domingo, 1 de mayo de 2022

La física de los viajes en el tiempo explicada por dos de los mejores físicos teóricos

La física de los viajes en el tiempo explicada por dos de los mejores físicos teóricos

Explicar qué dice la física actual acerca de la posibilidad de viajar en el tiempo sorteando las ecuaciones matemáticas y los conceptos más complejos es un auténtico reto. Sin embargo, estamos convencidos de que es posible hacerlo de una forma didáctica que cualquier persona con curiosidad puede seguir sin necesidad de conocer minuciosamente qué propone la teoría general de la relatividad.

Afortunadamente, no hemos abordado este desafío solos; hemos contado con la ayuda de dos físicos teóricos españoles expertos en esta materia. Ambos tienen mucha experiencia en el ámbito de la investigación y una capacidad didáctica que está fuera de toda duda. Álvaro de Rújula es un prestigioso físico de partículas que, entre muchos otros logros, ha dado clase en Harvard y ha liderado la división de física teórica del CERN. Incluso ha tenido la oportunidad de viajar en el tiempo para hablar cara a cara con Albert Einstein (en la ficción y con mucha gracia, claro).

El currículo de José Luis F. Barbón es igualmente impresionante. Este físico teórico es un experto en teoría cuántica de campos, gravedad cuántica y agujeros negros, entre otras materias. Ejerce como investigador en el CSIC, y actualmente dirige el Instituto de Física Teórica (IFT), una institución en la que trabaja mano a mano con Álvaro y otros investigadores. Como estáis a punto de comprobar, ambos tienen una vocación didáctica muy evidente, por lo que sus conferencias (algunas están disponibles en YouTube) son muy disfrutables.

Indagar de una forma rigurosa en la física de los viajes en el tiempo requiere que coqueteemos con la geometría del continuo espacio-tiempo. Y también con la teoría general de la relatividad. Es un terreno profundamente hipotético y especulativo, pero, aun así, la física teórica nos propone algunas respuestas extraordinariamente interesantes. Y sorprendentes. Pero lo mejor de todo es que recorrer este camino de la mano de estos dos físicos es una experiencia irrepetible. Prometido.

La velocidad de la luz es absoluta

No hay mejor forma de iniciar nuestro viaje que intentando afianzar nuestra percepción acerca del continuo espacio-tiempo y repasando la que sin duda es la propiedad más asombrosa de la luz: la invariabilidad de su velocidad en un medio determinado independientemente del estado de movimiento o reposo de la fuente que la emite y del observador. Este atributo es patrimonio exclusivo de la luz, por lo que no lo comparte con ningún otro objeto del universo. Álvaro nos los explica de una forma asequible:

Alvarorujularetrato

«El espacio y el tiempo son tan fundamentales que podemos hablar de ellos, pero sin llegar a identificar con la máxima precisión qué son en realidad. Podríamos asimilar el espacio a una especie de conjunto de fichas de dominó, de manera que podemos pegar unas a otras en un plano y después colocar otro plano encima construido de la misma manera. Obviamente el espacio realmente no es así, pero este símil puede ayudarnos a entender de alguna forma su naturaleza», puntualiza.

«En cualquier caso, lo primero que podemos hacer es intentar entender la relación que existe entre el espacio y el tiempo. Si tenemos un espacio plano y en él hay dos hormigas podemos dibujarlas en un cierto instante del tiempo, y luego en un instante posterior podemos dibujar un plano encima con las mismas dos hormigas, pero colocadas en posiciones diferentes. De esta forma podríamos construir una especie de sándwich en el que el espacio discurre en la dirección horizontal de mi dibujo, y el tiempo en la vertical».

«No obstante, lo que acabamos de hacer es más que un simple dibujo. Desde finales del siglo XIX y culminando con el trabajo de Einstein de 1905 (la teoría especial de la relatividad), sabemos que hay algo muy curioso que relaciona el espacio y el tiempo: existe una velocidad máxima. No puedes viajar a una velocidad superior a la de la luz. Si tengo un cohete con un señor dentro que está avanzando a 10 km/h respecto al cohete, y el cohete con respecto a mí que estoy en la Tierra también está avanzando a 10 km/h, el señor con respecto a mí avanza a 20 km/h si tanto él como el cohete se desplazan en la misma dirección».

«Sabemos que hay algo muy curioso que relaciona el espacio y el tiempo: existe una velocidad máxima. No puedes viajar a una velocidad superior a la de la luz»

«Esta idea es intuitiva, pero, sin embargo, si la velocidad del cohete fuese 3/4 partes de la velocidad de la luz, y la del señor del interior del cohete en relación al propio cohete también fuese 3/4 partes de la velocidad de la luz, al observarlos desde fuera yo creería que el señor avanzaría a una velocidad de 3/4+3/4 de la velocidad de la luz. Es decir, al 150% de la velocidad de la luz, que es una cantidad mayor que la velocidad de la luz. Sin embargo, este cálculo está mal hecho. En realidad, nuestro universo no funciona así. Si hacemos el cálculo correctamente la velocidad total del señor del interior del cohete con respecto a mí será un poco inferior a la velocidad de la luz», concluye Álvaro.

Sum Velocities
Esta ilustración elaborada por Álvaro refleja la suma de velocidades que hemos descrito en el ejemplo del cohete cuando ambos objetos se desplazan a una velocidad inferior a la de la luz.

José Luis prosigue la explicación de Álvaro proponiéndonos otro experimento mental que también puede resultarnos útil para interiorizar esta crucial propiedad de la luz antes de continuar nuestro viaje:

«En la física a la que estamos acostumbrados no pensamos que el ritmo de un reloj dependa de su movimiento. Si sincronizamos dos relojes y nos llevamos uno en un viaje en tren para posteriormente volver a reunirlos, el desplazamiento a cierta velocidad de uno de ellos no parece tener ningún efecto en la sincronización. En la física newtoniana, la de antes de la relatividad, el tiempo es absoluto. Esto significa que el ritmo de un reloj ideal que ni se atrasa ni se adelanta es el mismo en todas partes. Es universal. No depende de dónde está el reloj, y tampoco de su estado de movimiento».

Josebarbonretrato

«Para describir los fenómenos de nuestra vida cotidiana no necesitamos cambiar esta hipótesis simplificadora. Sin embargo, lo que descubrió Einstein es que esto no es correcto. A finales del siglo XIX los físicos se pusieron a estudiar con más detalle la luz, y se dieron cuenta de que su velocidad es rara porque es absoluta. Esto quiere decir que da igual cómo la midas, e incluso si te mueves respecto a la fuente, o si es la fuente la que se mueve respecto a ti; siempre obtienes la misma velocidad. Esto para ellos fue muy chocante porque todas las velocidades son relativas. Si voy por la autopista y un coche me adelanta lo veo adelantarme despacio, pero si estoy quieto en el arcén lo veo pasar a toda velocidad», asevera José Luis.

«Al combinarlas las velocidades se suman o se restan, pero que haya un objeto, que es la luz, con una velocidad absoluta es chocante. Los experimentos indicaban que esto es así, pero no se entendía. Einstein observó que, efectivamente, el espacio es obviamente relativo en el sentido de que la distancia que recorre un objeto depende del lugar desde el que estoy mirándolo. Si voy al encuentro de ese objeto la distancia que me separa de él es más corta. Esto significa que el espacio es relativo desde el punto de vista del observador. A partir de esta reflexión Einstein concluyó que si el espacio es relativo y el tiempo es absoluto, entonces su cociente es relativo».

