Revisando el EmDrive: Fluctuaciones Cuánticas del Vacío Aprovechadas en un Motor sin Propulsor Probado por la NASA.

^{Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation}

En un artículo anterior describimos cómo la comprensión del mecanismo por el que la gravedad, la masa y la carga son producidas por la estructura y la dinámica de las fluctuaciones cuánticas del vacío debería, en principio, permitirnos influir en la dinámica de la estructura discreta del espaciotiempo de forma que se pueda lograr el control gravitatorio y la propulsión novedosa (Predicción del radio del protón y el control gravitacional).

Cuando existe un gradiente de densidad en las fluctuaciones de Planck del vacío cuántico, se produce una curvatura del espaciotiempo y la energía fluye de una región a otra. Tal y como describe la Relatividad General, la gravedad es un efecto inducido de la geometría, o curvatura del espaciotiempo que, como demostró Nassim Haramein, está compuesto por partículas de Planck que se mueven conjuntamente y que conforman la estructura granular del propio espaciotiempo a escala cuántica.

Piensa en el gradiente que se crea cuando tiras del tapón de tu bañera, haciendo que la superficie del agua parezca curvarse, lo que en realidad es el resultado del gradiente de densidad de las partículas de agua en movimiento. Un patito de goma en las proximidades de esa curvatura parece ser atraído hacia el agujero (o el desagüe). Por tanto, un dispositivo que cambie la curvatura del espaciotiempo debería permitir controlar la gravedad. 

Esta es la idea en la que se basa el dispositivo de plasma magnetohidrodinámico inventado por Haramein, un dispositivo inspirado en los mecanismos de producción de energía de sistemas naturales como las estrellas y las galaxias. El dispositivo está diseñado para crear un gradiente de giro en las fluctuaciones de energía cuánticas del vacío del que se puede extraer energía y lograr la propulsión mediante la ingeniería del campo gravitatorio. 

En julio de 2014, un equipo de investigadores del Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada de la NASA, anunció un emocionante desarrollo de otro ejemplo de aprovechamiento del potencial energético del vacío cuántico. Dirigido por Harold "Sonny" White, ingeniero y director de Eagleworks en el Centro Espacial Johnson, el equipo informó de las mediciones de un empuje no convencional producido por un dispositivo que utiliza los efectos de las microondas que pasan a través de una guía de ondas de estructura única (La NASA valida un accionamiento espacial imposible -NASA validates impossible space drive-).

El grupo de investigación sorprendió a la comunidad científica al informar de la producción de un empuje convencionalmente inexplicable a partir de un motor sin propulsor: el llamado accionamiento espacial imposible. El inventor del propulsor y fundador de Satellite Propulsion Research LTD (SPR), el ingeniero aeroespacial británico Roger Shawyer, describe el efecto como producido por la diferencia neta en la transferencia de impulso de las microondas a las paredes de una cavidad de resonancia cuando rebotan a lo largo del interior de la guía de ondas de forma cónica. Shawyer denomina al dispositivo: EmDrive (por sistema de propulsión por microondas de accionamiento electromagnético).

Sin embargo, el dispositivo fue rápidamente apodado el "accionamiento imposible", ya que desde su inicio se creyó que violaba las leyes del movimiento, ya que no se expulsa ningún propulsor para producir la acción necesaria para la reacción o el empuje generados, lo que dio lugar a unos 10 años de lucha por parte de Shawyer para conseguir que algún laboratorio serio probara la validez de los resultados de forma independiente, hasta los laboratorios de China hace 3 años, y finalmente ahora en la NASA. En el informe inicial realizado por el laboratorio Eagleworks de la NASA se encuentra esta reveladora declaración:

"Este artículo describe las campañas de prueba diseñadas para investigar y demostrar la viabilidad de utilizar la magnetoplasmodinámica clásica para obtener una transferencia de momento propulsor a través del plasma virtual del vacío cuántico. Este documento no abordará la física del propulsor de plasma del vacío cuántico (QVPT)..."

-Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum. 2014.

El EmDrive de Shawyer fue probado inicialmente en 2012 por un equipo de investigadores del Instituto Politécnico del Noroeste, en China, donde confirmaron la producción de empuje del dispositivo de propulsión por microondas. Aun así, muchos escépticos desestimaron los resultados (como suele ocurrir con algo que desafía un paradigma imperante). Entonces, un inventor de Estados Unidos llamado Guido Fetta, desarrolló un dispositivo similar llamado Cannae Drive. Aunque construido con un diseño diferente, el accionamiento Cannae funciona de forma muy similar al EmDrive, con un empuje producido por la transferencia de momentum de las microondas en una cámara de resonancia ranurada. En ambos sistemas, se suministra energía eléctrica para producir microondas que viajan dentro de la cámara de guía de ondas de los accionamientos, produciendo empuje sin ninguna masa de reacción (el combustible clásicamente definido).

