Podcast CB SyR 310: warp drives, ANAIS-112 y materia oscura, y entrevista al Dr. J. M. Mulet

Por Francisco R. Villatoro, el 12 marzo, 2021. Categoría(s): Biología • Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 3

He participado en el episodio 310 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep310: Warp Drives; ANAIS y Materia Oscura; Entrevista Dr. J.M. Mulet», 11 mar 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Solución de Alcubierre y otros warp drives (min 5:00); ANAIS-112, el experimento de búsqueda de materia oscura (48:00); Entrevista a J.M. Mulet (1:07:00); Señales de los oyentes (2:13:00). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una colaboración del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife con el Área de Investigación y la UC3 del Instituto de Astrofísica de Canarias».

Ir a descargar el episodio 310.

En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia  Sara Robisco Cavite @SaraRC83, JM Mulet @JMMulet, y Francis Villatoro @emulenews.

El vídeo de YouTube de la grabación en directo incluye algunos trocitos que no se emiten y un chat del que se extraen las preguntas de la sección Señales de los Oyentes. Recuerda que Coffee Break: Señal y Ruido es un podcast, no un canal de YouTube.

Tras la presentación, Héctor introduce el primer tema, un artículo de revisión sobre la métrica de Alcubierre, famosa porque él la llamó motor warp (warp drive) al hilo de la serie Star Trek (por cierto, en el episodio 94 se incluye una entrevista a Miguel Alcubierre). Obviamente no se trata de un motor (de hecho, si existiera exigiría un motor para su propulsión, que no está descrito por la métrica). La métrica de Alcubierre (ilustrada en la figura) describe una burbuja tridimensional (la figura muestra un corte en 2D) que está rodeada de espaciotiempo plano (se dice que la métrica es asintóticamente plana) y que en su interior tiene una región de espaciotiempo (casi) plano (el lugar donde se encontraría el «pasajero» de la «burbuja motor»). En la dirección de movimiento (z en la figura) el espaciotiempo se curva mucho, «comprimiéndose» acortando distancias en la dirección hacia adelante y «estirándose» alargando distancias en la dirección hacia atrás; de esta forma, el «pasajero» de la «burbuja» se puede mover a una velocidad arbitraria dentro de la burbuja.

Has leído bien, el «pasajero» se puede mover a una velocidad arbitraria, por lo que puede moverse a velocidades superlumínicas (por encima de la velocidad de la luz en el vacío, como ocurre con la velocidad aparente de las galaxias lejanas debido a la expansión cósmica); pero cuidado, solo se mueve a dicha velocidad dentro de la burbuja y siempre desde el punto de vista de un observador externo a la burbuja. Un punto importante es que para el «pasajero», que tiene masa, su percepción es que se mueve a velocidades sublumínicas (que dependerán del «motor» que le propulse, pues nada con masa se puede acelerar hasta superar la velocidad de luz en el vacío, motor que no está descrito por la métrica). Solo para un observador externo, el «pasajero» logra la superluminosidad interna. Por cierto, la burbuja contiene en su interior dos horizontes, similar al de un agujero blanco en la dirección hacia adelante y al de un negro en la dirección hacia atrás, con lo que el «pasajero»;  así que en la dirección hacia adelante, todo lo que se encuentra el «pasajero» incide sobre él, causándole terribles daños si no fuese espaciotiempo vacío.

Recuerda también que el pasajero dentro de la burbuja, debido a los dos horizontes, no puede enviar información al exterior de la burbuja, así que no podría controlar un posible motor exterior que moviera la burbuja (a velocidades sublumínicas); así que la palabra «motor» le viene muy grande a la métrica de Alcubierre (pero usarla fue una excelente elección desde el punto de vista del marketing científico, pues atrajo mucha atención mediática).

La solución de Alcubierre no es física por muchas razones. Una de ellas es que requiere cantidades de energía inconcebibles. Para una burbuja warp de unos metros de diámetro (para que quepa una persona dentro) se necesita una energía total negativa equivalente a varias masas solares (recuerda que esta energía si fuera positiva daría lugar a un agujero negro de decenas de kilómetros). Una burbuja warp de varios años luz para poder comunicarnos con la estrella más cercana requiere tal cantidad de energía que es absolutamente inconcebible. Hay versiones de la métrica que reducen la cantidad necesaria de materia exótica necesaria en un factor entre tres (para la versión superlumínica) y cien (para la versión sublumínica); pero decenas de veces la masa de Júpiter para una burbuja de unos metros sigue siendo una cantidad enorme de energía.