«En este contexto si quiero que el cociente entre el espacio y el tiempo para un cierto fenómeno sea un valor absoluto tengo que hacer el tiempo relativo también. De esta forma las dos relatividades, la del tiempo y la del espacio, se cancelan. Einstein se dio cuenta de cómo debe variar el tiempo de acuerdo con el estado de movimiento del observador para que la velocidad de la luz sea siempre la misma. Esto es, en definitiva, lo que se observaba en los experimentos. A partir de aquí en vez de intentar demostrar que la luz tiene una velocidad absoluta, algo que parece imposible a partir de la teoría newtoniana, decidió asumir que existe una velocidad absoluta y comprobar si esto es consistente con todo lo demás».

«Einstein decidió modificar el concepto del tiempo. En su teoría el ritmo del tiempo depende del estado de movimiento de un objeto, pero también depende de si estás en un campo gravitacional intenso»

«Entonces se dio cuenta de que la física no se destruía ni se volvía inconsistente. De hecho, se percató de que podía reconstruir todo su armazón asumiendo que existía una velocidad absoluta y sin que por ello se produjesen inconsistencias. Lo único que sucedía era que había unas fórmulas que tenían unas modificaciones que se hacían visibles a velocidades cercanas a la de la luz. Cuanto más rápido iba un objeto comparado con la velocidad de la luz, más se parecía su movimiento al de la luz, y más efectiva era la relatividad del tiempo desde el punto de vista de que los relojes no marchan igual si se están moviendo».

«La clave es que para encajar todo esto Einstein decidió modificar el concepto del tiempo. En su teoría el ritmo del tiempo depende del estado de movimiento de un objeto, pero también depende de si estás en un campo gravitacional intenso. Si estás en uno de ellos, aunque estés parado, el ritmo con el que transcurre el tiempo es más lento. Si pasas una temporada cerca de un agujero negro el tiempo para ti transcurrirá más despacio que para alguien que está en la Tierra. Simplemente vivimos en un mundo que tiene estas propiedades. Podríamos vivir en un mundo newtoniano, pero no es el caso. Como la velocidad de la luz es absoluta y es finita, pasan estas cosas», concluye José Luis sin disimular su entusiasmo.

Los viajes en el tiempo hacia el futuro y el principio de equivalencia

«La existencia de una velocidad máxima nos ha obligado a cambiar nuestras ideas acerca del espacio y el tiempo. De hecho, esto es lo que describió Einstein en 1915 con su teoría general de la relatividad. A partir de aquí podemos observar que viajar al futuro es fácil. Si observamos el reloj de un piloto de avión que acaba de dar una vuelta a la Tierra y lo comparamos con el de su hermano gemelo que se quedó en casa, veremos que el del piloto va retrasado a pesar de que inicialmente estaban sincronizados. En cierto sentido este último ha viajado al futuro de su hermano gemelo», expone Álvaro.

«Parece absurdo, pero este experimento se ha hecho y funciona perfectamente. De hecho, se repite todos los días miles de veces a causa del GPS. Los satélites de esta red para localizarnos tienen que tener en cuenta que como se están moviendo respecto a nosotros sus relojes se retrasan respecto al nuestro. De esta forma, llevando esta idea al extremo el piloto podría viajar muy deprisa y volver cuando su hermano gemelo tiene 80 años y él solamente tiene 30. Este efecto no solo es posible, sino que se demuestra todos los días millones de veces».

Earth4
Cuando no se ve sometida a un campo gravitacional muy intenso la luz sigue una trayectoria recta a través del continuo espacio-tiempo, pero bajo el influjo de un campo gravitacional como el de la Tierra su trayectoria se curva ligeramente.

«Imaginemos que regresamos a nuestro cohete en el vacío y vemos en su interior al astronauta flotando debido a que no se ve afectado por la acción de ninguna fuerza. Si el cohete empieza a acelerar y colocamos debajo de los pies del astronauta una báscula comprobaremos que ya no marca cero como cuando el astronauta flotaba; marcará, por ejemplo, 75 kg, debido a que el cohete está acelerando con la misma aceleración que la gravedad sobre la Tierra».

«Esta observación fue la que llevó a Einstein a formular la hipótesis conocida como principio de equivalencia, que nos dice que la aceleración en un espacio lo suficientemente pequeño y la gravedad son lo mismo. Esto significa que la gravedad es un aspecto de la aceleración, y la aceleración está íntimamente relacionada con la gravedad», nos explica Álvaro con el propósito de que reparemos en uno de los principios fundamentales de la relatividad general.

La materia curva el espacio-tiempo

Álvaro nos propone que continuemos adelante indagando un poco más en la relación que existe entre la materia y el continuo espacio-tiempo. Y para hacerlo nos sugiere un nuevo experimento mental muy sencillo:

«Si dibujamos un triángulo en un plano por más o menos alargado que sea sus ángulos siempre sumarán 180 grados. Esta es la propiedad que tiene un espacio plano. Sin embargo, si dibujo un triángulo sobre un espacio con geometría curvada, como, por ejemplo, la superficie de una esfera, sus ángulos sumarán 270 grados. Una de las predicciones de la teoría de la relatividad nos dice que la luz puede ser desviada por un objeto que tiene masa, de manera que podemos tomar tres puntos del espacio para formar con ellos un triángulo, colocar en cada uno de ellos un láser y enviar un haz de luz de uno a otro para conectarlos con rayos de luz en línea recta».

Earth 001
Los ángulos de un triángulo sobre un espacio plano suman 180 grados, pero sobre un espacio curvado suman 270 grados. Los objetos con masa o energía actúan sobre la estructura del espacio-tiempo curvándolo.

«Lo curioso es que si ahora coloco la Tierra, que es un objeto con una gran masa, en medio de estos puntos provocaré que la luz se curve un poco, de manera que los ángulos que describían los haces de luz serán un poco mayores que los ángulos iniciales. La suma de los tres ángulos cuando la luz viaja en un espacio curvado ya no será 180 grados; será una cifra algo mayor que esta cantidad. Esta es la forma en que cualquier objeto que tenga masa o energía actúa sobre la estructura del espacio-tiempo, provocando que sea curvada y no plana», concluye este físico de partículas.

Las ecuaciones de Einstein permiten los atajos en el continuo espacio-tiempo

«Para hablar de los agujeros de gusano tenemos que recurrir, además de a la geometría, a algo aún más perverso llamado topología. Supongamos que tengo una hoja de papel y que la enrollo para darle forma de cilindro. Si inicialmente hubiese dibujado un triángulo en la hoja de papel sus ángulos después de enrollarla para constituir con ella un cilindro continuarán sumando 180 grados. Esto me está indicando que este espacio parece curvo porque lo he metido en un espacio tridimensional, que es el que tengo en mi cilindro. Lo más curioso es que puedo hacer una cosa todavía más perversa: convertir el cilindro en una rosquilla, cerrándolo», nos explica Álvaro.

«Al hacerlo me daré cuenta de que ahora tiene un agujero, y este orificio es importante porque es una propiedad topológica del objeto con el que estamos trabajando que no puedo borrar. Es obvio que hay una diferencia importante entre espacios planos y espacios como el de nuestra rosquilla, que, a pesar de ser planos, tienen agujeros. Los agujeros de gusano tienen mucho que ver con esto. Si tomo de nuevo una hoja de papel, que es un espacio plano, y le dibujo dos puntos separados por una cierta distancia, de manera que representen dos puntos del espacio-tiempo, puedo doblarlo con el propósito de que un punto quede encima del otro».