Con la verificación de los resultados por parte de tres laboratorios independientes, el equipo dirigido por Sonny White en el laboratorio Eagleworks de la NASA, decidió realizar sus propias pruebas de los novedosos dispositivos de propulsión. Y los resultados son positivos, tanto para el propulsor Cannae como para el diseño EmDrive. En ambos accionamientos, aunque con diseños diferentes, se produjeron pequeñas cantidades de empuje (micronewtons). Es importante destacar que las pruebas realizadas en la NASA se llevaron a cabo dentro de cámaras de vacío, de modo que los efectos atmosféricos (como la conducción térmica del aire) no pudieron atribuirse a la producción de ningún impulso anómalo.

Aunque los micronewtons no parezcan gran cosa, la relación potencia-empuje es 10 veces mejor que la de los propulsores magnetoplasmadinámicos convencionales, conocidos como propulsores iónicos, una diferencia crítica en términos de viabilidad para los viajes espaciales.

Y el hecho de que los motores representen una clase totalmente nueva de sistema de propulsión, basada en una comprensión más profunda de la física, abre la posibilidad de un transporte práctico y limpio, ya que no se necesita ningún combustible químico.

Entendiendo el vacío cuántico

En La gravedad cuántica y la masa holográfica -Quantum Gravity and the Holographic Mass - (QGHM), se demuestra cómo la gravedad y la masa, dos propiedades fundamentales de la materia, resultan de las fluctuaciones armónicas cuánticas del vacío. Aunque Haramein descubrió la relación holográfica de las fluctuaciones del vacío cuántico (QVF) para predecir el radio de carga del protón con más precisión de la que se había logrado hasta ahora, muchos aún se preguntan si las QVF son reales y, en caso afirmativo, ¿cómo sabemos que existen? Parte del problema es que las QVF, a pesar de ser extremadamente grandes energéticamente, en la mayoría de los casos no son directamente observables. Sin embargo, la presencia ubicua de las QVF puede confirmarse a través de sus multitudinarios efectos, y más aún por su utilización en aplicaciones tecnológicas.

Aunque el vacío es responsable de engendrar casi todos los atributos y características de la materia y la energía, su influencia omnipresente se demuestra más claramente en dos efectos significativos: lo que se conoce como el desplazamiento Lamb y el efecto Casimir. El desplazamiento Lamb es un atributo del hidrógeno, en el que se observa que la nube de electrones tiene un nivel orbital ligeramente más energético de lo que se supondría basándose únicamente en cálculos teóricos. Este nivel orbital ligeramente desplazado fue medido en 1947 por Robert Retherford y Willis Lamb (de donde se deriva el nombre del efecto).

La razón por la que el electrón tiene un nivel orbital ligeramente superior se debe a su constante interacción con el vacío cuántico, que le imparte energía. Inicialmente, los cálculos teóricos (la ecuación de Dirac) no preveían este nivel de energía ligeramente superior porque no se consideraba ni se tenía en cuenta la interacción constitutiva del electrón con el vacío, pero la interactividad energética del vacío no puede ignorarse en este caso.

El vacío cuántico tiene un componente energético distinto de cero (su valor de expectativa de energía) porque incluso en un vacío completo sin materia ni radiación presentes, y a una temperatura casi cero absoluta, seguirá habiendo excitaciones energéticas del campo electromagnético. Es decir, habrá longitudes de onda de casi todos los tamaños imaginables llenando cada punto del espacio, lo que Einstein denominó campo de punto cero.

En el efecto Casimir, dos placas metálicas con carga neutra se colocan muy juntas en el vacío (una cámara sin moléculas atmosféricas). Como algunas de las longitudes de onda electromagnéticas del vacío cuántico no caben entre el espacio extremadamente pequeño que hay entre las placas metálicas, se anulan. Esto da lugar a una energía ligeramente inferior entre las placas, casi como una región de baja presión, y la mayor energía alrededor del área de los modos electromagnéticos más numerosos empujará las placas entre sí.

Se trata de un efecto muy importante, ya que no sólo verifica la presencia omnipresente de las oscilaciones electromagnéticas del vacío, sino que es una demostración directa de la extracción de energía del mismo, ya que se produce una fuerza a partir del vacío cuántico simplemente cancelando algunas de las fluctuaciones del vacío (modos electromagnéticos) en una región definida del espacio. Obsérvese que se trata de un tipo de efecto gravitatorio (las placas gravitan entre sí) y, por tanto, se ha sugerido que es un mecanismo por el que se puede lograr el control gravitatorio.

