En este boom por los vuelos espaciales, los científicos compiten por encontrar la perfección en sus cálculos y en la eficacia de las misiones. El reconocido astrofísico Avi Loeb ha dedicado su vida a explorar el universo. En una reciente investigación explica cómo una variación en la ley de Newton puede permitir que las naves espaciales consigan alcanzar 300 km/s, una velocidad 10 veces mayor que las actuales.
Avi Loeb es jefe del Proyecto Galileo, director fundador de la Iniciativa Black Hole de la Universidad de Harvard. También director del Instituto para la Teoría y la Computación del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. Conferencista, autor del best-seller Extraterrestre: El primer signo de vida inteligente más allá de la Tierra. Y controversial, al exponer los detalles de un objeto interestelar que atravesó el sistema solar, llamado Oumuamua. En su opinión “sería arrogante creer que somos únicos en el universo”.
Esta vez, Avi Loeb aborda la Ley de Newton, su eventual modificación y sus resultados. Empieza por indicar que “los cohetes se propulsan hacia delante expulsando los gases en combustión a través de su escape en la parte trasera. El mismo principio global de conservación del movimiento que empuja a un patinador sobre hielo cuando se separa de su compañero. O provoca el retroceso al disparar una bala”.
En 1897, dice, el científico aeroespacial Konstantin Tsiolkovsky se dio cuenta de que la masa de combustible necesaria para propulsar un cohete crece exponencialmente con el aumento de su velocidad final deseada. Esta tiranía de la ecuación de los cohetes se deriva del hecho de que la nave tiene que cargar su combustible para el viaje. Y, por lo tanto, la cantidad de movimiento suministrado a su carga útil debe ser compartido con el combustible que no se ha quemado.
Variación de la Ley de Newton, sus resultados
El astrofísico e investigador refrescó los avances en esa compleja materia en su artículo “La variación de la ley de Newton que permite naves espaciales 10 veces más rápidas” para El Confidencial.
Precisa Avi Loeb que “limitar la masa del combustible a un millón de veces la masa de la carga útil implica que su velocidad final no puede ser superior a catorce veces la velocidad de eyección del gas por el escape. Limitar la relación de masas a mil millones implica un factor de veinte. La velocidad de escape característica de los propulsores químicos, unos pocos kilómetros por segundo, limitó todos los lanzamientos de cohetes. Desde el Sputnik 1 hasta New Horizons, a velocidades finales de decenas de kilómetros por segundo”.
¿Podría haber una nueva física que eliminara el terrible exponente de la ecuación de los cohetes? En 1933, Fritz Zwicky se dio cuenta de que el movimiento de las galaxias en los cúmulos es demasiado rápido para que estén ligadas únicamente por la materia visible. A principios de la década de 1970, Vera Rubin y sus colaboradores observaron curvas de rotación planas para las estrellas y los gases en los discos galácticos. Mucho más allá de la extensión de sus núcleos luminosos. Esto corroboró el argumento de la posible existencia de materia oscura en los halos que rodean estos núcleos, escribe Loeb.
Y advierte que a pesar de nuestros enormes esfuerzos durante el medio siglo transcurrido desde entonces, los astrónomos y físicos no hemos descubierto aún las partículas que componen la materia oscura. «Por tanto, también sería prudente considerar la posibilidad alternativa de que las leyes del movimiento se hayan visto alteradas y no haya materia perdida”, agrega.
Grandes distancias y menos combustibles
El astrónomo recuerda que en 1983, Moti Milgrom sugirió que las curvas de rotación planas de las galaxias pueden explicarse si la dinámica de la ley de Newton estándar se modifica a bajas aceleraciones. Por debajo de un valor universal, a0, igual a una centésima de centímetro (aproximadamente el tamaño de un átomo) por segundo al cuadrado.
Curiosamente, el valor del umbral de aceleración, a0, es del orden de la velocidad de la luz dividida por la edad del universo. En concreto, si la inercia de la materia acelerada por debajo de a0 disminuye en proporción a la aceleración dividida por a0, entonces las curvas de rotación planas de las galaxias surgen de forma natural.
Sorprendentemente, cuatro décadas después, esta ley de aceleración de la Dinámica Newtoniana Modificada (MOND) sigue coincidiendo con la mayoría de los datos disponibles sobre galaxias de todos los tamaños y formas. “En un nuevo ‘paper’”, comenta Loeb, “he sugerido que la interpretación de la inercia modificada de MOND permitiría a los cohetes atravesar distancias intergalácticas. Consumiendo una modesta masa de combustible”.
Para los cohetes lanzados a bajas aceleraciones, el exponente de Tsiolkovsky se suprime por un factor igual a la aceleración en unidades de a0. Esto ofrece la oportunidad de alcanzar una velocidad final cien veces mayor que la velocidad de escape. Si la aceleración es cien veces menor que a0, utilizando una masa de combustible comparable a la masa de la carga útil. La tiranía exponencial ha desaparecido.
Mayor velocidad en menos tiempo
Avi Loeb asoma además otra propuesta en relación a la ecuación modificada de la Ley de Newton. “Si la interpretación de la inercia modificada de MOND es real. Un cohete químico con una masa de combustible comparable a la masa de la carga útil, puede alcanzar una velocidad de cientos de kilómetros por segundo. Diez veces más rápido que cualquiera de los cohetes espaciales lanzados desde la Tierra hasta ahora. Con una aceleración cien veces menor que a0, el cohete alcanzará una velocidad final de 300 kilómetros por segundo en 8.000 millones de años, aproximadamente el tiempo de vida que le queda al Sol”, argumenta el astrofísico.
Durante este tiempo, el cohete podría recorrer una distancia de unos pocos millones de años luz atravesando el Grupo Local de galaxias durante todo su camino. Por supuesto, antes de llegar tan lejos, el cohete deberá quemar más combustible para escapar de la atracción gravitatoria de la Tierra, el Sol y la Vía Láctea.
La validez de la ecuación modificada del cohete puede comprobarse lanzando nuestro propio cohete de baja aceleración. O encontrando cohetes de baja aceleración que hayan llegado a nuestro vecindario cósmico desde grandes distancias. No está claro qué enfoque es más probable que dé frutos como primera prueba directa de la interpretación de la inercia modificada de MOND. En caso de que el Proyecto Galileo encuentre cohetes extraterrestres exóticos en el espacio, podría arrojar nueva luz sobre la física fundamental.
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