«Ahora dos puntos que estaban muy alejados en el espacio-tiempo resulta que están muy cerca, uno encima del otro. Si cojo una aguja y hago un agujero en la hoja para que un punto llegue al otro habré construido una especie de puente entre ellos. Desde un punto de vista geométrico esto es un agujero de gusano, de modo que se trata de un objeto que pone en contacto cercano dos puntos que inicialmente podían estar muy distantes en el espacio-tiempo. En realidad lo que he hecho es darle una topología nueva, de modo que mi espacio-tiempo ya no tiene una topología sencillísima; tiene una más complicada».

«Los agujeros de gusano ponen en contacto cercano dos puntos que inicialmente podían estar muy distantes en el espacio-tiempo»

«Si ahora extiendo el plano de nuevo lo que sucederá es que el agujero de gusano se transformará en una especie de asa, y esta asa tiene un agujero. Todas las ideas en las que podemos indagar acerca de los agujeros de gusano tienen que ver con estas topologías complicadas en las que hay asas y agujeros. La teoría de la relatividad general consiste en una ecuación fundamental que todo el mundo ha visto en algún lugar, y esta ecuación tiene varias soluciones. Precisamente, algunas de estas soluciones describen los agujeros de gusano, y han sido comprobadas con mucha precisión, pero siempre localmente. Alrededor de un punto. Hasta ahora los físicos no hemos podido comprobar las soluciones de la ecuación que tienen que ver con estos espacios que conectan puntos a gran distancia».

José Luis recoge el testigo de Álvaro recordándonos la descomunal cantidad de energía que necesitamos para acelerar un objeto macroscópico con el propósito de que alcance una velocidad cercana a la de la luz. Solo así podríamos observar un desfase temporal claramente perceptible:

«La fórmula que describe este fenómeno requiere que para que el retraso temporal sea apreciable te acerques mucho a la velocidad de la luz. Y hacerlo con un objeto material y macroscópico es muy difícil porque necesitas unas energías bestiales. Ningún objeto con estas características consigue acercarse a la velocidad de la luz excepto cuando tienes dos agujeros negros que están a punto de colisionar, o una estrella de neutrones. Pero son sistemas muy extremos. Además, cuando desarrollas la teoría te das cuenta de que esa velocidad absoluta es también una velocidad límite. Para alcanzar la velocidad de la luz necesitas energía infinita».

«Esto quiere decir que cada vez cuesta más acelerar un objeto, de manera que el último 1% es mucho más costoso que el primer 1%, por lo que la velocidad de la luz establece un límite para los objetos con masa. Lo interesante es que si pudieses enviar una señal de información más rápido que la velocidad de la luz la teoría nos dice que otro observador que se está moviendo con una cierta velocidad respecto a ti podría verlo invertido en el tiempo. Podría ver que la información va hacia atrás en el tiempo. Este fenómeno tiene una consecuencia muy significativa: si fuésemos capaces de superar la velocidad de la luz podríamos enviar señales al pasado», puntualiza José Luis.

«En este contexto el método obvio de enviar señales al pasado, o la forma ‘pobre’ de viajar al pasado debido a que si no puedes hacerlo tú al menos podrías enviar una señal para que ocurra algo que te afecte, requeriría superar la velocidad de la luz. El problema es que la teoría no nos permite hacerlo utilizando este método de ‘fuerza bruta’ debido a que, como hemos visto, necesitamos energía infinita. Todo lo que acabamos de ver describe el funcionamiento del espacio-tiempo normal y corriente, que es plano y tiene una geometría trivial en la que los triángulos rectángulos satisfacen el teorema de Pitágoras».

«Lo que sucede es que cuando tienes campos gravitacionales muy intensos el espacio se deforma, por lo que nos podemos preguntar si ese grado de deformación puede ser tan radical para crear atajos que te permitan ir de un sitio a otro más rápido. Incluso es razonable preguntarse si esos atajos pueden llevarnos al pasado. Estas ideas son muy especulativas, pero se apoyan en unas soluciones de las ecuaciones de Einstein que lo permiten. El problema es que esta propuesta no puede ser utilizada para escribir el guion de una película de ciencia ficción que sea interesante».

«De todas las soluciones de las ecuaciones de Einstein que sugieren la aparición de un bucle temporal que puede ser utilizado por una partícula para regresar al pasado se desprende que la partícula olvida que viene del futuro»

«De todas las soluciones de las ecuaciones de Einstein que sugieren la aparición de un bucle temporal que puede ser utilizado por una partícula para regresar al pasado se desprende que la partícula olvida que viene del futuro. Son unas soluciones tan especiales, tan cristalinas, que si las tocas un poco se desmoronan. Son como un castillo de naipes. De esta forma, ninguna solución de las ecuaciones permite que la partícula haga algo diferente más allá de repetirse a sí misma, como, por ejemplo, recordar que viene del futuro gracias a su propio mecanismo interno, debido a que cada copia tiene una energía ligeramente diferente. La partícula es distinta cada vez que recorre el bucle».

«La energía de cada copia de la partícula curva el espacio de una forma ligeramente diferente, y al hacerlo el bucle se desmorona porque ya no estamos frente a un fenómeno periódico. De alguna forma es como si el bucle no se cerrara. Es como si tienes un rollo de papel higiénico que está constantemente enrollándose porque en cada vuelta es ligeramente diferente. No lo puedes pegar y decir que es el mismo. En definitiva, todas las soluciones de las ecuaciones de Einstein que permiten la existencia de estos objetos, conocidos como curvas temporales cerradas, que es lo más próximo que tenemos a un viaje en el tiempo, provocan que la partícula o el objeto que viaja se esté repitiendo a sí mismo continuamente», concluye José Luis.

Los agujeros de gusano no sirven para viajar al pasado

José Luis continúa su explicación invitándonos a adentrarnos en el inquietante mundo de las paradojas desencadenado por la posibilidad de viajar a nuestro pasado:

«Lo que hemos visto hasta ahora no se opone a algunas posibilidades interesantes. Si realmente viajas al pasado te puedes encontrar contigo mismo cuando eras más joven. Te encuentras con una copia de ti mismo, de manera que si decides matarla se produciría una inconsistencia con el hecho de que tú hayas podido venir del futuro. Si todo lo que vas a hacer es periódico, es trivial, como lo que sucede en la película ‘Atrapado en el tiempo’, no hay ninguna contradicción. La cuestión es si hay situaciones en las que puedes hacer algo interesante que sea consistente».

«El número de posibles historias consistentes si tienes bucles cerrados en el tiempo es mucho más pequeño que si no los tienes. Y cuanto más complicado sea el sistema más difícil va a ser que sean consistentes con el viaje en el tiempo»

«Una posibilidad sería que al viajar al pasado y encontrarte con tu yo más joven rebusques en tus recuerdos para ver si te acuerdas de haber visto a un tipo que se parecía mucho a ti, solo que parecía más viejo, te llamó la atención, y luego te olvidaste de él. Podrías llegar a recordarlo, hipotéticamente, y esta sería una historia posible y compatible. No ha pasado nada. No hay ninguna contradicción. El recuerdo estaba ahí. Lo habías olvidado, pero lo puedes recuperar», puntualiza José Luis.

