La gravedad artificial en la Estrella de la Muerte. (F.C.F.)

No sé qué clase de comentarista de ciencia ficción sería si a lo largo de estos meses no dedicase ni una sola entrada a hablar sobre StarWars. [Uno muy malo, probablemente]

Por eso, he considerado algunas de las innumerables posibilidades que esta saga proporciona a los quisquillosos de la rigurosidad científica [ja, ja], y me he decantado por estudiar la, en principio, inverosímil gravedad artificial existente dentro de la nave insignia del Imperio, la temible Estrella de la Muerte (una de las dos, que tampoco tiene mayor importancia).

Vamos a estudiar dos posibilidades con respecto a tal gravedad artificial:

• Gravedad generada por la propia masa de la Nave, y dirigida hacia su centro de masas. Distinguiendo dos casos:

- Centro de masas aproximadamente centrado en la Estrella de la Muerte.
- Centro de masas situado en uno de los extremos de la Nave.

• Gravedad artificial generada por rotación de la Estrella de la Muerte.

Vamos a comentar, antes de nada, algunas de las características técnicas de tan colosal obra de ingeniería:

La Estrella de la Muerte II tendría un diámetro de unos 900Km [algunas fuentes manejan tamaños inferiores], capacidad para alrededor de un millón de tripulantes, y estaría dividida en niveles, situados a distintas alturas, y cada uno de los cuales estaría a su vez compartimentado.

Contaría con miles de cañones y láseres "ligeros", un sistema de rayos tractores [?], y capacidad para miles de naves de ataque y apoyo.

Finalmente, la joya de la corona sería un Superláser consistente en un conjunto de "rayos de protones planetarios separados y combinados en un solo rayo" [?] capaz de destruir planetas de un sólo disparo.

Bah, no está mal, ¿no?.

Pero pasemos ahora al asunto que nos ocupa, el de la gravedad en su interior.

Utilizaré para explicar las distintas posibilidades, uno de mis gloriosos dibujos aclarativos:

En vistas de la aparente homogeneidad en la construcción de la Estrella de la Muerte, y de su evidente simetría esférica aproximada, así como de su gran tamaño, no resulta descabellado pensar en la posibilidad de que el campo gravitatorio generado por la misma sea similar al existente en cualquier planeta, satélite, estrella, etc. salvando las diferencias en cuanto a su intensidad. De este modo, la primera posibilidad, y la más evidente, resulta de considerar que el campo gravitatorio generado por la Estrella es más o menos uniforme, y dirigido hacia el centro de la Nave.

Sin embargo, existe un problema evidente y para mi gusto, insalvable. Y es que, de esta manera, la única posibilidad para los tripulantes sería moverse por la superficie externa de la Nave., y aún argumentando que podría construirse una atmósfera artificial que evitase la muerte de los mismos, siempre nos quedará el irrevocable veredicto de la experiencia: Los tripulantes se mueven dentro de la Nave, y no fuera. Siempre se podría ser un poco más retorcido y pensar en secciones internas concéntricas con la nave, aunque en este caso existiría el problema de que la gravedad iría variando en cada nivel, y de que tampoco es ésto lo que se observa, sino que parece más bien que los tripulantes se mueven en planos paralelos al ecuador de la nave.


La segunda posibilidad, siempre dentro de la suposición de que la gravedad es generada a través de la deformación del espacio-tiempo (por el efecto de alguna masa), es la de ubicar el centro de masas en uno de los dos polos de la Nave. Concretamente en el Sur (De hecho, el polo Sur quedaría definido por este hecho), posibilitando el tránsito por los niveles paralelos al ecuador, como se observa en la película.

Existen sin embargo, muchos problemas para esta configuración. En primer lugar, habría que compensar toda la masa generada por los niveles situados por encima del Polo Sur, con una masa muchísimo mayor situada en un plano cercano a este. Y aquí viene otro problema. Si pudiésemos colocar el centro de masas próximo al Polo Sur, aunque fuese distribuido sobre un plano, en ningún caso podríamos conseguir que la gravedad fuese uniforme en los niveles paralelos al ecuador, ya que para ello necesitaríamos una nave cilíndrica, en la que podríamos situar "toda" la masa en un plano inferior provocando que el campo fuese aproximadamente igual en regiones próximas de cada plano paralelo, pero ni siquiera constante en cada uno.

