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EmDrive: publicado, pero aún sin explicación válida

Justo al día siguiente de mi anterior artículo sobre el EmDrive, lo que circulaba como un rumor fundado se hizo realidad: el estudio del equipo de NASA Eagleworks se ha publicado en la edición digital de la revista Journal of Propulsion and Power (JPP). Su versión en papel aparecerá en el número de diciembre.

Es necesario recordar que no es el primer estudio publicado que valida el funcionamiento del EmDrive; el equipo de Eagleworks ya había presentado resultados en un congreso hace dos años, pero estas comunicaciones no están sujetas al filtro de revisión por pares de las revistas. En cambio, sí lo estuvieron los estudios publicados respectivamente por el equipo chino dirigido por Yang Juan y por los alemanes Tajmar y Fiedler.

Uno de los sistemas EmDrive construidos por el equipo de Eagleworks. Imagen de White et al, JPP.

Uno de los sistemas EmDrive construidos por el equipo de Eagleworks. Imagen de White et al, JPP.

También conviene recalcar lo que ya he explicado antes: que los científicos de Eagleworks, dirigidos por Harold Sonny White, validen el funcionamiento del EmDrive, no implica que la NASA como institución respalde estos resultados, ni mucho menos la explicación que los autores aportan. Eagleworks es un poco a la NASA lo que el Equipo A al Pentágono. La agencia se ha mantenido siempre bien al margen de las proclamas de White, llegando incluso a prohibirle el contacto con los medios (nota periodística: por este motivo mi anterior artículo se titulaba “Científicos de la NASA…” y no “La NASA…”).

Además, insisto en que la publicación de los resultados con estas bendiciones oficiales significa lo que significa, y no más: que el estudio es formalmente correcto respecto a los resultados que se detallan, con las limitaciones que se especifican y las conclusiones directas que pueden derivarse de ellos.

Durante estos días se rumoreaba que el Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica, que edita la revista JPP, habría aceptado publicar el estudio solo a condición de que White y sus colaboradores aceptaran retirar su explicación del efecto EmDrive basada en una interpretación alternativa y minoritaria de la física cuántica que ni siquiera para sus propios defensores necesariamente justifica el funcionamiento del EmDrive.

Pero esto no tenía ningún sentido; todo científico sabe para qué sirve el apartado de discusión en un estudio. Sería absurdo aprobar los resultados de un trabajo, censurando al mismo tiempo las especulaciones que sus autores puedan verter en el espacio específicamente abierto para ello. Finalmente el estudio se ha publicado esencialmente completo respecto a la versión sin revisar filtrada antes en internet.

En resumen: ¿significa esto que el EmDrive funciona? Una pregunta aún sin respuesta definitiva, pero que sí puede descomponerse en otras más precisas:

¿El EmDrive produce una fuerza? Sí, al menos una fuerza aparente. Tres grupos de investigación distintos han publicado resultados mostrando que es así. Y eso sin contar los experimentos de los propios inventores del sistema, Roger Shawyer y Guido Fetta, que se han hecho públicos pero no se han publicado formalmente (nótese el matiz). Poner en duda los resultados de un equipo de investigadores cuestiona su honestidad o su competencia profesional; poner en duda los resultados de tres equipos independientes cuestiona la honestidad o la competencia profesional de quien los pone en duda.

¿Esa fuerza podría emplearse como propulsión? Tal vez, pero aún no puede confirmarse al cien por cien. En su estudio, White y sus colaboradores mencionan como principales objeciones un posible desplazamiento del centro de gravedad del cono o una expansión térmica, que es mayor en el vacío (donde se han hecho los experimentos del nuevo estudio) que en el aire, mientras que la señal del impulso es igual en ambos medios. Pero aunque han hecho todo lo posible por descartar estos efectos parásitos, el sistema tiene una limitación intrínseca por el mero hecho de estar atornillado al suelo por dos lugares. Los investigadores esperan diseñar un nuevo sistema con mayores grados de libertad para poder desechar definitivamente estas posibles interferencias. Sin embargo, si la señal fuera enteramente un falso positivo debido a alguno de estos efectos, sería chocante que los experimentos independientes con diferentes diseños no hubieran llegado ya a esta conclusión.