«Lo interesante de este tipo de viajes en el tiempo es que no son inconsistentes. Sin embargo, el número de historias que son compatibles y no son inconsistentes es mucho más pequeño si tienes el fenómeno de los bucles debido a que hay miles de maneras de estropearlos. O bien de generar una pequeña perturbación que tenga un efecto futuro que impida que entres en el bucle».

Cilindertorus
Esta ilustración de Álvaro nos muestra la peculiar topología que adquiere un cilindro si lo cerramos sobre sí mismo. Indagar en la geometría del espacio-tiempo es importante para entender mejor las propiedades de los agujeros de gusano.

«El número de posibles historias consistentes si tienes bucles cerrados en el tiempo es mucho más pequeño que si no los tienes. Y cuanto más complicado sea el sistema más difícil va a ser que sean consistentes con el viaje en el tiempo. Para una partícula elemental puede ser fácil porque es tan simple que hace muy pocas cosas. Básicamente lo único que hace es girar sobre sí misma e ir de un lado para otro. Por esta razón, para una partícula viajar hacia atrás en el tiempo es, en vez de ir de A a B, ir de B a A. Y en vez de girar en el sentido de las agujas del reloj, girar en sentido contrario».

«En cualquier caso, no es la misma sensación que tienes cuando ves que una taza de café se cae de la mesa y se desparrama. Si ves este fenómeno hacia atrás en el tiempo ves una cosa muy rara en la que miles de millones de moléculas se ponen de acuerdo de una forma sincronizada para volver a constituir la taza», argumenta el director del IFT.

«Esta es la razón por la que se cree que si alguna vez se pudiesen formar este tipo de bucles para ser consistentes tendrían que dar lugar a historias como la de la película ‘Atrapado en el tiempo’. El problema es que nadie sabe cómo hacer estas cosas, y no es un problema tecnológico; es posible que las leyes de la física lo prohíban. De hecho, los agujeros de gusano que podemos describir conceptualmente no sirven para viajar al pasado. Al menos con los que trabajamos ahora mismo. Hay algunas construcciones que parecen ser compatibles con las teorías que tenemos, pero en ningún caso son atajos».

«Si fuésemos capaces de formar un atajo podríamos utilizarlo para viajar hacia atrás en el tiempo»

«Imaginemos que construimos un agujero de gusano para viajar de aquí a Andrómeda utilizando alguno de los modelos conceptuales que por el momento consideramos correctos. Si viajamos por fuera a la velocidad de la luz tardaríamos en llegar dos millones de años, pero si viajamos por el interior del agujero de gusano tardaríamos más tiempo. No son un atajo. Lo que sí podemos demostrar es que si fuésemos capaces de formar un atajo podríamos utilizarlo para viajar hacia atrás en el tiempo, aunque existen indicios de que esa construcción sería inconsistente. Esto significa que si modificamos el agujero de gusano para intentar que sea un atajo, para acortarlo por dentro, llegará un momento en el que colapsará. Y lo destruiremos».

«El origen de este colapso reside en la necesidad de utilizar energía negativa. Y es un recurso muy difícil de conseguir debido a que las partículas elementales tienen energía positiva si no les haces nada. Esto significa que tienes que colocarlas en unas situaciones muy especiales para que tengan energía negativa en unas zonas muy concretas. Sin embargo, la forma en que se curva el espacio cuando tienes energía negativa concentrada provoca que este sistema tienda a colapsar. Tiende a formarse un agujero negro. Cuando intentas manipular demasiado la energía negativa el objeto se precipita hacia el colapso».

Wormhole
En esta ilustración Álvaro ha recreado la forma en que un agujero de gusano conecta dos regiones del continuo espacio-tiempo que pueden estar extraordinariamente distantes.

«Hay un teorema aún sin demostrar conocido como ‘la conjetura de protección cronológica’, que es una hipótesis formulada por Stephen Hawking, que dice que no hay ningún método físico con energía finita que pueda generar curvas cerradas temporales estables de forma consistente. Actualmente la idea que propone suministrar muchísima energía a una máquina capaz de retorcer de algún modo el espacio-tiempo para formar un bucle, que es como funcionaría una máquina del tiempo, no es posible con energía finita».

«Todos los agujeros de gusano que podemos construir hoy de una manera puramente matemática son del tipo de los que no son atajos»

«Todos los agujeros de gusano que podemos construir hoy de una manera puramente matemática son del tipo de los que no son atajos. Esto significa que ir por dentro es más largo que ir por fuera, por lo que no son muy útiles. Eso sí, parece que se pueden estabilizar. Otra opción son los agujeros de gusano que descubrieron Einstein y Rosen, conocidos como puente Einstein-Rosen, que unen dos agujeros negros. De alguna forma es como si el interior de dos agujeros negros estuviese enganchado por dentro como si fuesen dos hermanos siameses. El problema es que tampoco podemos hacer cosas divertidas con ellas porque no son atravesables. Son agujeros negros, por lo que podemos entrar por uno, pero no podríamos salir por el otro».

«Hay una conjetura, probablemente acertada, que propone que cualquier intento de construir un atajo real en el espacio-tiempo que podamos transformar en un bucle temporal está condenado al fracaso porque toda la zona colapsaría en un agujero negro antes de lograrlo. No habría una forma físicamente correcta de hacerlo a partir de un estado en el que antes no había un bucle y tienes energía finita para conseguirlo. Actualmente hay físicos teóricos que están intentando demostrar este teorema», concluye José Luis con convicción.

El cine de ciencia ficción (a veces) respeta algunas leyes de la física

No podía concluir mi conversación con estos dos físicos teóricos dejando escapar la oportunidad de preguntarles si hay alguna película de ciencia ficción que les parece razonablemente respetuosa con las leyes de la física. Y sí, como sospechaba, las hay. De hecho, las que nos proponen son algunas de las que los entusiastas de este género cinematográfico más hemos aclamado durante los últimos años. Lo que nos cuenta José Luis es muy interesante:

«Yo creo que la película que está mejor hecha es ‘Interstellar’. Todo lo que sucede en la parte final, cuando el protagonista entra en el interior del agujero negro, es una pura elucubración. No obstante, utiliza un lenguaje que no es del todo trivial gracias en gran medida al asesoramiento de Kip Thorne».

«Yo creo que la película que está mejor hecha es 'Interstellar'. Hay partes muy bien calculadas, aunque otras no tanto»

«Hay muchas partes de la película que están muy bien calculadas, aunque otras no tanto, como, por ejemplo, las fuerzas de marea que actúan sobre el planeta que está sometido al intenso campo gravitacional del agujero negro. Si asumimos que ese planeta lleva ahí millones de años lo natural es que esté sometido al mismo efecto que actúa sobre la Luna, por lo que siempre ofrecería la misma cara al agujero negro y no habría mareas».

«Otra película que está muy bien es ‘Gravity’ porque la física de la microgravedad está muy bien hecha, aunque hay partes en las que también le han echado mucha imaginación. También me gusta ‘Marte’ porque la parte de los cálculos que tiene que hacer para sobrevivir tiene sentido, aunque, de nuevo, hay otras partes que no se pueden justificar desde un punto de vista científico. Incluso ‘Atrapado en el tiempo’ ilustra bastante bien la idea de que si tuviésemos una máquina del tiempo casi con toda seguridad sería aburridísima porque estaríamos repitiendo lo mismo constantemente», sentencia José Luis soltando una sonora carcajada.