Existe, no obstante, una tercera posibilidad, que se correspondería con lo que realmente se conoce como "gravedad artificial". Una forma eficiente de simular gravedad, derivada del Principio de Equivalencia* [Del que hablaré brevemente]. Esta consistiría en aprovechar la aceleración centrífuga de la Estrella de la Muerte durante su rotación alrededor de un eje de giro. De esta forma, los tripulantes podrían caminar por la superficie interna de la Nave. (Preferiblemente por el ecuador). Ojo, podrían hacerlo literalmente por la superficie interna, lo que limitaría la región habitable a la cáscara externa. Aún más, sólo podrían hacerlo de forma estable por el ecuador, ya que la aceleración centrífuga tomaría el siguiente valor:

Donde omega es la velocidad angular de la Estrella, R su radio, y lambda el ángulo complementario de la latitud:

Como vemos, la aceleración estaría dirigida en todas las direcciones perpendiculares al eje de giro, siendo sólo en el ecuador la normal a la superficie de la Nave perpendicular a dicho eje. De este modo, si los tripulantes caminasen en otras zonas de la superficie distintas, se caerían continuamente desequilibrados. La solución a este problema sería, construir una nave cilíndrica, que permitiría una superficie de movimiento muchísimo mayor.

Sea como sea, no parece que acomodar una gravedad terrestre a la Estrella de la Muerte sea tarea baladí...


*Anexo: El Principio de Equivalencia:
El Principio de Equivalencia es nada más y nada menos que el principio físico fundamental en el que se asienta la Teoría de la Relatividad General.
Este Principio establece que localmente, es indistinguible un campo gravitatorio, de un sistema de referencia no inercial acelerado.

Un ejemplo clásico [propuesto por el propio Einstein], supone a un observador situado dentro de un ascensor colocado en la Tierra. Al soltar un objeto dentro del mismo, éste caerá y llegará a la superficie. Pues bien, si ahora colocamos a nuestro observador dentro de su ascensor, libre de cualquier efecto gravitatorio, [en el espacio, por ejemplo] sometido a una aceleración con el mismo valor que el de la gravedad terrestre, y hacemos que suelte un objeto dentro, éste caerá exactamente igual a la superficie del ascensor que como lo hacía en la Tierra, no pudiendo diferenciar el observador ascensorista, la presencia de un campo gravitatorio, de un movimiento acelerado.

Star Trek y el abuso del lenguaje. (2) (F.C.F.)

Vamos a concluir este capítulo dedicado a los abusos cometidos por Star Trek hacia la física, con el análisis de las dos expresiones que nos faltaban, es decir: Las ráfagas de resonancia, y las implosiones cuánticas.

El primer término, el de "ráfaga de resonancia", se utiliza en la película para denominar a cierto tipo de disparos enviados desde la Enterprise. Sin embargo, veremos que tal término carece aún de más sentido si cabe [no cabe], que el de "distorsión de energía".

La palabra ráfaga no tiene ningún significado físico especial, por lo que nos limitamos a comentar su definición usual. La Real Academia Española define "ráfaga", en su acepción más apropiada para nuestro caso, como: Conjunto de proyectiles que en sucesión rapidísima lanza un arma automática, cambiando convenientemente la puntería para cubrir por completo el blanco del tiro.

[Nota: También se conoce como "Ráfaga" a un famoso grupo de cumbia, de nacionalidad argentina]:

De este modo, cabe suponer que la resonancia habrá de ser alguna clase de proyectil...

Wow, nada más lejos de la realidad. [Si es que se me permite usar el término "realidad" así, a la ligera...]

Pues bien, cuando tratamos con el concepto de resonancia, nos referimos, en mecánica, a una determinada configuración de un sistema periódico, u oscilante, tal que en él se produce un refuerzo de la oscilación al someterlo a una fuerza externa periódica con una frecuencia que coincide con la frecuencia característica del sistema.

Parece que en la película utilizan este término, en su acepción mecánica, ya que el objetivo de las "ráfagas de resonancia" es destruir objetos a la manera en que [falsamente se cree que] ocurrió con el "Puente de Tacoma Narrows", que, según una errónea versión "oficial", fue derribado tras entrar en resonancia con un viento de unos 60Km/h, y oscilar cual reloj de péndulo durante varios minutos:

[Lo que en realidad parece que ocurrió estuvo relacionado con el "flutter aeroelástico", o "flameo aeroelástico". Esto es, una inestabilidad por la cual una estructura al vibrar absorbe energía del fluido circundante de tal forma que es incapaz de disipar en un ciclo de vibración toda la energía que absorbe. Puede producirse una vibración autosostenida, que puede llevar a la destrucción de la estructura, como sucedió con el puente].

