¿Es posible un motor que viola las leyes de la física?

La sonda de la NASA New Horizons, que nos ha revelado cómo es la cara de Plutón, estableció en 2006 el récord del artefacto más rápido jamás lanzado al espacio. Para llevar una trayectoria de escape del Sistema Solar debía alcanzar una velocidad relativa a la Tierra (PDF) superior a 16 kilómetros por segundo (km/s), unos 57.600 kilómetros por hora (km/h). En comparación, una bala se mueve con parsimonia: los proyectiles de tanque, los más veloces, apenas llegan a 1,7 km/s. Otras sondas espaciales aprovechan el tirón gravitatorio de las grandes masas para desplazarse aún más deprisa: en 2018 la NASA lanzará la Solar Probe Plus, que orbitará en torno al Sol a 720.000 km/h, o 200 km/s; suficiente para volar entre Madrid y Barcelona en tres segundos.

Siendo cifras impresionantes, son del todo insuficientes para acercarnos al sueño de los viajes interestelares. Pensemos en las estrellas más próximas a nosotros, el sistema triple Alfa Centauri, a unos 4,3 años luz o 41 billones de kilómetros. Incluso a la velocidad de la Solar Probe Plus, el viaje hasta allí duraría 6.500 años. Es por esto que en su nuevo libro Human Spaceflight: From Mars to the Stars, el cofundador de The Planetary Society e ingeniero aeroespacial Louis Friedman arguye que nuestra tecnología llegará a lugares remotos del universo, pero no así nosotros. "Los humanos se convertirán en una especia multiplanetaria llegando a Marte, pero no más lejos. Es decir, nunca viajarán más allá de Marte", asegura.

Naturalmente, en el futuro tal vez se diseñen propulsores más capaces. Dado que en el espacio no existe un rozamiento que se oponga al avance, incluso una pequeña aceleración aplicada de forma continua podría disparar una nave a velocidades hoy inimaginables. En las últimas décadas se viene experimentando con varios sistemas eléctricos de propulsión, como por ejemplo el VASIMR, siglas en inglés de Motor de Magnetoplasma de Impulso Específico Variable. Se trata de un motor de plasma que la compañía Ad Astra Rocket está desarrollando bajo el patrocinio de la NASA (PDF). Pero tanto éste como otros nuevos ingenios tienen algo en común con los tradicionales cohetes químicos de propulsión a chorro: requieren un combustible o un propelente, por lo que la idea de una aceleración continua no parece viable: en el espacio no hay donde repostar.

¿Empujarse a uno mismo?

¿No es posible crear un tipo de propulsor que pueda generar aceleraciones continuas y que dependa solo de una fuente de energía renovable? Dejando de lado las velas solares, que también tienen sus propias limitaciones, hay quienes piensan que el futuro de semejante tecnología se esconde hoy en un rincón del Centro Espacial Johnson de la NASA (Houston) llamado Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada, o Laboratorio Eagleworks, dirigido por Harold Sonny White. El motor en cuestión se denomina EmDrive (Propulsor Electromagnético), o propulsor de cavidad resonante de radiofrecuencia. No emplea combustible ni propelente, y podría cubrir la distancia hasta Alpha Centauri en solo 92 años, un plazo perfectamente adecuado para una nave que transportara a varias generaciones de colonos. Solo hay un pequeño problema. Y es que para la inmensa mayoría de la comunidad física, el EmDrive jamás funcionará, por la sencilla razón de que violaría las leyes de la naturaleza.

El EmDrive saltó a la luz pública en 2001, cuando el ingeniero aeroespacial británico Roger Shawyer fundó la compañía Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) para desarrollar su idea. En 2006 y de forma independiente, el ingeniero químico estadounidense Guido Fetta proponía un concepto similar, el propulsor Cannae. En ambos casos el planteamiento básico (PDF) es el mismo: una fuente eléctrica, que podría alimentarse de la energía disponible en el espacio, produce microondas que rebotan en el interior de una cavidad asimétrica, lo que genera un impulso sin que intervengan masas de ninguna clase.

Así es un prototipo de EmDrive SPR

Para entender cuál es el problema del EmDrive, imaginemos que estamos con un amigo frente a un muro. Podemos entrelazar las palmas de las manos y que nuestro amigo las utilice como escalón para trepar a lo alto del muro. Ahora supongamos la misma situación, pero sin amigo. ¿Podemos emplear nuestras propias manos como escalón? Hasta un niño sabe que las cosas no funcionan así. El motivo es que, para impulsar a nuestro amigo hacia lo alto del muro, necesitamos ejercer una fuerza contraria sobre el suelo. Isaac Newton describió este principio y le puso nombre, o más bien número: la tercera ley del movimiento. Popularmente la conocemos como ley de acción y reacción, y modernamente se define como conservación de la cantidad de movimiento. Para que un cohete se impulse, es necesario que despida un chorro de propelente en sentido opuesto al de su avance.

El EmDrive pretende trepar al muro alzándose sobre sus propias manos, empujándose a sí mismo. Y como es lógico, la gran mayoría de los físicos han puesto el grito en el cielo, mientras Shawyer y Fetta no han cejado en sus empeños de demostrar que el propulsor es físicamente viable. De hecho, a preguntas de EL ESPAÑOL, Shawyer defiende que "el EmDrive claramente obedece las leyes de Newton, tanto teórica como experimentalmente, según muestran los resultados de las pruebas dinámicas; así que no viola la conservación de la cantidad de movimiento".