Imagen de portada | Jordan Benton

-
La noticia La física de los viajes en el tiempo explicada por dos de los mejores físicos teóricos fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .



Gracias a Juan Carlos López

San Petersburgo, una ciudad hecha en Canarias: cómo un ingeniero tinerfeño dio forma al sueño del zar

San Petersburgo, una ciudad hecha en Canarias: cómo un ingeniero tinerfeño dio forma al sueño del zar

Entre los inviernos de su Puerto de la Cruz natal y los de San Petersburgo hay unos cuantos grados de diferencia; pero ni eso, ni el cambio de cultura, idioma o paisajes echaron atrás a Agustín de Betancourt cuando en 1808 decidió hacer las maletas y mudarse a la Rusia de los zares. Había caído en desgracia a ojos del todopoderoso Godoy, en España no le quedaban otra cosa que familiares y recuerdos, llevaba ya un tiempo en París y tenía amigos influyentes, así que… ¿Qué podía perder?

Nada.

Y así fue.

Su aventura esteparia le aportaría importantes ganancias a él; pero sobre todo a la propia Rusia. Tanto, que si te paseas por San Petersburgo encontrarás varias estatuas en su memoria.

El país de los zares, el de los Alejandros y Nicolases, que hoy asociamos al boato y las construcciones alambicadas, probablemente hubiese sido algo menos brillante si no hubiese mediado el genio de Agustín de Betancourt, el inventor que durante los primeros compases del XIX dio forma a su particular “Rusia made in Canarias”. Sobre todo en la capital, San Petersburgo.

De Agustín a Agustinovich

1280px Spb Admiralty 1890 1900

El de Agustín de Betancourt y Molina (1758-1824) es un nombre más en el larga listado de genios patrios a los que España —antes y después de él, por una u otra razón— no supo sacarles todo el provecho. Le ocurrió a Isaac Peral, Mónico Sánchez, Ángela Ruiz, Emilio Herrera… y a Betancourt.

En su caso, eso sí, de una forma peculiar.

A principios del XIX la situación del ingeniero canario en España era a su manera envidiable. Venía de una buena cuna, había hecho carrera entre Madrid, París y Londres ganándose la confianza de los condes de Floridablanca o Aranda y gozaba de un prestigio bien cimentado con sus trabajos sobre las máquinas de vapor o el telégrafo óptico que había diseñado con Claude Chappe.

Como además de hombre acción, lo era de letras, Betancourt había alentado también la creación de la Escuela de Caminos y Canales inspirándose en la École des Ponts et Chaussées de París.

Pese a todo ese prestigio y estatus, su situación al despuntar el XIX no era lo que se diría cómoda. En 1805 un informe con su sello sobre el río Genil le había ganado el recelo de ni más ni menos que el mismísimo Manuel Godoy, hombre fuerte en el reino de Carlos IV. Esa circunstancia y el escenario que se dibujaba a nivel internacional animaron a Betancourt a liquidar sus propiedades en España y mudarse primero a París —donde llegó a tentarlo Napoleón— y luego a Rusia.

Allí, en San Petersburgo, supo hacerse con el favor del mejor de los padrinos imaginables: el zar Alejandro I, quien probablemente vio en el canario un genio más que válido para el desarrollo de su país. Lo que España había dejado pasar, se aprovecharía en el imperio ruso. Si el futuro no le resultaba tentador a Agustín en Madrid, quizás sí lo fuese a 3.000 kilómetros de allí.

Nn The Fair 01 11 2021 13
Feria de Nizhny Novgorod.

Así pues recogió sus bártulos, zanjó los asuntos pendientes en Francia y se embarcó rumbo San Petersburgo. Allí esperaban con los brazos abiertos a Agustín "Agustinovich" Betancour.

Persuadido quizás por su prestigio o las entrevistas con el propio Agustín, el zar mostró pronto su confianza en el canario. Uno de sus primeros encargos fue la modernización de la fábrica de cañones de Tula, engranaje estratégico en el aparato militar del Imperio ruso. A Betancourt la encomienda no le pillaba de nuevas y supo sacar partido de sus conocimientos sobre la máquina de vapor de doble efecto y el funcionamiento de la factoría de Yndrid para darle una vuelta al vetusto sistema ruso.

El resultado debió de convencer al zar. Solo así se entiende que a lo largo de los años siguientes Agustín se encargase de tareas de una importancia capital para Rusia y acumulase cada vez mayor prestigio. En cuestión de unos años el otrora ingeniero enemistado con Godoy se convirtió en teniente general del ejército ruso y director general de Vías de Comunicación.

En Moscú asumió el encargo de levantar en un tiempo récord una nueva Sala de Ejercicios Ecuestres y más o menos por las mismas fechas se encargó de la que quizás haya sido su mayor aportación —y la de mayor calado— al urbanismo ruso: proyectar un nuevo recinto comercial capaz de tomar el relevo de la feria que desde el siglo XVI se celebraba cerca del Monasterio Makaevsky. Su antiguo centro había ardido en 1816 y el Gobierno ruso quería recuperarlo... pero con mayor empaque y en un lugar mejor, más accesible y capaz de alcanzar mayor proyección.

La responsabilidad de decidir dónde y cómo y de pergeñar el diseño general recayó sobre los hombros del canario. El recinto abrió sus puertas en julio de 1822 con un enorme feria que reunió a más de 200.000 mercaderes y ayudó durante años al desarrollo de la región del Volga y la riqueza del imperio. Que a Betancourt no le fue mal en el empeño lo demuestra que a su muerte los comerciantes rusos instalaron sobre su tumba una placa de agradecimiento. Doscientos años después la huella del tinerfeño en Nizhny Novgorod sigue siendo profunda.

Alejandro
El zar Alejandro I.

Aunque el complejo de Nizhni Novgorod sea quizás su gran herencia urbanística, la ciudad en la que más a fondo se empleó y en la que dejó una mayor pegada es San Petersburgo. Allí, en la capital del imperio, mostró su talento en al menos media decena de obras capitales para la metrópoli: la nueva fábrica de papel moneda, el dragado del puerto, varios puentes y la catedral de San Isaac.

Como recuerda la Fundación Orotava, Betancourt asumió en marzo de 1816 la tarea de montar una nueva fábrica de papel de moneda en Goznak, a orillas del canal de Fontanka, y durante dos años se encargó de controlar las obras. Su implicación no se limitó al edificio: organizó sus áreas y la maquinaria, diseñó billetes y favoreció la modernización del anticuado sistema de fabricación de rublos rusos, que hasta entonces lo había convertido en un blanco fácil para falsificadores.

A lo largo de los años construyó también varios puentes sobre el río Neva y contribuyó a que San Petersburgo pueda presumir hoy de uno de sus edificios más fotografiados: la catedral de San Isaac. Si bien el padre del templo es el arquitecto Auguste de Montferrand, colaborador de Betancourt, el canario asumió la tarea de completar la cimentación con pilotes, diseñar los andamios y el complejo sistema de grúas que permitió izar las columnas de granito rojo que distinguen al edificio.