¿Expulsa propelente el EmDrive? No, al menos un propelente formado por materia. Sé que suena a perogrullada; pero como menciono más abajo, una hipótesis pretende explicar el funcionamiento del EmDrive mediante la expulsión de fotones a través del extremo cerrado del cono. Pero los fotones no tienen masa, por lo que no son materia. Al menos, no tienen masa en reposo, claro que un fotón nunca está en reposo…

¿Consume combustible el EmDrive? No. La fuente nuclear que alimentaría el generador de microondas es un consumible, pero no un combustible. Incluso es posible que en ciertos casos el magnetrón pudiera alimentarse solo con energía solar. A comienzos de este año, la sonda Juno de la NASA batió el récord del aparato más alejado del Sol alimentado por paneles solares, rompiendo la marca anterior de 792 millones de kilómetros establecida por la europea Rosetta. Deberán ser los ingenieros quienes valoren en qué casos la energía fotovoltaica sería suficiente para alimentar un generador de microondas; que yo sepa, White solo ha hablado de emplear energía nuclear.

¿Viola el EmDrive las leyes de la física? No. Nada puede violar las leyes fundamentales de la naturaleza. Pero si funciona, significa que la teoría está incompleta, y habrá que encontrar una nueva manera de explicar la realidad. Como conté recientemente a propósito de la materia oscura, no es la primera vez que esto ocurre en la historia de la ciencia, ni será la última.

Entonces, ¿cómo se explica la aparente violación de la conservación de la cantidad de movimiento (p)? Repaso brevemente, a riesgo de dejar alguna fuera, las cinco principales hipótesis que se han aportado para explicar el funcionamiento del EmDrive:

1. Presión de radiación

Shawyer, el inventor del sistema, afirma que el EmDrive genera propulsión por el empuje de los fotones de la radiación de microondas sobre el extremo cerrado del cono, por el mismo principio en el que se basan los veleros espaciales; no las velas solares, que se impulsan por el viento solar (partículas cargadas), sino las fotónicas. Pero la inmensa mayoría de los físicos rechazan esta explicación, porque es como empujar un coche desde dentro. O como me recordaba con mucho acierto un/a usuario/a en Twitter, como el barón de Münchhausen, que escapó de una ciénaga tirando de su propia coleta. En este caso habría una clara violación de la conservación de p. Shawyer sostiene que no es así; de hecho, hace tiempo me aseguró en un email 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”. Pero hasta donde sé, no ha explicado cómo.

2. Fotones como propelente

El pasado junio, un equipo de investigadores finlandeses publicó un estudio (revisado por pares) que atribuye la propulsión del EmDrive a la expulsión de fotones que actúan como propelente. Según la peculiar visión de Patrick Grahn y sus colaboradores, sí existe un combustible, las microondas, y un propelente, los fotones. Grahn afirma que el emparejamiento de las partículas en fases opuestas produce una interferencia destructiva que cancela su radiación electromagnética, pero los fotones no se destruyen, sino que escapan del extremo cerrado del cono siendo indetectables como ondas y actuando como propelente. Los fotones tienen una cantidad de movimiento debida solo a su energía, pero la hipótesis de Grahn requiere asumir que de esta p se deriva una masa teórica en movimiento, que vendría aportada por el generador de microondas y que escaparía del cono hacia el exterior, moviendo el propulsor por una simple acción-reacción. Todo lo cual resulta inaceptable para la gran mayoría de los físicos.

