Supongo que no se está refiriendo a acelerar las partículas subatómicas a una velocidad cercana a la de la luz, ya que eso ha sido posible durante muchas décadas, utilizando aceleradores de partículas de varios diseños, con el “gran papá” que es el LHC en Cern, que acelera regularmente partículas dentro de una pequeña fracción de la velocidad de la luz.
Cuando se trata de objetos en la escala humana, decir “nunca” podría ser ser un rehén de la fortuna, así que me conformaré con algunos de los desafíos técnicos. El primero es simplemente la cantidad de energía requerida. En términos generales, acelerar cualquier objeto al 99% de la velocidad de la luz requiere una entrada de energía equivalente a la aniquilación de siete veces su masa en reposo. Entonces, si vamos a acelerar una nave espacial de 1,000 toneladas al 99% de la velocidad de la luz, tendremos que aniquilar 7,000 toneladas de materia. Sin embargo, no tenemos idea de cómo aniquilar la materia por completo, excepto combinarla con una cantidad igual de antimateria. Tampoco tenemos idea de cómo fabricar y almacenar antimateria en otras cantidades que no sean pequeñas cantidades. Si deseamos descartar la aniquilación de materia-antimateria, entonces tenemos que recurrir a la siguiente forma más eficiente de conversión de materia, y eso es en la fusión de hidrógeno. Eso da como resultado una pérdida neta de solo el 0.7% de la masa y significa consumir aproximadamente 1 millón de toneladas de hidrógeno para acelerar nuestra nave espacial de 1,000 toneladas al 99% de la velocidad de la luz. Por supuesto, todavía tenemos que encontrar alguna forma de fusionar hidrógeno de forma controlada para producir energía neta (podemos hacerlo sin control en forma de una bomba H). El problema no termina ahí. Si la nave espacial va a transportar su propio combustible de hidrógeno, requerirá muchas veces esa masa, ya que también tendrá que acelerar la carga de combustible, lo que, al principio, será de muchos millones de toneladas. Podría ser posible concebir un proceso que fusione el combustible hasta el elemento más estable (hierro) que reduciría considerablemente la cantidad teórica de hidrógeno requerida, pero las etapas posteriores de fusión requieren condiciones inimaginablemente extremas que solo se encuentran en las supernovas. .
Luego está el pequeño asunto de la masa de reacción. Ese es el “escape del cohete”, donde el impulso en el escape se equilibra con el impulso agregado a la nave espacial. Lamentablemente, esto requiere expulsar mucha masa. Se podría usar el helio “quemado” de la fusión de hidrógeno (ya que los cohetes químicos usan sus gases quemados). Desafortunadamente, esto tendría que ser expulsado a una velocidad muy alta (como con un cohete de iones) o el uso masivo sería demasiado alto. Desafortunadamente, si bien los cohetes iónicos son muy eficientes en el uso de la masa de reacción (escape), son cada vez más ineficientes energéticamente a medida que aumenta la velocidad de escape. Por lo tanto, ese millón inicial de toneladas de hidrógeno debe aumentarse aún más.
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Puede ser posible imaginar el uso de gas interestelar como masa de reacción (como un motor a reacción utiliza la atmósfera), pero esto sería irremediablemente ineficiente, ya que significaría acelerar el material de reacción del reposo a algo que se aproxima a la velocidad de la luz.
El problema de una nave espacial que lleva su propio combustible y masa de reacción podría evitarse simplemente equipándolo con un espejo grande y usando alguna forma de sistema de haz dirigido desde una base fija. Eso todavía requeriría enormes cantidades de hidrógeno, por supuesto, pero como está en la base fija, al menos no tenemos que acelerar eso también. Sin embargo, no sé cómo podríamos proporcionar un haz de partículas colimado y enfocarlo en distancias medidas en años luz. También existe el problema de reducir la velocidad en el otro extremo del viaje que, presumiblemente, requeriría un sistema fijo coordinado similar en el otro extremo.
nótese bien. La idea de usar un espejo grande o una vela para “volar” una pequeña sonda espacial fuera del sistema solar explotando el “viento solar” ha sido discutida y, en teoría, podría alcanzar una velocidad muy alta para cuando la sonda salga del sistema solar. Sin embargo, todavía sería una fracción muy pequeña de la velocidad de la luz y el efecto de “viento solar” se desvaneció.