No fue la única vez en que Betancourt puso su ingenio mecánico al servicio de la capital. Con el propósito de dragar los aterramientos del puerto de Kronstadt, la isla fortificada que actuaba como defensa marítima a la capital, Betancourt proyectó maquinaria especial. Su mecanismo, que operaba gracias a una máquina de vapor, se estrenó en 1812 y no exigió reparaciones hasta 1820. Su buen ojo le permitió comprender el potencial de las vías fluviales de Rusia y, desde su responsabilidad en el gobierno, le animó a reforzarlas con muelles, muros de contención, esclusas y dragas.

Ironías de la historia, sus años en Rusia no terminaron de forma muy distinta a lo que le había ocurrido en España. A pesar del éxito de la feria de Nijni Novgorod, sus gastos y las irregularidades de uno de sus colaboradores, sumado a otros factores, como sus simpatías por las revoluciones liberales en España, enturbiaron su relación con el zar a principios de la década de 1820.

El Agustinovich que en su día no necesitaba siquiera pedir cita para entrevistarse con el zar acabó destituido a nivel práctico y en 1824 solicitó un retiro que se le otorgó sin problema.

Queda eso sí su huella en San Petersburgo.

La que ayudó a dar lustre a la ciudad de los zares.

Y se perdió España por el camino.

Imágenes | Алексей Трефилов y Wikipedia (1 y 2)

-
La noticia San Petersburgo, una ciudad hecha en Canarias: cómo un ingeniero tinerfeño dio forma al sueño del zar fue publicada originalmente en Xataka por Carlos Prego .



Gracias a Carlos Prego

Arabia Saudí tiene un plan para hacer que llueva más: sembrar nubes en sus ciudades

Arabia Saudí tiene un plan para hacer que llueva más: sembrar nubes en sus ciudades

Arabia Saudita necesita agua. El país árabe es uno de los mayores exportadores de petróleo del mundo, pero en lo que se refiere a lluvias y recursos hídricos naturales no anda precisamente sobrado. De hecho, según los datos de Indexmundi, es uno de los estados del globo que recoge menos milímetros de precipitaciones. Para atajar ese hándicap, sus gobernantes han decidido elaborar un ambicioso plan que quiere aumentar las lluvias del reino entre un 10 y 20%.

¿Cómo? Pues en gran medida con la modificación del clima y siembra de nubes.

El cloud seeding —la siembra de nubes— consiste en liberar partículas de yoduro de plata u otros aerosoles en cierto tipo de nubes para potenciar las precipitaciones o nevadas. En el caso de Arabia Saudita, se ha diseñado una operación en dos fases que se centrará en algunos de los puntos más poblados del reino. La primera, en las regiones de Riad, Qassim y Hail, se lanzó ya esta semana. La segunda se extenderá a las áreas de Asir, Al-Baha y Taif, puntos próximos al Mar Rojo.

Una decisión con precedentes

Mishaal Zahed Bwrl1m1hq4y Unsplash

La labor de siembra se enmarca en un plan más amplio con el que las autoridades del reino pretenden aumentar las precipitaciones al menos un 10% y combatir la desertización, uno de los objetivos fijados en el programa Green Saudi Arabia. La meta: expandir la vegetación del reino y fortalecer la posición del territorio para adaptarse a los retos del cambio climático.

Aunque no han trascendido demasiados detalles sobre cómo plantea realizar la siembra las autoridades saudíes, el Centro Nacional de Meteorología (CNM) del país explicaba esta misma semana a Arab News que los técnicos utilizarán sustancias “respetuosas con el medio ambiente”. Para conocer el alcance exacto de la campaña, sus responsables monitorizarán los resultados.

Arabia Saudí no es el primer país que ha optado por la modificación del clima en un intento por lograr más lluvia y nieve o incluso con el objetivo de controlar las granizadas, uno de los enfoques que se le ha dado en España. Muy cerca de allí, Emiratos Árabes ha recurrido a flotas de drones para sembrar nubes y generar precipitaciones de forma artificial; en China plantean expandir la medida a alrededor del 60% de todo su territorio y a lo largo y ancho de Estados Unidos se reparten varias regiones, como Idah, Utah, Colorado o California, que han apostado por estrategias similares.

Es más, según la Organización Meteorológica Mundial (OMM) al menos en 2017 había más de medio centenar de países con programas de modificación del clima en marcha con diferentes enfoques. A lo largo de los últimos años solo por las oficinas de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) ha pasado decenas de propuestas con unos 800 informes.

La pregunta del millón es: ¿Funciona? Y si es así, ¿Cómo de efectiva resulta?

Algunos investigadores defienden que el sistema funciona, sus resultados están respaldados por experimentos en laboratorio y evidencias sobre el terreno. En Australia una prueba llegó a apreciar incluso un aumento de las nevadas del 14%. Otros sin embargo son más cautos y advierten de que el impacto real del cloud seeding puede no ser “tan prometedor” como se creía hace años.

“Los experimentos requieren el tipo correcto de nubes con suficiente humedad y condiciones adecuadas de temperatura y viento. Los aumentos porcentuales son pequeños y es difícil saber cuándo la nieve o la lluvia cayeron de forma natural y cuándo se desencadenó por la siembra”, advertía hace poco William R. Cotton, de la Universidad Estatal de Colorado.

En lo que coinciden unos y otros, defensores entusiastas y escépticos, es que las pruebas arrojan resultados. La clave, insiste Cotton, residiría en cómo de efectivos son y hasta qué punto responden a las expectativas que nos hemos marcado. A su favor el sistema tiene ciertas ventajas, como su coste, no excesivamente elevado; o el apoyo de instituciones como las autoridades sauditas.

Imágenes | Stijn te Strake (Unsplash) y Mishaal Zahed (Unsplash)

-
La noticia Arabia Saudí tiene un plan para hacer que llueva más: sembrar nubes en sus ciudades fue publicada originalmente en Xataka por Carlos Prego .



Gracias a Carlos Prego

Así puse mi vida entera en una base de datos: desde mi estado físico y mi nutrición hasta mi vida social

Así puse mi vida entera en una base de datos: desde mi estado físico y mi nutrición hasta mi vida social

Llevar un registro del número de pasos que hemos caminado o de nuestros avances en nuestra carrera profesional es de novatos, o eso debió pensar Felix Krause, desarrollador de Fastlane y exempleado de Google y Twitter según su propia biografía.

Se animó a llevar la monitorización personal un paso más allá creando durante tres años un tablero en tiempo real con multitud de datos en referencia a su salud, su alimentación, su estado de ánimo, el lugar en el que se encuentra en cada momento o un historial con varias actividades recientes.

Sin filtros

Un vistazo a ese tablero, en una web abierta al público, podemos encontrar:

  • Su peso
  • Lo que ha comido ese día, incluyendo el desglose de sus macronutrientes
  • Las horas que ha dormido la noche anterior
  • ´El tiempo que hace que meditó por última vez
  • Sus horas acumuladas frente al ordenador desde 2013
  • El número de correos que tiene en su bandeja de entrada
  • La cantidad de tareas que tiene por completar
  • Sus próximos desplazamientos
  • Sus pulsaciones mientras duerme
  • Etc.

A lo largo de la web, Felix no solo va desglosando toda esa información —por otro lado, con unos gráficos y unas tablas diseñados de forma fantástica—, sino que también va explicando de dónde sacó la inspiración (por supuesto, todo nació de un viejo artículo de Tim Urban y de un subreddit) o cuáles son las fuentes de todos esos datos, tanto los que se obtienen de forma automática a través de su HealthKit (la plataforma de Apple que centraliza todos los datos relativos a la salud, incluyendo los extraídos del Apple Watch) o Swarm (Foursquare) y los que introduce manualmente.