En investigaciones más recientes, este fenómeno se ha ampliado al efecto Casimir dinámico, en el que se emiten fotones de microondas directamente desde el vacío. Las ondas electromagnéticas del vacío se describen con la misma precisión que los fotones. Cada fotón tiene un compañero que actúa como antipartícula, formando pares partícula-antipartícula que hacen que los fotones permanezcan ligados al estado de vacío. Sin embargo, si un espejo se mueve a velocidades relativistas (velocidades cercanas a la de la luz) igualará la velocidad de algunos de los fotones, haciendo que se dispersen y dando lugar a una interrupción del ciclo normal de creación-aniquilación de los pares partícula-antipartícula.

De este modo, algunos fotones se emitirán desde el vacío al separarse de su "compañero de espejo". Sin embargo, es extremadamente difícil conseguir que un espejo real se mueva a una velocidad cercana a la de la luz, así que en su lugar se hace oscilar un dispositivo de interferencia cuántica superconductora (SQUID) a miles de millones de veces por segundo (gigahercios, GHz) con una corriente eléctrica de tal manera que es capaz de imitar un espejo electromagnético que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz.

Si todas las demostraciones empíricas anteriores no fueran suficientes para establecer la importancia del vacío cuántico más allá de un simple campo virtual de consecuencias triviales (y si se habla con algunos escépticos, no lo son), muchos físicos e investigadores -entre ellos el equipo de RSF- ya están empezando a desarrollar motores y generadores de energía basados en la utilización y la ingeniería del vacío cuántico.

Aunque según el pensamiento convencional este dispositivo de propulsión debería ser imposible, el hecho de que parezca funcionar se atribuye a la estructura polarizable del vacío: las fluctuaciones cuánticas del vacío. Los mismos bits oscilantes energéticos utilizados por Haramein para derivar la fuerza gravitatoria tanto a escala cuántica como cosmológica, así como para describir las propiedades del protón y la fuente de la fuerza de enlace nuclear. En otras palabras, dicho dispositivo no funcionaría si el espacio no tuviera la estructura a escala de Planck descrita en la QGHM.

Nótese que el concepto de vacío polarizable no es nada nuevo, ya que Haramein, Rauscher y otros, han estado explicando y aplicando el concepto de la estructura polarizable del vacío durante muchos años para resolver problemas anteriormente intratables en física, así como para ampliar nuestra comprensión de los agujeros negros, la dinámica estelar y los procesos cuánticos con consideraciones sobre el torque del espaciotiempo y las fuerzas de Coriolis.

El 5 de abril de 2015, NASA Eagleworks informó de una nueva simulación computacional que modela el empuje del EmDrive como un flujo magnetohidrodinámico tridimensional de pares electrón-positrón del vacío cuántico, la estructura polarizable del vacío.

En efecto, el equipo de la NASA cree que el motor produce empuje a través de una transferencia de momentum con la estructura polarizable del vacío cuántico. La idea central es que el espacio no está vacío, sino que está lleno de oscilaciones energéticas y, además, significa que no hay ningún sistema verdaderamente aislado y, por lo tanto, no se viola la conservación del momentum si se transfiere al vacío cuántico una fuerza igual a la del empuje del motor.

En otras palabras, la conservación del momentum estipula que si no se expulsa nada del motor, no hay transferencia de momentum, por lo que el momentum permanece igual y no se genera empuje. Por ello, los dispositivos de propulsión como el EmDrive basado en microondas se denominan "propulsores imposibles" porque se dice que violan las leyes de la conservación del momentum. Sin embargo, si los impulsores están "empujando" contra el vacío cuántico, o alternativamente estructurando el vacío cuántico para crear una urdimbre localizada o un dipolo gravitacional, entonces debería ser capaz de producir impulso, como este lo hace.

¿Un motor Warp?

De hecho, en una experimentación posterior, el grupo de investigación Eagleworks de la NASA, comprobó la posible deformación del espacio en un dispositivo similar al EmDrive mediante mediciones con interferómetros. El interferómetro utiliza la interferencia de dos rayos láser para medir perturbaciones extremadamente pequeñas del espacio. En este caso, un haz láser se divide en dos y uno de ellos se guía fuera de la influencia del dispositivo mientras otro lo atraviesa; cuando los haces se recombinan, las ondas sufren una interferencia constructiva o destructiva, dependiendo de sus fases relativas. Cualquier posible deformación del espacio por parte del dispositivo de prueba hará que uno de los haces láser se difracte ligeramente y produzca una señal reveladora.

