durante 174 días. Para un viaje de vuelta a una estrella distante 10 años luz este ritmo de gasto de energía sería necesario para la desaceleración en el destino, dejando, y retrasando el momento de devolver al planeta a casa después de una expedición de 40 años.

Una fuente menor de fusión termonuclear sería insuficiente para proporcionar la energía necesaria para viajar a 0.5c. A menor velocidad significa tiempos medios de viaje de cientos a miles de años. Una tasa de aceleración inferior aumentaría en gran medida el tiempo para alcanzar la velocidad deseada. Por ejemplo, una aceleración de 0,5 m/s² requeriría 1.9 años para alcanzar 0.1 c. La energía requerida sería un impulso de un megatón por minuto. El tiempo de viaje sería de 200 años para una ida y vuelta a un sistema estelar a 10 años luz de distancia. No hay material de construcción posible que pueda limitar y dirigir la energía térmica y la explosión a la tasa de fusión nuclear necesaria para el viaje interestelar. En consecuencia, concluyo que las naves extraterrestres no pueden existir.

Entonces, ¿cómo podemos explicar los avistamientos extraterrestres? Un ejemplo personal extrapolable a muchos otros es clarificador. Una tarde, al atardecer yo acababa de abrir mi pequeño observatorio de patio para pasar una noche viendo con mi telescopio de 5 pulgadas cuando vi en el cielo, a el ojo desnudo, a unos 30º sobre el horizonte, hacia el Oeste de Pittsburgh, una estrella muy brillante . Se parecía a la aparición del planeta Venus. Pero Venus no era visible en ese momento. Estaba inmóvil, así que pensé que podría ser una supernova. Miré por el telescopio y lo que vi fue un globo meteorológico con un paquete de instrumentos que colgaba de él. Estaba en la posición correcta para producir un reflejo brillante del Sol recientemente puesto. Mientras observaba que subia a la estratosfera, de repente estalló, y presentó una hermosa vista de cientos de fragmentos en propagación esférica. Se parecía a un cúmulo estelar globular brillante. Si yo no hubiera estado mirando a través de un telescopio habría visto un objeto inmóvil brillante en el cielo que de pronto desapareció de la vista. Habría sido lo que algunos informes de ovnis han descrito como una luz brillante que de pronto desapareció como si se tratara de una nave espacial acelerando a una velocidad increíble. En otra ocasión vi desde mi casa en las colinas de las montañas Allegheny, extrañas luces en movimiento vertical y horizontalmente en caminos irregulares en el cielo del Este por encima de la cresta, a pocos kilómetros de distancia. Al día siguiente me dirigí a la zona y descubrí que las luces estaban unidas a las grandes grúas que participan en una operación de minería a cielo abierto en la parte superior de la cresta.

Cuando los ovnis son reportados deben ser evaluados con la actitud de que las naves extraterrestres no pueden existir. Esto no es ser cerrado mente. Es enfrentar a la realidad de las limitaciones del tiempo, las distancias estelares, y el lugar de energía disponible en el viaje espacial interestelar. También tenemos que enfrentar la realidad de que el viaje humano más allá de los límites del sistema solar no es posible. Cualquier comunicación con los seres sensibles más allá del sistema solar sólo puede tener lugar a través de la transmisión y recepción de señales electromagnéticas, por lo que las búsquedas SETI siguen siendo nuestra mejor apuesta para el contacto.

Acerca de Michael K. Gainer

El Dr. Michael K. Gainer es Profesor Emérito de Física y ex presidente del Departamento de Física de la universidad del St. Vincent en Latrobe, PA. En St. Vincent fue profesor de astronomía y cursos avanzados de física de pregrado para estudiantes de física. Él es el autor de Real Astronomy for Small Telescopes, publicado por Springer en la serie de Patrick Moore astronomía práctica en 2006. Antes de su carrera académica fue miembro del personal científico en los EE.UU. en el Laboratorio de Investigación Balística del Ejército en Aberdeen, MD. Allí se realizó una investigación en la deformación metálica a hiper velocidad de ondas de alta intensidad de choque.