Felix2
Algunos de los gráficos de la web de Felix.

A su vez, muestra en una única tabla un resumen con lo más destacado o el país en el que estaba en cada semana de su vida. Más o menos. Tiene gráficas con su flujo de gasto y ahorro financiero, las distintas formas en que afecta a su vida el cambio de la temperatura (incluyendo la variación en su consumo de alcohol, el tiempo que pasa enfermo o la recurrencia en sus visitas al gimnasio).En verano hace más deporte y se pone menos enfermo, en invierno  compra más por Internet y se ducha menos con agua fría. Noticias frescas, pero impresiona ver todo el panel. Incluso desgrana, gracias a RescueTime, a qué dedica el tiempo cuando usa su ordenador.

Tiene publicado en GitHub (explicado muchos scrolls hacia abajo en la portada de la web) el código necesario para que todo aquel que quiera crear su propio tablero vital pueda hacerlo, si bien avanza que requiere no solo tiempo, sino nociones de programación, así como un trabajo de personalización para desechar lo que le resulta relevante a él, pero no a otro.

Felix ha protagonizado varios eventos virales en los últimos años, especialmente de los que logran mucha difusión en Reddit y en HackerNews. Por ejemplo, cuando contó cómo empezó a vivir como un nómada digital viviendo en una ciudad distinta cada mes, durante dos años y medio. O cuando reveló que cambiaba su foto de perfil cada dos años por otra idéntica, con la misma iluminación, ropa, peinado y fondo... Solo que dos años envejecido, esperando a que alguien se diera cuenta del cambio sutil. En su faceta de experto en seguridad digital desveló cómo los editores de fotos tienen un fácil acceso a nuestro historial de movimientos o lo sencillo que le puede resultar a un desarrollador hacerse con la contraseña de nuestro Apple ID.

En el momento de escribir este artículo, Felix se encuentra en Vienna, se siente bien a nivel anímico, pesa 84,5 kilos y ha comido 200 gramos de pollo tras dormir siete horas a 60,7 latidos por minuto. Ya ha entrenado, pero lleva más de un mes sin meditar. Como dijo el torero El Gallo cuando le explicaron que Ortega y Gasset era filósofo, "hay gente pa' tó'".

-
La noticia Así puse mi vida entera en una base de datos: desde mi estado físico y mi nutrición hasta mi vida social fue publicada originalmente en Xataka por Javier Lacort .



Gracias a Javier Lacort

Así es el borofeno, el material que ha arrebatado al grafeno el podio al elemento más exótico y prometedor

Así es el borofeno, el material que ha arrebatado al grafeno el podio al elemento más exótico y prometedor

Aunque no se sintetizó hasta 2015, el origen del borofeno se remonta a los años 90 del siglo pasado. Hace más de dos décadas un grupo de físicos predijo su existencia utilizando unas simulaciones por ordenador que describían cómo los átomos de boro podían enlazarse entre ellos hasta formar una capa finísima de material de un solo átomo de espesor.

En aquel momento la tecnología no permitía fabricar un material con esas características, pero desde hace unos años sí es posible. El borofeno ya está listo, y las expectativas de los grupos de investigación que están trabajando con estos cristales están por todo lo alto porque, al parecer, tiene un sinfín de aplicaciones en campos tan atractivos como la superconductividad o la fabricación de baterías, entre otros. Sí, todo esto suena a grafeno, pero merece la pena que le demos la oportunidad de conocerlo mejor. Esto es lo que nos promete el borofeno.

Qué es el borofeno y qué lo hace tan especial

El elemento químico que necesitamos para producir borofeno es, como podemos intuir a partir de su nombre, el boro. Este último es un semiconductor, lo que significa que dependiendo de las condiciones de presión, temperatura, radiación u otras a las que lo expongamos se comportará como un conductor de la corriente eléctrica o como un aislante. Y, además, es un semimetal, por lo que tiene tanto algunas de las propiedades características de los metales como otras de los no metales.

En la corteza terrestre el boro es relativamente escaso. Podemos encontrarlo en rocas como el bórax o la colemanita, que se forman de manera natural debido a la evaporación del agua rica en sales de algunos lagos sometidos a altas temperaturas y ubicados en zonas desérticas. También lo podemos encontrar disuelto en el agua del mar debido a la precipitación de las partículas de boro suspendidas en la atmósfera, así como a la erosión de las rocas que lo contienen y a su circulación a través del ciclo hidrológico, que explica cómo el boro disuelto en agua es transportado hasta los océanos por las escorrentías.

Para fabricar una lámina de borofeno es necesario enlazar los átomos de boro de manera que formen una única capa con un espesor de un solo átomo

Lo más curioso es que para fabricar una lámina de borofeno es necesario lograr que los átomos de boro adopten una estructura bidimensional monocapa. Esto significa, sencillamente, que es necesario enlazarlos de manera que formen una única capa de átomos de boro con un espesor de un solo átomo. Y lograrlo no es sencillo. De hecho, esta dificultad explica en gran medida el tiempo que ha pasado desde que se descubrió el borofeno gracias a las simulaciones por ordenador hasta que los científicos han conseguido fabricarlo en sus laboratorios.

¿Cómo lo han hecho? Recurriendo al mismo procedimiento que se utiliza, por ejemplo, para producir diamante sintético: la deposición química de vapor. No hace falta que entremos en detalles complicados, pero es interesante que sepamos que este proceso consiste en conseguir que un gas muy caliente que contiene átomos de boro se condense sobre una superficie muy homogénea de plata pura. Esta última está a una temperatura muy inferior a la del gas con el objetivo de que el boro cristalice sobre ella, adoptando la forma de una única y finísima capa de átomos. Ya tenemos nuestro borofeno, pero… ¿por qué se usa plata pura?

La elección de este metal precioso no es fruto del azar, como podemos imaginar. Los átomos de plata adquieren una estructura cristalina muy uniforme y son capaces de obligar a los átomos de boro a adoptar una configuración muy similar. De esta forma, cada átomo de boro queda enlazado con un máximo de seis átomos de este mismo elemento, dando lugar a la formación de una estructura hexagonal plana con forma de rejilla.

Deposicion
El dispositivo de esta imagen es una cámara de deposición química por vapor. El plasma de color violeta es un gas muy caliente que contiene las partículas que se van a depositar para consolidar el material que se está fabricando.

Sin embargo, esta fina lámina de átomos de boro no es completamente regular debido a que algunos de estos átomos no establecen enlaces con otros seis átomos de este elemento, sino solo con cuatro o cinco. Y esto origina la aparición de unos huecos en la estructura que no solo no son perjudiciales, sino que, de hecho, son los responsables de las peculiares propiedades fisicoquímicas que tiene el borofeno.

Dos de las características que explican por qué el grafeno ha generado tanta expectación son su extrema dureza y alta flexibilidad. Por esta razón es sorprendente que los científicos involucrados en el análisis del borofeno hayan confirmado que este material es aún más flexible y duro que el grafeno, que, a su vez, tiene una dureza superior a la del diamante. El grupo de investigación responsable de uno de los informes dedicados al borofeno más exhaustivos de cuantos se han publicado hasta ahora está integrado por físicos de las universidades de Xiamen (China), Singapur y Malasia, y en él explican que este material no sobresale solo por su extrema dureza y enorme flexibilidad.

