¿Podemos usar luces potentes para impulsar naves espaciales a la velocidad de la luz?

Viajar por el espacio a la velocidad de la luz requiere algo más que la Tercera Ley de Newton. pixabay

Nota del editor 28/10 : La respuesta original a la pregunta planteada en esta historia era incorrecta. Lamentamos el error y hemos actualizado la respuesta en consecuencia.

Cada semana, los lectores de nuestro boletín espacial, la esclusa de aire , envíe sus preguntas para que las responda el reportero espacial Neel V. Patel. Esta semana: viajes a la velocidad de la luz.

Pregunta del lector

Aquí hay una pregunta que he tenido desde la infancia. ¿Por qué no usamos la Tercera Ley del Movimiento de Newton (toda acción tiene una reacción igual y opuesta) para ayudarnos a viajar por el espacio a la velocidad de la luz? Simplemente use luces poderosas como nuestro sistema de propulsión para nuestros cohetes; dado que los fotones se mueven a la velocidad de la luz, debemos ser empujados en la dirección opuesta a la misma velocidad. ¿Por qué esto no funciona? –– Kirán

la respuesta de nel

Para responder a esta pregunta, demos un paso atrás. Usted dice correctamente que la Tercera Ley de Newton establece que toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Otra forma de expresar esto es decir que se conserva el impulso . En la mecánica de Newton, el momento es el producto de la masa y la velocidad. Un objeto pesado que se mueve lentamente tiene mucho impulso, al igual que un objeto liviano que se mueve rápidamente. Sin embargo, esto no significa que todas las velocidades involucradas se cancelen. Cuando un arma dispara, por ejemplo, hay un retroceso, pero debido a que el arma es más masiva que la bala, el retroceso es mucho más lento que la velocidad de la bala.

Los fotones, las partículas de luz, no tienen masa, pero paradójicamente, todavía tienen impulso. El momento de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Los fotones de longitud de onda más larga, como las ondas de radio, tienen menos momento, mientras que los fotones de longitud de onda más corta, como la luz visible o los rayos X, tienen más momento.

Entonces, sí, en principio, puedes impulsar una nave espacial disparando una poderosa luz por la parte trasera.

Pero el impulso de cada fotón es muy, muy pequeño. (Es un número llamado constante de Planck, que es pequeño, dividido por la longitud de onda del fotón). Necesitarías muchos fotones.

Esto no ha impedido que los físicos e ingenieros reflexionen sobre el diseño de un cohete de fotones de este tipo. Esta papel de 1960 es el resumen más antiguo que pudimos encontrar. Paul Glister da una buena visión general de esta historia. aquí . La idea sería llevar antimateria en tu nave espacial. Cuando la materia y la antimateria se combinan, se libera una enorme cantidad de energía en forma de fotones. Si pudiera guiar estos fotones en una dirección, tendría un cohete de fotones, que de hecho sería una excelente manera de moverse por el espacio. No viajarías a la velocidad de la luz, pero podrías alcanzar altas velocidades muy rápidamente.

Pero hay algunos problemas con esta idea: en primer lugar, es muy difícil crear y almacenar antimateria. Solo se han creado cantidades minúsculas, y actualmente no hay una forma práctica de almacenarlo a bordo de una nave espacial. E incluso si pudiera encontrar un montón de antimateria, con la tecnología actual, sería casi imposible dirigir los fotones que se crean en una dirección particular. Probablemente te suicidarías en un estallido de radiación.

Eso no significa que el uso de la luz para la propulsión en el espacio esté fuera de discusión. Pero aprovechar el impulso producido por la luz requiere repensar el diseño de su nave espacial. En lugar de crear la luz usted mismo, refleje la luz que brilla en su nave espacial, ya sea del sol o de una fuente artificial, como un láser apuntando a su nave espacial desde la Tierra.

Este es el principio detrás de las velas solares, que dependen de la luz solar reflejada. El truco consiste en utilizar un material que sea extremadamente ligero y reflectante. Cuando la luz golpea y rebota en este material, le imparte impulso. Si la luz no es muy brillante, esto solo produce una pequeña cantidad de fuerza. Pero debido a que no tienes que llevar combustible contigo, la aceleración causada por esa fuerza puede acumularse con el tiempo. Esto hace que las velas solares (y las velas láser o máser) sean extremadamente atractivas.

Un puñado de velas solares han sido probados en el espacio por la NASA, la Agencia Espacial Japonesa y la Sociedad Planetaria, un grupo privado. Si puede crear materiales altamente reflectantes, entonces puede someter sus velas a energías más altas, ya sea desplegándolas cerca del sol o dirigiendo láseres muy potentes hacia ellas. (Si el material no es muy reflectante, la luz brillante, ya sea natural o artificial, simplemente lo derretiría). Esa es la idea detrás de proyectos ambiciosos como Starshot, que buscan usar un láser en la Tierra para acelerar naves espaciales diminutas, livianas y reflectantes lo más posible. tanto como el diez por ciento de la velocidad de la luz.

Entonces, no está del todo equivocado al pensar en la luz como una forma potencial de propulsión. Es solo que probablemente no generarías la luz en la propia nave espacial.

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