Otra Física de los ovnis

Refutación de Peter Huston a Gainer

En su artículo sobre «La física de los ovnis» en el Vol. 17, No. 3, de Skeptic, Michael K. Gainer, un físico, trata de determinar si es posible la construcción de una nave interestelar que se ajuste a la descripción de los ovnis reportados.

Aunque tengo varios problemas con algunos de los supuestos menores que él hace en el artículo, por ahora vamos a centrarnos en sus principales argumentos. Gainer asume una nave que será capaz de hacer un viaje de 10 años luz de ida y vuelta a un destino nuevo y regresar a su sistema de origen en aproximadamente 20 años (Tierra) cada uno. Aunque nunca se dice explícitamente, también asume que las leyes de la física, tal y como se entienden actualmente, no serán violadas. (Es decir, no «hyper-warp-jump-faster-than-light-drives»). Me parece justo. Afirma que la nave espacial se acelera a una velocidad de 10 metros por segundo al cuadrado, y que, a este ritmo de aceleración, requerirá 174 días para (Tierra) llegar a la mitad de la velocidad de la luz. Esto llevaría a una gran cantidad de energía, por lo tanto, afirma: «la única fuente que puede suministrar energía de esta magnitud es la fusión nuclear termonuclear». Luego explica que la energía de la fusión termonuclear tendría que ser dirigida hacia atrás como «un haz de partículas unidireccional restringida» y luego concluye: «No hay material de construcción posible que pueda limitar y dirigir la energía térmica y la explosión a la tasa de fusión nuclear necesaria para el viaje interestelar. En consecuencia, concluyo que las naves extraterrestres no pueden existir».

En otras palabras, si he entendido bien, lo qué Gainer está diciendo es que una nave interestelar que utiliza la energía termonuclear como fuente de energía y porque no hay material posible que pueda contener y dirigir la energía termonuclear en un haz de propulsión, el vuelo espacial interestelar es imposible. Para un no-físico como yo, la pregunta obvia es «¿Por qué tal material es imposible?» Y «¿Por qué es la energía termonuclear la única fuente de energía viable?»

Para responder a estas preguntas y comprobar la afirmación de Gainer, he consultado con Carl Frederick, profesor de física retirado y escritor de ciencia ficción dura que regularmente contribuye a la revista Analog Science Fiction/Science Fact. (Una publicación que, hasta hace poco, ha sido editada por Stanley Schmidt, físico doctorado. Para que conste, nadie afirma que todas las historias en Analog son científicamente válidas en todos los sentidos, (es decir, historias de viajes en el tiempo), pero parte del «juego» de ser un contribuyente Analog es saber exactamente cuándo, cómo y por qué se están violando las leyes científicas y sólo lo hacen con una buena razón.) Algunos de sus críticas y comentarios fueron los siguientes.

En primer lugar, asumir que algo es imposible porque la tecnología actual, en comparación con las conocidas leyes de la física, no lo permiten es «tonto». Otros puntos fueron que hay una gran cantidad de investigación que se realiza sobre la fusión controlada y que podría cambiar considerablemente la forma en que un motor de nave espacial termonuclear podría funcionar. Por otra parte, ya que ahora hay indicios de que la física cuántica podrían permitir que una nave espacial extraiga energía del vacío a medida que viaja, los motores termonucleares podría no ser la única fuente de combustible. Además, Frederick dijo que el Gainer supone que la fusión nuclear es la mejor forma de energía. Él no estuvo de acuerdo diciendo que la aniquilación partícula/antipartícula era una alternativa mejor. Por último, dijo, no hay razón para que no se pueda ir más lento y consumir menos combustible, si, por ejemplo, congelas la tripulación.