Diremos entonces que la resonancia es un fenómeno que puede llegar a producir daño en una estructura [aunque no fue lo que ocurrió en el puente].
Sin embargo, carece de sentido hablar de "ráfagas de resonancia", cuando la resonancia no es un objeto, sino una configuración, algo abstracto [que puede tener consecuencias muy reales].

[NOTA: Existe una última posibilidad que consistiría en poner a los miembros de Ráfaga en un columpio. Cuando el columpio alcanzase su posición de máxima energía potencial podría dársele un impulso al columpio, y así, en cada ocasión. Habríamos entrando en resonancia con él. Tendríamos "Ráfaga en resonancia", (buen título para una gira)].

Pasamos ahora a las "implosiones cuánticas". Teniendo en cuenta que me enrollo más que las persianas con gilipolleces, no me quiero ni imaginar lo que podría pasar si hiciese lo mismo con algo como la física cuántica. De este modo, me centraré más en la crítica hacia la tendencia que existe en la ciencia ficción a utilizarla como sinónimo de "complicado en grado sumo", que en intentar dar un curso de mecánica cuántica, para el cual no estoy preparado. Aún.
Voy a comentar, pues, este aspecto primero y después trataré el asunto de las "implosiones".

La Mecánica Cuántica es, junto con la Teoría de la Relatividad, una de las dos grandes teorías físicas que actualmente tratan de describir la naturaleza del universo, y de lo que en él hay, si es que tiene sentido hablar de "universo", si es que hay algo en él, y si es que tiene sentido hablar de "lo que hay".

Es muy frecuente la utilización de conceptos como "espacio-tiempo", "hiperespacio", "cuántico", etc. con la intención de aparentar sofisticación [no de la de Versacce], dificultad, o lo avanzado de una tecnología. Sin embargo, en la mayoría de las ocasiones, estos términos se usan de forma errónea, sólo por sus connotaciones.

De todas maneras, en estos tiempos que corren, de Grandes Hermanos, crisis, y zapatazos al "presidente", tal vez , y sólo tal vez, no le viene mal a la física un poco de publicidad, aunque sea un poco pervertida [en el sentido de la mala utilización de términos de su ámbito].

Dicho esto, pasemos a las implosiones.
Una implosión es una reacción en la que se produce una onda expansiva que se dirige hacia adentro del objeto que implosiona, produciéndose una compresión del mismo. A pesar de que no es un término muy conocido, existe una hipótesis cosmológica en la que adquiere una importancia considerable, al suponerse que el final del universo coincidirá con una gran implosión de todo lo que hay en él, en el llamado Big Crunch.
El universo acabaría entonces concentrado en un único punto de densidad infinita. [No me creo nada]

No parece, pues, que exista contradicción alguna al escribir "implosión cúantica". Y no la hay necesariamente. A diferencia de las "ráfagas de resonancia" y las "distorsiones de enegería gravimétrica", en esta ocasión, mi intención era hacer notar la tendencia de la ciencia ficción al uso de expresiones que incluyan a la física cuántica.

Nada más por ahora.

Estoy pensando en una entrada sobre motores interestelares... Puede que sea la siguiente.

Star Trek y el abuso del lenguaje. (1) (F.C.F.)

[NOTA: Después de un largo periodo de inactividad justificada, (primer parcial de termodinámica), me dispongo a retomar el trabajo. A lo largo del periodo vacacional espero poder incrementar notablemente el número de entradas, recuperando así el tiempo perdido.]

He de reconocer que siempre había sentido curiosidad por el mundo de Star Trek, ya que, a pesar de su fama, nunca había visto ninguna de las películas de la saga, ni ningún episodio de sus series.

Tras el visionado de la película "Star Trek VII. La próxima generación", hay algo que me ha llamado poderosamente la atención hasta el punto de hacerlo digno de una entrada en [nada más y nada menos que] mi blog.