3. Radiación Unruh

Esta es una primera hipótesis que se basa en la energía del vacío, en el marco de la física relativista. Ya la expliqué con detalle anteriormente. Como en el caso anterior, la teoría requiere adjudicar una masa relativística a los fotones. Pero aunque el efecto en el que se fundamenta no se ha descartado, y de hecho podría contemplarse como una forma particular de la radiación de Hawking que desprenden los agujeros negros, tampoco se ha corroborado de forma convincente. Hasta ahora, la idea propuesta por el físico Mike McCulloch no ha calado en la comunidad científica. Mi impresión puramente personal (como un no-físico y al margen de la discusión sobre el efecto Unruh) es que justificar el funcionamiento del EmDrive por el efecto Unruh es un poco como matar moscas a cañonazos, cuando además ni siquiera está claro que los cañonazos existan.

4. Empuje desde el vacío cuántico

White explica el funcionamiento de su sistema también por energía del vacío, pero en el contexto cuántico. La hipótesis se basa en el vacío cuántico, el estado más bajo de energía de un sistema cuántico (digamos, una visión energética de lo que se entendería como vacío normal). Esta energía no es cero, lo que puede explicarse por la acción de las oscilaciones de partículas virtuales. Este mecanismo se ha utilizado para explicar el efecto Casimir de la teoría cuántica de campos, según el cual existe una fuerza medible –de atracción o repulsión según la configuración del sistema– entre dos placas conductoras separadas por una pequeña distancia en el vacío. El problema con la explicación de White es que nadie se la cree: para la mayoría de los físicos, es imposible extraer energía aprovechable como propulsión a partir del vacío cuántico; no se puede extraer p de él, ya que no es un marco de referencia fijo desde el que empujar, así que estamos otra vez en el caso del barón de Münchhausen y su coleta.

Sin embargo, White justifica su hipótesis basándola en una teoría alternativa de la física cuántica. Todo lo que han oído mencionar sobre el extraño comportamiento de las partículas, como la paradoja del gato de Schrödinger o el experimento de la doble ranura, se basa en la llamada interpretación de Copenhague, la que prima hoy en física. Según esta teoría, las partículas no tienen una posición fija, sino que se comportan como nubes de probabilidad (por ejemplo, a lo largo de dos caminos alternativos y mutuamente excluyentes) hasta que un observador las mide, rompiendo la onda y bloqueando las partículas en una posición. Esta interpretación probabilística de la cuántica no gustaba nada a Einstein; como mencioné hace unos días, en una ocasión le preguntó a su biógrafo Abraham Pais si creía que la luna solo existía cuando alguien la miraba.

En los años 20 del siglo pasado, Louis de Broglie propuso una interpretación alternativa, la teoría de la onda piloto, que David Bohm completó en lo que hoy se conoce como mecánica de De Broglie-Bohm. La teoría es realista; es decir, afirma que las partículas sí tienen una posición concreta en todo momento, con independencia de la presencia de un observador y guiada por su onda acompañante (onda piloto). Si no conocemos estas trayectorias, decía Bohm, no se debe a que no existan, sino a la existencia de variables ocultas que se nos escapan.

La teoría implica que la mecánica cuántica no es local; las partículas pueden estar físicamente alejadas entre sí, lo mismo que los objetos grandes sujetos al comportamiento de la física clásica. En los años 60, John Bell se acogió a la teoría de la onda piloto para explicar el entrelazamiento cuántico, la capacidad de dos partículas separadas de estar sincronizadas en sus propiedades. Aunque la teoría de De Broglie-Bohm continúa sin ser aceptada mayoritariamente, en los últimos años se han publicado varios experimentos que la respaldan. Y por ejemplo, el entrelazamiento cuántico en condiciones no locales ya ha sido suficientemente validado, como he contado aquí en ocasiones anteriores.