En cuanto a mí, el no-físico, a pesar de que realmente no puedo abordar los puntos principales del artículo, tuve muchas sutilezas acerca de los supuestos menores en el artículo. Por ejemplo, se supone que una nave espacial requeriría energía en cantidades iguales para acelerar a su destino, desacelerar al llegar, acelerar en su camino a casa, y desacelerar al acercarse a casa. ¿Por qué? ¿No podría utilizar velas solares que capturan fotones y las fuerzas gravitatorias de los planetas y otros objetos astronómicos para ayudar a reducir la misma? Y, ¿por qué tanta gente supone que una nave espacial tendría que hacer un viaje de regreso? Tengo pocas dudas de que hay un montón de aspirantes a astronautas que con gusto harían un viaje de ida a otro sistema estelar sin volver a casa de nuevo. De hecho, los estudios han encontrado que hay astronautas que tomarían un viaje de ida a Marte.

Hay otros puntos que preguntar, muchos de los cuales insinúan que Gainer está asumiendo que sólo podemos usar la tecnología moderna (por ejemplo, manifestó que un ovni se construiría en órbita por lanzaderas.) Por lo menos un otro punto ignora la moderna mitología ovni por completo: Gainer asume que su nave necesita un servicio de transporte a la tierra y de regreso a la nave. ¿Por qué? Sobre todo porque los ovnis son reportados en la tierra y luego flotan suavemente en el cielo. Personalmente, me gusta la idea de tomar el pequeño ovni que describe Gainer y ponerlo dentro de una «nave nodriza» gigante que contenga una tripulación de miles o más, y es un hogar permanente a las generaciones de seres vivos todos viviendo un estilo más o menos urbano mientras flotan entre los sistemas. Es sólo una de docenas o más de las alternativas al escenario que, en imagino en primer lugar, y luego, en segundo lugar, utiliza para reafirmar que las naves interestelares son imposibles. Tal vez tal raza incluso podría haber «sembrado» el espacio con combustible aquí y allá usando naves robóticas. (Nota: Estoy especulando no creo que nada en ufología indica seriamente las visitas extraterrestres)

El artículo de Gainer es el tipo que me llevó a salir del escepticismo. Contiene supuestos cuestionables en varios puntos y luego llega a las conclusiones lógicas para hacer el punto que quiere el autor. Por ejemplo: «Cuando los ovnis son reportados deben ser evaluados con la actitud de que las naves extraterrestres no pueden existir». Esta puede ser la creencia del autor, pero sobre la base de lo que he visto, es una creencia basada en la fe, no basada en hechos probados. Y, como los escépticos, no es suficiente con decir simplemente «¿Cuando los ovnis son reportados deben ser evaluados con la actitud de que ninguno ha demostrado ser naves extraterrestres?» Se supone que debemos ser las personas que leen, cuestionan y piensan, y no los que repiten ciegamente las afirmaciones que se ajusten a nuestras ideas preconcebidas.

Creo que nosotros, como escépticos, tenemos que ser más cuidadosos de tales declaraciones y conclusiones falsas. Ellas sólo nos hacen daño al final.

Acerca de Peter Huston

En la década de 1990, Peter Huston era un contribuidor frecuente y crítico literario a las publicaciones escépticas, presidente y vicepresidente de los Inquiring Skeptics del Alto Nueva York, y autor de los libros, Scams from the Great Beyond y More Scams of the Great Beyond. Hoy enseña a los estudiantes chinos en un programa de preparación universitaria en una universidad importante en el área de Boston. Tiene títulos de maestría en Estudios de Asia con un enfoque en la historia de China y de la historia de la ciencia occidental en China de Cornell y una segunda maestría en la enseñanza de English to Speakers of Other Languages de la Universidad de Albany. Sus intereses incluyen la ciencia, la historia, las artes marciales, aikido y defensa personal, idiomas, cocina, juegos de guerra en miniatura, seguridad de eventos grandes y EMS y ambulancias. Él está emocionado de estar actualmente reescribiendo el primer proyecto terminado de una novela que tiene una mirada surrealista a la declinación de Schenectady, Nueva York.