La solución de Alcubierre tampoco es física porque incumple las conjeturas de positividad de la energía, a pesar de ser una solución de las ecuaciones de Einstein. Estas ecuaciones relacionan la geometría y la densidad de energía (es decir, la métrica del espaciotiempo con el tensor de energía y momento). Así, dada cualquier geometría permiten determinar la distribución de energía necesaria para sostenerla. La solución de Alcubierre requiere densidades de energía negativa, que se puede combinar con densidades de energía positiva; si la velocidad del «pasajero» es superlumínica, la energía total debe ser negativa, luego el motor warp requiere materia exótica (materia de energía negativa), que no existe en la naturaleza. Pero para las variantes «físicas» de la métrica de Alcubierre en las que la velocidad máxima del «pasajero» es sublumínica, lo que permite que la energía total sea positiva (aunque se requiere una parte de energía negativa).

En resumen, la solución de Alcubierre es atractiva desde el punto de vista matemático, pero ni sirve en novelas de ciencia ficción y ni siquiera es un motor. El nuevo artículo que generaliza la solución y estudia las características generales de este tipo de soluciones. Sin lugar a dudas una gran contribución, como bien destaca Héctor. El artículo es Alexey Bobrick, Gianni Martire, «Introducing Physical Warp Drives,» Classical and Quantum Gravity (25 Jan 2021), doi: https://doi.org/10.1088/1361-6382/abdf6e, arXiv:2102.06824 [gr-qc] (12 Feb 2021); también recomiendo Miguel Alcubierre, Francisco S. N. Lobo, «Warp Drive Basics,» in F. Lobo (editor), Wormholes, Warp Drives and Energy Conditions, Springer, pp. 257-279 (17 May 2017), doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-55182-1_11, arXiv:2103.05610 [gr-qc] (09 Mar 2021).

El siguiente tema son los resultados tras tres años de toma de datos del detector de materia oscura español ANAIS-112; su objetivo es observar o refutar la modulación anual de DAMA-LIBRA; por ahora no ha observado dicha modulación, pero no alcanza significancia suficiente para descartarla. Más información en mi pieza «ANAIS-112 no observa tras tres años la modulación anual de DAMA/LIBRA», LCMF, 03 mar 2021; el artículo es J. Amare, S. Cebrian, …, P. Villar, «Annual Modulation Results from Three Years Exposure of ANAIS-112,» arXiv:2103.01175 [astro-ph.IM]. 

Entrevistamos a J. M. Mulet, aprovechando que pronto saldrá su nuevo libro «Ecologismo Real,» Destino (2021) [web]. Nos habla de genómica de plantas, al hilo de una pregunta de Héctor sobre Arabidopsis thaliana, la planta modelo de la genómica vegetal. Destaca que la poliploidía, la multiplicidad de juegos completos de cromosomas, es muy habitual en las plantas angiospermas. Le pregunto a Mulet por su línea de investigación actual (un proyecto de 2017). Nos cuenta que estudia el estrés abiótico en plantas, debido a la sequía, salinidad, frío, etc. También nos habla de las bombas protón-potasio (protones fuera, potasio dentro) tanto en levaduras como plantas, a diferencia de las bombas sodio-potasio en animales (responsables de la transmisión del impulso nerviosos); las levaduras son muy útiles para estudiar este fenómeno crecen mucho más rápido que las plantas. Además, las levaduras permiten incorporar genes de plantas, que son funcionales, lo que permite estudiar la función de proteínas/genes de plantas usando levaduras.

Mulet trabajó en remolacha identificando la función de ciertos genes relacionados con el transporte de potasio y ahora está trabajando en brócoli. Su laboratorio tiene un sistema de ciencia básica de transporte de potasio en Arabidopsis que permite estudiar este fenómeno. Los flujos de potasio permiten regular la cantidad de agua en las células de las plantas, lo que cambia la turgencia y posibilita sus movimientos. Además, el flujo de potasio regula la transpiración de las plantas y que consuman menos agua. Su grupo publicó un nuevo regulador de este proceso en Antonella Locascio, …, José Miguel Mulet, Lynne Yenush, «BCL2-ASSOCIATED ATHANOGENE4 Regulates the KAT1 Potassium Channel and Controls Stomatal Movement,» Plant Physiology 181: 1277-1294 (2019), doi: https://doi.org/10.1104/pp.19.00224. También recomiendo el editorial José M. Mulet, Francisco Campos, Lynne Yenush, «Ion Homeostasis in Plant Stress and Development,» Frontiers in Plant Science 11: 618273 (20 Nov 2020), doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.618273, y el artículo de revisión Antonella Locascio, …, José Miguel Mulet, Lynne Yenush, «Saccharomyces cerevisiae as a Tool to Investigate Plant Potassium and Sodium Transporters,» International Journal of Molecular Sciences 20: 2133 (2019), doi: https://doi.org/10.3390/ijms20092133.