En concreto, White se apoya en la posibilidad de que las partículas reales del vacío cuántico puedan intercambiar cantidad de movimiento para defender que esta puede cosecharse y transmitirse: “sería posible aplicar/extraer trabajo en/de el vacío, y por tanto sería posible empujar desde el vacío cuántico preservando las leyes de la conservación de la energía y de la cantidad de movimiento”, escribe. Pero si la hipótesis de White fuera aceptada, que por el momento no lo es, esto supondría cambiar radicalmente de modelo de física cuántica; algo que hasta ahora no han conseguido validaciones más sólidas de la teoría de la onda piloto.

5. Efecto Mach

Una teoría desarrollada por el físico James Woodward en los años 90 propone que la energía interna de un cuerpo varía al acelerar; es decir, que no todo se traduce en energía cinética, sino que el objeto en movimiento almacena energía potencial absorbida de su entorno mediante la interacción con el campo gravitatorio que se opone a su movimiento (la inercia). Este enriquecimiento energético, sugiere Woodward, se traslada a cambios en la masa del cuerpo, y puede ordeñarse en forma de cantidad de movimiento que el objeto le ha robado previamente al universo, conservándose todo lo que tiene que conservarse.

La hipótesis es esencialmente compatible con la relatividad general; de hecho, la idea (más filosófica que física) del origen de la inercia como una influencia del resto del universo sobre un sistema local fue una inspiración para Einstein, que profesaba un gran respeto hacia su autor, el austríaco Ernst Mach. Sin embargo, el efecto Mach derivado por Woodward aún no ha sido validado de forma concluyente. Woodward afirma que su teoría podría aprovecharse para construir propulsores sin partes móviles ni propelente, y que es la explicación que mejor encaja con la física actual para explicar la señal del EmDrive.

12 comentarios · Escribe aquí tu comentario

  1. Dice ser Sociólogo Astral

    las leyes de la naturaleza si que se pueden vulnerar. en Reino Unido la empresa STEORN vende un generador que produce energia de la nada, cuesta 40 euros. es un cuento chino asustaviejas eso de que no se puede crear la energia. la energia se puede crear, destruir y transformar, las tres cosas.

    21 noviembre 2016 | 13:03

  2. Dice ser ArtLem

    Lo que no termino de entender es cómo alguien puede inventar algo tan complejo y sofisticado sin entender su funcionamiento…

    21 noviembre 2016 | 13:31

  3. Dice ser luanticko

    +1 a Sociologo astral!!!!

    21 noviembre 2016 | 13:53

  4. Dice ser Pepito

    Respondiendo a ArtLem, es bastante común que se conozca y use un fenómeno físico sin conocer su fundamento teórico. De hecho suele ser muchas veces lo más normal. Por ejemplo, el efecto fotoeléctrico se conocía desde 1887 (descrito por Hertz), pero no fue hasta casi 20 años después (1905) que Einstein logró explicarlo teóricamente usando la teoría cuántica..y de hecho es por ello que recibió el premio Nobel 16 años más después (1921). Y así con innumerables fenómenos físicos.

    21 noviembre 2016 | 13:58

  5. Dice ser Casandra

    Para ArtLem

    Los ocho mejores inventos por accidente – ABC.es

    10 ene. 2012

    El microondas fue inventado por casualidad en 1946 por el ingeniero Percy Spencer

    Pero este investigador no ha sido el único que ha inventado por accidente un prototipo que más tarde se convertiría en revolucionario. A lo largo de la historia nos encontramos con hallazgos sorprendentes que fueron descubiertos por un simple golpe de timón del caprichoso azar.
    1. Los Rayos X
    Los ocho mejores inventos por accidente

    En 1896, el físico Wilhelm Conrad Roentgen había descubierto la relación entre unos extraños rayos catódicos que atravesaban papel y metales y la emulsión fotográfica. Es por esto que se decidió a experimentar con humanos.