Aunque se observó una ligera interferencia, que indica una microdeformación del espaciotiempo alrededor del dispositivo de prueba, el aparato debe probarse a continuación en una cámara de vacío para descartar las influencias atmosféricas (aunque los cálculos muestran que el nivel de interferencia no puede atribuirse a las influencias atmosféricas del haz de prueba). Mientras que el espectro más conservador de la comunidad científica sigue escribiendo enérgicamente para desacreditar los resultados, muchos comentaristas y escépticos optimistas se han mostrado mucho más entusiastas. El informe de la NASA detalla además las especificaciones de las misiones tripuladas a Marte y Saturno que reducen drásticamente los tiempos de viaje en tránsito frente a los esquemas convencionales de propulsión química.

Imagen: Criterios de viaje proyectados para misiones tripuladas a Marte basadas en propulsores de plasma de. vacío cuántico.

Los propulsores pueden convertir la luz solar o la energía nuclear en electricidad para generar microondas para el empuje. Esto significa que no es necesario transportar grandes cargas de propulsión. ¿Qué potencia tienen los motores espaciales? El equipo informa de que se espera que la relación empuje-potencia sea de 0,4 newtons por kilovatio (N/kW), es decir, entre 7 y 10 veces más potente que los actuales propulsores Hall (un tipo de propulsor iónico que utiliza un campo eléctrico para expulsar el propulsor de xenón).

Con la capacidad de producir suficiente empuje para superar la fuerza de la atracción gravitatoria del Sol (0,6 mili-g's a 1 UA), y sin tener que llevar cantidades masivas de propulsor, se pueden tomar trayectorias de vuelo casi directas hacia los planetas, en lugar de tener que depender del "efecto honda" y las trayectorias de "intercepción".

Aunque siempre hay que ser precavidos antes de adelantarnos a los acontecimientos -sin duda hay más trabajo por hacer-, es emocionante contemplar misiones tripuladas a nuestros planetas vecinos más cercanos. Así que felicidades humanidad: con este potencial avance en la tecnología del vacío de propulsión sin microondas, es posible que puedas dar el pequeño paso hacia tu vecindario planetario local. Y con esquemas de propulsión más avanzados, dispositivos de control gravitatorio e inercial como el resonador de plasma magnetohidrodinámico de Haramein, los motores warp de Alcubierre, y otros similares, podrá empezar a explorar otros sistemas estelares cercanos, donde le esperan innumerables e inimaginables nuevos mundos y descubrimientos.

Para los menos aventureros, o mejor dicho, para los más pragmáticos, también es importante tener en cuenta que, como especie, es crucial tener la capacidad de viajar al espacio. La superficie de nuestro planeta no es un lugar muy seguro: un asteroide de tamaño medio o una erupción solar, o incluso el paso cercano de un cometa, por nombrar sólo algunos, podrían poner en grave peligro nuestra supervivencia.

Y el tiempo corre; estos acontecimientos no son una cuestión de si, sino de cuándo. Ahora no vayas y empieces a construir un refugio antibombas todavía... está bien, relájate - pero ten en cuenta que estas tecnologías, y ciertamente la promoción de los inconformistas y pioneros que intentan construirlas, es un esfuerzo crítico beneficioso para todos nosotros. Sobre todo si se tienen en cuenta los efectos de la independencia energética, que podrían provenir de tecnologías como éstas que aprovechan la energía del vacío cuántico. Esto significaría dejar de depender de recursos naturales limitados como el petróleo, y la desarmonía ecológica y el juego económico que conlleva.

Por lo tanto, estas tecnologías tienen el potencial de marcar un momento muy significativo en la evolución humana, en el que nuestra sociedad pase de un modelo de escasez, recursos limitados y disputas territoriales, a otro basado en la abundancia de energía y la capacidad de estar en el espacio con una accesibilidad casi ilimitada a los recursos. Aunque esto pueda pensarse como algo en un futuro lejano, ahora es evidente, por los últimos avances, que estas tecnologías transformadoras son eminentes.

Más para explorar:

Entrevista: Roger Shawyer, Creator of EmDrive -- https://www.youtube.com/watch?v=4hTdSg47h3k

The EmDrive NASA forum (for in depth discussion and analysis) -- http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=36313.0

Cannae Drive - http://cannae.com/

Theory of electromagnetic reactionless drive - Abraham-Minkowski controversy - http://en.wikipedia.org/wiki/Abraham%E2%80%93Minkowski_controversy

Advanced Propulsion Physics Research Group - http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110023492.pdf

Satellite Propulsion Research Ltd. - http://emdrive.com/principle.html

Theory of Microwave Propulsion for Spacecraft - http://www.newscientist.com/data/images/ns/av/shawyertheory.pdf

Northwestern Polytechnical University report on microwave radiation thruster - http://www.emdrive.com/NWPU2010translation.pdf