Avi Loeb explica cómo una modificación en la ley de Newton puede permitir que las naves espaciales consigan alcanzar 300 km/s, una velocidad 10 veces mayor que las actuales
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 empuja a un patinador sobre hielo cuando se separa de su compañero o provoca el retroceso al disparar una bala. En 1897, 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.
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.
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.
¿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, lo que corroboró el argumento de la posible existencia de materia oscura en los halos que rodean estos núcleos. 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.
En 1983, Moti Milgrom sugirió que las curvas de rotación planas de las galaxias pueden explicarse si la dinámica newtoniana 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’ 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.
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. 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.