    Le pidió a su esposa que colocase la mano durante quince minutos sobre la placa de cristal que había creado.Al revelar la misma, apareció una imagen histórica: las falanges de la mano de Berta con su anillo de bodas. Esta fue la primera imagen radiográfica del cuerpo humano y aquí nace la Radiología.
    2. La Viagra
    Los ocho mejores inventos por accidente

    La pastilla azul que llena de esperanzas a los hombres con el deseo sexual en horas bajas fue diseñada para su uso en la hipertensión arterial y la angina de pecho. Pero para sorpresa de los científicos del Hospital de Morriston, en Gales, durante los primeros ensayos con la pastilla se comprobó que tenía un ligero efecto en la agina pero que tenía unos efectos potentes en la erección del pene.

    Es por esto que los laboratorios Pfizer decidieron comercializar el producto y patentarlo en 1996. De este modo, la pastilla se convirtió en un éxito en ventas entre 1999 y 2001 en Estados Unidos, primer país en el que se comercializó.
    3. Los fuegos artificiales
    Los ocho mejores inventos por accidente

    Existen varias teorías sobre el descubrimiento de la pólvora y los fuegos artificales. Una de las más populares es la de que hace 2.000 años un cocinero chino utilizó para hacer fuego al aire libre una mezcla con ácido sulfúrico, salitre y carbón vegetal.

    Al juntar estos elementos, se produjo una explosión que después comprimiría en un tubo de bambú, origen por tanto de los fuegos artificiales, que eran utilizados para espantar a los malos espíritus en ritos como el matrimonio.
    4. Los Post- it
    Los ocho mejores inventos por accidente

    En 1970, el químico Spencer Silver estaba realiznado unos ensayos para conseguir un pegamento potente pero solo consiguió un simple adhesivo que más tarde usaría un colega suyo para pegar los puntos de libro usados en el cantoral de la iglesia en cuyo coro participaba. En este momento nacieron los Post-it.
    5. El Teflón
    Los ocho mejores inventos por accidente

    En 1930, Roy Plunkett, un investigador que trabajaba en la empresa DuPont, descubrió el teflón o politrafluoretileno por casualidad mientras realizaba ensayos con sustancias refrigerantes.

    El científico y un compañero almacenaron tetrafluoroetileno (TFE) en unos cilindros a presión que fueron sumergidos en hielo seco. Cuando abrieron los tubos, descubrieron que en las paredes había una sustancia blanca y cerosa, lo que después se denominaría teflón, material usado para revestimientos de aviones, cohetes y naves espaciales, además de ser el material estrella para las sartenes.
    6. El horno de microondas
    Los ocho mejores inventos por accidente

    El horno de microondas fue descubierto en 1946 por accidente después de que el ingeniero Percy Spencer, de la Raytheon Corporation, estaba probando un tuvo llamado magnetrón cuando descubrió que la chocolatina que tenía en el bolsillo se había derretido.

    Posteriormente puso el tubo cerca de otros alimentos y se dio cuenta de que en pocos minutos se cocinaban gracias a las ondas de baja densidad emitidas por el cilindro. Metió esta energía en una caja que calentaba cualquier alimento que se introducía en la misma. Spencer había creado un invento revolucionario en las cocinas de medio mundo: el microondas.
    7. El velcro
    Los ocho mejores inventos por accidente

    El ingeniero suizo George de Mestral se encontraba paseando en 1941 por los Alpes cuando se quedó embobado mirando cómo las espigas de la setaria se le quedaban pegados al cuerpo. Entonces decidió estudiar la planta y reproducir su «mecanismo» en el laboratorio.

    Descubrió que el Nylon, cosido con rayos infrarrojos formaba unos ganchos que se pegaban a una tela más aterciopelada. Es por esto que decidió llamar al famoso cierre «Velcro», palabra formada por el término francés Velours (terciopelo) y la inglesa crochet (gancho).
    8. El celofán
    Los ocho mejores inventos por accidente

    También en Suiza, el ingeniero Jacques Brandenberger quiso crear un material que evitara las manchas en los manteles. Realizó varios ensayos en su laboratorio pero todos eran fallidos hasta que en uno de esas pruebas poco fructíferas se dio cuenta de que el líquido viscoso que había aplicado sobre una tela había creado una capa que se podía separar y que además podía ser adhesiva. En 1908 nació el celofán.