Es altamente probable que la utilización de expresiones técnicas inventadas sea deliberado. Seguramente, con la intención de mantener alguna clase de guiño hacia el movimiento friki. O tal vez porque nació como parte de la esencia de la propia saga.

Sea como fuere, en esta entrada analizaremos algunas de las expresiones incorrectas utilizadas, y referentes, cómo no, a conceptos físicos.

Vamos a trabajar con los siguientes "vocablos" [o perversiones, como gusten]:

- Distorsión de energía gravimétrica.
- Ráfaga de resonancia. [Mi preferida]
- Implosión cuántica.

[Nótese que he seleccionado sólo algunas de las muchas patadas que se inflingen a la física en la película. (Me he dejado "cinta de energía", "campo subespacial", etc.)]

Comencemos.
En el transcurso de la película, una nave queda atrapada en una "distorsión de energía gravimétrica", provocando la muerte de la mayoría de sus tripulantes.

No cabe duda de que el concepto de "energía" es uno de los más confusos y a la vez más utilizados, no sólo por la física, sino por cualquier persona, y en cualquier ámbito.
Lamentablemente, su grado de utilización no va ligado a la comprensión que de el concepto tiene el que lo utiliza. Al menos, en la mayoría de las ocasiones.
Existen muchas definiciones de "energía" en función del ámbito en el que nos encontremos . Sin embargo, en el caso de la película, su utilización parece enfocarse hacia su definición mecánica. En este área de la física, la energía suele referirse a la capacidad para producir un trabajo, o un movimiento. Además, se asocia este nombre a determinada magnitud de los cuerpos que se conserva en los sistemas mecánicos como consecuencia de la existencia de una simetría en el lagrangiano que describe dicho sistema: la invariancia respecto a traslaciones temporales. Es decir, que la energía se conserva cuando el lagrangiano no depende del tiempo. El lagrangiano, por su parte, es [en cada caso] una función que permite calcular la evolución temporal de un sistema a partir de un principio de mínimo que se cumpliría en la naturaleza [en mecánica clásica] [Principio de mínima acción de Hamilton (Anteriormente intuido por Maupertuis)].

Una distorsión es una deformación sufrida por una onda en el transcurso de su propagación, bien sea sonora, electromagnética, etc. [También se utiliza referida a imágenes].

Finalmente, el término gravimetría hace referencia a la disciplina consistente en realizar medidas de la gravedad. De esta forma, cualquier palabra que vaya acompañada del adjetivo "gravimétrico" tiene su significado restringido a aquello relativo a la medida del peso de un cuerpo, o más exactamente, a la medida del campo gravitatorio generado por otro.

Fuente: Ministerio de Fomento.

Y después de todo esto, juntemos los tres términos para obtener una: Distorsión de energía gravimétrica.
No queda muy claro si lo que es gravimétrica es la distorsión, o la energía, aunque creo que se decía en el segundo sentido. Sea como fuere, pronto se puede comprobar la incongruencia de la expresión:

- Por un lado, la energía no se puede "deformar". Otra cosa es que una deformación produzca un almacenamiento de energía, o requiera cierta energía para producirse. La energía es una magnitud asociada a un campo escalar, es decir, tal que en cada punto del espacio recibe un valor numérico. Aún aunque se tratase de un campo vectorial, lo único que tendría sentido sería describir las deformaciones de un cuerpo mediante dicho campo, ¡pero no decir que la magnitud que describe el efecto, es la que se deforma!

- Por otro lado, me resulta simpático el término "energía gravimétrica". Tal vez se refiere a la energía que un señor gasta durante el acto de medir la gravedad de un cuerpo.

- Diré finalmente, que lo más parecido que existe en el mundo de la física [morfológicamente hablando] a la "distorsión de energía gravimétrica", es la "Teoría de la máxima energía de distorsión". [Como se puede apreciar, la energía aparece ligada a la distorsión de algo, no es la energía la que se distorsiona]. Tal Teoría, (también conocida como Criterio de Von Mises) estudia las condiciones bajo las cuales determinada estructura o pieza falla, o se rompe; dentro de la mecánica de los sólidos deformables...

En la próxima entrada [tenía ganas de publicar algo ya. ¡Ya!], y como lo prometido es deuda, estudiaremos el maravilloso mundo de las "implosiones cuánticas", y las "ráfagas de resonancia".

Paz y amor para todos en estas fechas tan señaladas... ;P