Una señal pequeña pero persistente

Las pruebas dinámicas a las que se refiere Shawyer proceden de varias fuentes. Por un lado, está Eagleworks; a algunos les sorprendió que la NASA se complicara en un asunto que para muchos viene a ser a la física lo que el monstruo del lago Ness a la zoología. Pero en un congreso aeroespacial celebrado en Cleveland (EEUU) en julio de 2014, Eagleworks y Cannae presentaron resultados que sugerían la existencia de una cierta propulsión; pequeña, pero aparentemente real. Por otra parte, investigadores de la Universidad Politécnica del Noroeste en Xian (China), bajo la dirección de Yang Juan, llevan varios años ensayando un prototipo de EmDrive y publicando estudios (PDF) en su país, con resultados aún preliminares pero positivos. Shawyer ha publicado sus conclusiones este año en la revista científica Acta Astronautica (PDF).

La difusión de estos resultados ha provocado el lógico revuelo en la comunidad científica. La crítica más inmediata fue que probablemente el pequeño efecto de propulsión observado se debía a las corrientes causadas por el calentamiento del aire, ya que los experimentos no se habían llevado a cabo en el vacío. Pero la conmoción fue aún mayor cuando, el pasado marzo, el ingeniero de Eagleworks Paul March anunció en el foro de la web NASASpaceFlight.com, una tertulia virtual frecuentada por físicos e ingenieros, que los resultados se mantienen también en el vacío. La intervención de March suscitó un encendido debate técnico en el foro.

El pasado 31 de octubre, el ingeniero de Eagleworks insistía en que "la anómala señal de propulsión persiste" incluso después de haber resuelto otra objeción planteada en un trabajo firmado por los estudiantes Audrey Yueru Li y Shengchao Alfred Li, que atribuía el efecto a una posible interferencia de la fuerza inducida por el campo electromagnético, conocida como fuerza de Lorentz.

Algunos científicos han desarrollado teorías que predicen propulsión, aunque por supuesto es un punto de vista minoritario

La publicidad de este incómodo asunto parece haber irritado a la propia NASA, hasta el punto de que ha prohibido a los ingenieros de Eagleworks toda comunicación con los medios. Pero mientras, el EmDrive ha recibido un nuevo empujón, esta vez desde la Universidad Tecnológica de Dresde (Alemania), donde Martin Tajmar y Georg Fiedler han corroborado un pequeño efecto de propulsión.

Tajmar, director del estudio, admite a EL ESPAÑOL que sus resultados, presentados en un congreso pero aún sin publicar, están dentro del límite de resolución experimental. "Desafortunadamente, no tenemos la sensibilidad suficiente para dar una respuesta clara sobre si el EmDrive funciona", advierte. El investigador expone posibles efectos secundarios térmicos que podrían justificar una falsa lectura de propulsión. Pero añade: "Algunos científicos han desarrollado teorías que predicen propulsión, aunque por supuesto es un punto de vista minoritario". Tajmar concluye que aún es pronto para elaborar conclusiones definitivas.

Movimiento perpetuo

Por el momento, la controversia prosigue. El físico teórico italiano Marco Frasca ha analizado el comportamiento de los campos electromagnéticos dentro de la cavidad del EmDrive y llega a una sorprendente interpretación: "Hay una propulsión debida al campo gravitatorio y esto surge de un efecto bien conocido presente en los libros de texto, y es que una onda electromagnética simple deforma el espacio-tiempo". Según Frasca, este efecto no solo respetaría la conservación de la cantidad de movimiento; además aportaría un avance revolucionario que permitiría "manipular el espacio-tiempo en el laboratorio simplemente usando campos electromagnéticos ordinarios". Esta nueva ingeniería del espacio-tiempo, dice el físico, podría "llevar la ciencia ficción a la realidad" y "abrir un mundo de aplicaciones aún inimaginables".

Otros, en cambio, se mantienen a la expectativa, pero desde el escepticismo. El ingeniero de la Universidad McGill (Montreal, Canadá) Andrew Higgins encuentra otro gran obstáculo. Dado que la nave no consumiría combustible, podría acelerar de forma continua y llegaría a una situación en la cual la energía adquirida por su movimiento superaría la suministrada al propulsor. "Esto significaría que es una máquina de movimiento perpetuo", resume Higgins a EL ESPAÑOL. "Sería genial, porque solucionaría todos los problemas de energía del mundo, pero normalmente no tenemos tanta suerte", insinúa. "La historia nos ha enseñado que todos los intentos de fabricar máquinas de movimiento perpetuo han fallado, y por una buena razón: violarían la conservación de la energía".

Tal vez algo de este confuso panorama comience a aclararse cuando Eagleworks publique sus resultados en una revista con todas las críticas y las bendiciones del proceso obligatorio de revisión. Frasca apunta que recientemente Paul March le ha confirmado la persistencia de un pequeño efecto de propulsión, aunque "necesitan algo más de tiempo antes de anunciarlo". Entonces quizá sepamos si estamos ante una revolución científica o ante el pinchazo de un gran globo que nunca llegará a despegar del suelo.

Emblema de Eagleworks NASA