Más Física de los ovnis

Gainer responde a Huston

En respuesta a los comentarios del Sr. Huston sobre mi artículo, en primer lugar quisiera diferenciar entre los sistemas de creencias y la ciencia.

Un sistema de creencias es un conjunto de conceptos, ideas o narrativas que a través de la tradición oral o por escrito y los precedentes históricos se han convertido en una parte integral de una cultura. La verificación es dependiente en la fe en sus principios: Ergo-subjetiva. Un sistema de creencias no necesariamente se preocupa por la realidad objetiva.

Esto contrasta con la ciencia en la que las teorías están sujetas a una evaluación objetiva por la experiencia repetida y medición. La Ciencia asume a priori la existencia de una realidad objetiva mensurable. En efecto, la ciencia es el trazado de esta realidad. La precisión de la replicación de los resultados experimentales y la precisión de la teoría para hacer predicciones, aun cuando ambos, observadores y teóricos, inicialmente pueden tener una amplia gama de consideraciones teóricas, es la afirmación de la aproximación científica a la comprensión del cosmos.

La Física se deriva de los observables básicos definidos; velocidad, aceleración, fuerza, masa y tiempo. Estos se combinan en la definición de trabajo de la que se derivan los términos energía cinética y potencial. Los físicos llegan a una descripción de los sistemas físicos, escribiendo las ecuaciones de energía total.

Los avistamientos de ovnis «“relatos de los testigos y fotografías cuestionables no son evidencia física directa de naves espaciales extraterrestres. No satisfacen los criterios de investigación científica. Podrían ser clasificados más apropiadamente como un sistema de creencias.

Por lo tanto, en mi trabajo, me dirigí con lo que yo llamo escepticismo informado mediante la aplicación de la física fundamental para evaluar la posibilidad de su existencia. Empecé proponiendo una masa inercial. La masa puede haber sido algo mayor o menor, el resultado final todavía habría sido el mismo. Los detalles del diseño de la nave espacial, la naturaleza y la longevidad de la tripulación, o si es o no es un viaje redondo son irrelevantes. El único factor importante es su masa inercial y su energía cinética a velocidades esenciales para el viaje espacial interestelar.

Cualquier nave espacial, ya sea a partir de la tecnología actual o futura, tendría una masa inercial significativa. Dentro de diez mil años a partir de ahora la conservación de la energía se aplica en cualquier lugar de la galaxia, así como lo hace hoy. El problema es ¿cómo se puede proporcionar la energía suficiente para que coincida con la energía cinética de la nave espacial. Elegí fusión termonuclear, porque es la única fuente factible que demuestra claramente la magnitud de la energía requerida. Señalé la diferencia entre las reacciones de fusión controlada y la necesidad de producir empuje.

En la preparación del documento también consideré la aniquilación materia-antimateria. Si el consultor del Sr. Huston hubiera hecho el cálculo se habría dado cuenta que se necesitarían 1,380 toneladas de materia y una cantidad igual de antimateria para producir la energía cinética requerida. En el artículo di los resultados para el requerimiento de energía para una velocidad de 0.1 C y una aceleración de 0.5 m/s². Eso requeriría sólo 55 toneladas de materia y antimateria.

Mis conclusiones no estaban basadas en la fe. Se basan en la física, no en la tecnología actual o futura, o propuestas por los escritores de ciencia ficción. En realidad sí tenemos pruebas de los efectos de dos megatones sin restricciones de reacciones de fusión nuclear, y debido a la fuerza máxima de cohesión que los electrones pueden crear entre los protones, ninguna sustancia seguirá siendo sólida por encima de 5,000 ºC. Sin embargo, dicha energía se ve limitada, en la naturaleza por la presión gravitacional en los centros de las estrellas.

No es la tecnología presente o futura la que niega los viajes interestelares, es la naturaleza y estructura de la materia y del universo.