    21 noviembre 2016 | 14:01

  6. Dice ser Carl Sagan

    El funcionamiento no sería el mismo que el velero solar de carl sagan?

    21 noviembre 2016 | 14:06

  7. Dice ser ArtLem

    Pepito, cierto, a lo mejor me he precipitado al escribir, pero me parecía un mecanismo tan complejo que se me hace raro que todo sea fruto de casualidad.

    Casandra, muy interesante el post!

    21 noviembre 2016 | 14:30

  8. Dice ser Juancar

    @Sociólogo Astral, me podrías indicar donde encontrar información sobre el producto de STEORN? por más que busco lo que encuentro es que no han podido demostrar que generen energía.

    21 noviembre 2016 | 15:48

  9. Dice ser incom2

    Para empezar, el artículo anterior a este mentía en su título, porque la NASA en ningún momento ha reconocido ni anunciado nada.

    El cuanto al grupo “Eaglework” es algo así como el tiempo libre que tienen en Google para que sus desarrolladores prueben cosas raras a ver qué sale, y cuenta con un presupuesto minúsculo que sí proviene de la NASA (y hasta ahí cualquier parecido con la realidad). De hecho, el personal que se dedica a estas investigaciones marginales (así lo llaman, literalmente) empezó a ello sin autorización y más por hobby que por otra cosa.

    Finalmente, el artículo en el que supuestamente se demuestra que el motor funciona y que “se filtró” hace unos días probablemente para alimentar el hype en los medios antes de anunciar el fiasco, se ha demostrado ya que está plagado de errores tanto en las técnicas aplicadas como en las mediciones. Así que la NASA no va anunciar nada que no se supiera, aunque ha dejado el listón muy bajo al no salir inmediatamente a desmentir la rumorología y la moscosidad de los medios de comunicación a cualquier cosa que huela a visitas.

    21 noviembre 2016 | 17:57

  10. Dice ser Jurget

    Resumiendo… en el articulo anterior te comiste un fake como una casa y en el articulo de ahora, humo.

    21 noviembre 2016 | 19:20

  11. Dice ser Sociólogo Astral

    Veo con gran pesar que la industria del petroleo y las compañias eléctricas ya han silenciado a STEORN, una empresa de Irlanda que vendia un generador que sacaba electricidad de dar vueltas a un rotor sin aporte eléctrico. costaba 40 euros pero les ha salido mas a cuenta pillarse el dinero del petroleo y de las eléctricas que será como estar vendiendo esa mierda durante 50 años pero sin el esfuerzo que iban a hacer y el tiempo que iban a tardar.
    D.E.P. STEORN.

    21 noviembre 2016 | 19:30

  12. Dice ser el mismo

    Lo gracioso es que los experimentos independientes realizados no confirman que el emDrive funciona. Confirman que hay cierto impulso pero dado lo minúsculo que és, reconocen que pueden ser factores ajenos al propósito del motor, como diferencias de temperatura, interacción entre corrientes eléctricas y otros componentes, etc…, y por tanto consideran el experimento o bien un fracaso (los chinos) o inconcluso (el primer experimento en el vacío).

    Solo si se descartan otras posibles causas conocidas con experimentos y/o análisis más rigurosos, algo que no se ha hecho todavía, entonces se podría considerar que funciona, se conozca o no el por qué.

    #2 ArtLem
    “Lo que no termino de entender es cómo alguien puede inventar algo tan complejo y sofisticado sin entender su funcionamiento…”
    Porque no es tan complejo y sofisticado realmente, de hecho no lo es para nada comparado con la tecnología moderna. Lo que han hecho ha sido coger un horno microondas, darle forma de cono y ya está. La complicación está en la precisión de las mediciones, en aislar el cono de otras interferencias y en analizar convenientemente los datos resultante.

    21 noviembre 2016 | 19:53

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