Nos habla de su blog «Tomates con genes» [Naukas] y saco el tema de la bioquímica estructural (la parte de la bioquímica que me apasiona); Mulet no investiga en estructura, solo en regulación (cómo las proteínas regulan ciertos procesos e interaccionan entre ellas). Le pregunta por los avances en su proyecto de brócoli y pasamos a hablar de fertilizantes que aportan nitrógeno, fósforo y potasio a las plantas; el más famoso se llama Nitrofoska, que aportaba los tres elementos. Pregunta Sara por la adición del ácido salicílico para mejorar la respuesta ante la sequía en cultivos agrícolas. Contesta Mulet que el futuro de la agricultura en Europa es el uso de bioestimulantes, productos naturales que puedes adicionar a los cultivos para estimular ciertos procesos. El ácido salicílico es una hormona natural que aumenta la tolerancia a la salidad, por lo que usa en cultivos (Sara menciona los de habas).

La entrevista es muy interesante así que te recomiendo disfrutarla en el podcast. Un tema que comentamos es el sabor amargo del brócoli; algunas personas tienen una variante del gen TAS2R38, que codifica una proteína receptora del sabor amargo, que les hace notar amargos muchos alimentos, incluyendo a verduras como el brócoli y la col de Bruselas. Mulet nos habla de los espárragos y su efecto sobre el olor de la orina; hay una variante genética en algunas personas que hace que su orina huela y otra variante que afecta a la sensibilidad a este olor, así que hay varias combinaciones genéticas posibles (más información en «¿Por qué algunas personas detectan el olor de espárragos en la orina?» Agencia SINC, 14 dic 2016). Finalmente, hablamos de temas diversos relacionados con su nuevo libro sobre ecologismo: los plásticos, los biocombustibles, la energía solar e, incluso, la energía de fusión nuclear.

Acabamos con Señales de los Oyentes. ¡Qué disfrutes del podcast!



3 Comentarios

  1. Hola Francis, primero agradecerte por el excelente podcast al cual ya nos tienes acostumbrados.

    En el podcast dices que todas las soluciones tipo warp drive superlumínicas requieren de energía negativa o bien si no tiene energía negativa entonces es sublumínica, quería saber tu opinión sobre el siguiente artículo donde se habla de warp drive superlumínico sin la necesidad de energía negativa con una solución tipo solitón.

    https://physicsworld.com/a/spacecraft-in-a-warp-bubble-could-travel-faster-than-light-claims-physicist/

    Desde ya muchas gracias. Saludos.

    1. Tato, mi frase se refiere a las métricas tipo Aclbuierre que describen modificaciones de su warp drive, siendo una de las conclusiones del artículo de Bobrick y Martire que discutimos.

      La noticia que comentas se refiere al artículo de Erik W. Lentz, «Breaking the warp barrier: hyper-fast solitons in Einstein–Maxwell-plasma theory,» Classical and Quantum Gravity (09 Mar 2021), doi: https://doi.org/10.1088/1361-6382/abe692, arXiv:2006.07125 [gr-qc] (12 Jun 2020). Lentz propone una idea diferente al motor warp, que el autor llama «solitón warp», una métrica escrita en el formalismo ADM que tiene energía total negativa para la ecuaciones de Einstein; sin embargo, si se interpreta como solución de las ecuaciones de Einstein-Maxwell y se elige una ecuación adecuada para el potencial vectorial electromagnético (que Lentz dice que está inspirada en una ecuación para plasmas) se logra que la energía total sea positiva.

      La nueva solución me parece muy interesante y la tengo que estudiar en detalle. En una lectura rápida no me gusta su ecuación espacial para el plasma, que no es la ecuación elíptica que uno esperaría sino una ecuación hiperbólica (la dirección z de movimiento se comporta como una dirección temporal, algo que no me queda claro que en un plasma físico, con densidad positiva, se pueda lograr). Además, los resultados que Lentz presenta me parecen que están sesgados; no veo claro que siempre se pueda evitar la necesidad de regiones con energía negativa (muestra resultados con y sin energía negativa, pero no queda claro qué los diferencia; siendo resultados de diferentes ejecuciones de un método numérico me da la sensación de que oculta bajo la alfombra del método numérico la necesidad de energía negativa); creo que hay que verificar de forma cuidadosa e independiente que sus resultados siempre positivois son correctos (yo no sé si tendré tiempo para intentarlo).

      En cualquier caso, la nueva solución tiene problemas similares a las soluciones de Alcubierre: requiere enormes cantidades de energía (del orden de varias masas solares para formar una burbuja de cientos de metros), generar esas inmensas cantidades de energía usando plasmas es inconcebible; además, solo permite movimiento superlumínico dentro de la burbuja (la burbuja/solitón sigue moviéndose a velocidad sublumínica); y no está claro qué horizontes se producen, pero también parece que el interior está causalmente desconectado del exterior (aunque no me queda del todo claro).

      Gracias, Tato, por levantar mi atención sobre este artículo (que en junio de 2020 no me llamó la atención). Por cierto, el autor tiene un blog: https://eriklentzphd.blogspot.com/ Y te recomiendo sus charlas en vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=6O8ji46VBK0 y https://educast.fccn.pt/vod/clips/2b5rscevoz/streaming.html?locale=en .

      Saludos
      Francis
      Saludos

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