Además, según estos científicos el borofeno es un excelente conductor de la electricidad, tiene un índice de termoconductividad alto (este parámetro mide su capacidad de transportar energía en forma de calor), es muy ligero, bajo las condiciones de presión y temperatura adecuadas se comporta como un superconductor, tiene una gran capacidad de captura de átomos de hidrógeno y es capaz de actuar como reactivo, por lo que, en teoría, podrá utilizarse en numerosas reacciones químicas. Como veis, la retahíla de propiedades interesantes que tiene el borofeno es bastante impresionante.

Estas son las aplicaciones que están en el punto de mira del borofeno

Las propiedades fisicoquímicas de este material pueden manipularse actuando sobre la orientación y la distribución de los huecos en la estructura monocapa de átomos de boro. Por esta razón, es probable que los químicos y los ingenieros de materiales encuentren la manera en el futuro de poner a punto distintas estructuras cristalinas de átomos de boro con diferentes propiedades, y, por tanto, con distintas aplicaciones. De hecho, algunas de estas variantes del borofeno ya se han obtenido en condiciones de laboratorio.

Según los físicos que firman el trabajo dedicado al borofeno del que os he hablado unos párrafos más arriba, su ligereza, alta conductividad y elevada capacidad de transporte de iones lo colocan como un candidato ideal para fabricar los electrodos de las baterías de iones de litio, sodio, potasio, magnesio o aluminio que utilizamos actualmente. Un apunte breve antes de seguir adelante: un ion es un átomo o molécula que no es eléctricamente neutro y que, por tanto, tiene carga eléctrica positiva o negativa.

El borofeno es más duro y flexible que el grafeno, por lo que sus posibles aplicaciones son interesantísimas

Por otra parte, para entender un poco mejor el posible papel del borofeno en las baterías nos viene bien repasar qué es un electrodo. El cátodo y el ánodo son los electrodos de las baterías, y esto significa, sencillamente, que son conductores eléctricos que están en contacto con un elemento no metálico de un circuito. En el caso de las baterías ese elemento no metálico es el electrolito, que podemos definirlo como una sustancia que contiene iones, y que, por esta razón, actúa como un conductor eléctrico.

La liberación de la energía eléctrica se produce gracias a un fenómeno conocido como reacción redox (reducción-oxidación), que es un proceso químico en el que un conjunto de electrones viaja de un elemento a otro, alterando su estado de oxidación. En nuestras baterías el cátodo es el elemento que sufre la reacción de reducción, y, por tanto, recibe electrones y reduce su oxidación. Y el ánodo es el electrodo que hace todo lo contrario, es decir, pierde electrones, y, por esta razón, se incrementa su oxidación.

Borofenoestructura
Esta imagen muestra la estructura de tres cristales experimentales de borofeno que tienen una distribución diferente de los átomos de boro y sus huecos.

Otra propiedad del borofeno de la que hablan estos científicos asiáticos en su interesantísimo informe es su alta capacidad de almacenamiento de hidrógeno, que en el futuro podría tener un rol fundamental en el desarrollo de nuevas pilas de combustible, entre otras posibles aplicaciones. También destacan la posibilidad de utilizar las finas láminas de borofeno en la fabricación de supercondensadores con una densidad de energía muy alta y una gran estabilidad siempre y cuando, eso sí, se prevenga el contacto con el aire para evitar la oxidación del material.

La distribución de los huecos que quedan entre los átomos de boro del borofeno es en gran medida la responsable de que este material tenga la capacidad de comportarse como un superconductor

Además, las propiedades fisicoquímicas del borofeno varían en presencia de determinadas moléculas, una característica que puede ser aprovechada para fabricar detectores de gases. Su conductividad eléctrica, por ejemplo, se incrementa significativamente en presencia de moléculas de formaldehído, que es un compuesto químico volátil muy inflamable, y, por tanto, también muy peligroso. En este contexto el borofeno puede utilizarse para detectar no solo la presencia de moléculas de este gas, sino también de otros compuestos químicos potencialmente peligrosos, como el etanol o el ácido cianhídrico.

Por otro lado, como anticipé unos párrafos más arriba, la peculiar estructura cristalina que conforman los átomos de boro confiere al borofeno la capacidad de transformarse en un superconductor. Precisamente, los huecos que quedan entre algunos de esos átomos debido a que una parte de ellos no establece enlaces con otros seis átomos de boro son en gran medida los responsables de que la superconductividad del borofeno sea factible. Gracias a esta propiedad es probable que este material pueda ser utilizado para fabricar los imanes superconductores que usamos, por ejemplo, en las máquinas de resonancia magnética nuclear de los hospitales, en los trenes que se desplazan mediante levitación magnética y en los aceleradores de partículas.

Y, por supuesto, no podemos pasar por alto las posibilidades que ponen encima de la mesa las propiedades mecánicas del borofeno, especialmente su dureza, ligereza y flexibilidad. Gracias a ellas podrá ser empleado como alternativa al grafeno por algunas de las industrias que tenían puesto su foco en este último material. Es probable que, si los científicos consiguen superar los dos retos de los que vamos a hablar en la siguiente sección del artículo, el borofeno se pueda usar en la fabricación de blindajes y chasis para todo tipo de vehículos, como coches, aviones o barcos.

Boro
Los cristales de boro como los que aparecen en esta fotografía son la materia prima utilizada para producir borofeno mediante deposición química por vapor.

Estos son los retos que tiene por delante el borofeno para no ser solo una promesa

A lo largo de este artículo hemos visto que los científicos conocen con mucho detalle las propiedades del borofeno, y esto ha provocado que sus posibles aplicaciones comiencen a aparecer en el horizonte. Sin embargo, para que este material tenga un impacto directo en nuestras vidas los físicos, los químicos y los ingenieros de materiales tendrán que resolver dos desafíos que actualmente tienen una envergadura tal que intimida.

Los científicos tienen por delante el desafío de producir el borofeno a gran escala y evitar su oxidación

Uno de esos retos, quizá el más relevante, consiste en encontrar la forma de fabricar borofeno a gran escala. La deposición química de vapor, que es el método que se está utilizando actualmente, es un procedimiento bien conocido, pero no parece la solución idónea para producir industrialmente la cantidad de borofeno necesaria para que algunas de las aplicaciones de las que hemos hablado en este artículo sean posibles.

El otro desafío está estimulado por la facilidad con la que se oxida el borofeno cuando entra en contacto con el aire. Esta característica provoca que sea necesario protegerlo con eficacia para evitar que se degrade, lo que unido a lo complejo que es fabricarlo y a la dificultad de producirlo en grandes cantidades lo encarecerá mucho. Por el momento solo nos queda mantenernos a la expectativa y confiar en que los científicos consigan resolver estos problemas. Cuando lo hagan, si finalmente lo logran, os seguiremos contando.

Imagen de portada | Tim Mossholder
Imágenes | Aram Dulyan | polyparadigm | Bo Peng, Hao Zhang, Hezhu Shao, Zeyu Ning, Yuanfeng Xu, Gang Ni, Hongliang Lu, David Wei Zhang & Heyuan Zhu | James L. Marshall
Más información | Universidad de Xiamen

-
La noticia Así es el borofeno, el material que ha arrebatado al grafeno el podio al elemento más exótico y prometedor fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .



Gracias a Juan Carlos López