VIAJAR A UNA ESTRELLA LEJANA Y REGRESAR A TIEMPO PARA CENAR | Miguel Alcubierre | TEDxCuauhtémoc

Summary

En esta charla, el orador comparte su fascinación por las estrellas desde la infancia y su deseo de ser astrónomo, lo que lo llevó a estudiar física. Explica cómo la teoría de la relatividad de Einstein limita la velocidad de la luz como el límite superior de velocidad, y cómo esto afecta la posibilidad de viajar a las estrellas. Sin embargo, presenta dos conceptos teóricos de la física que podrían permitir viajar más rápido que la luz: los agujeros de gusano y el warp drive, aunque ambos requieren energía negativa, la cual no ha sido observada y podría no existir.

Takeaways

• 🌌 La fascinación por las estrellas y su observación nocturna es un tema recurrente desde la infancia del entrevistado.
• 🔭 A los 14 años, su padre le regaló un telescopio, lo cual incrementó su pasión por observar planetas y estrellas.
• 🌟 La idea de que alguien en otro planeta pudiera observarlo a él llevó a considerar la posibilidad de la vida extraterrestre.
• 🚀 Decidió ser astrónomo, pero en México para ser astrónomo se necesita ser físico, por lo que estudió física.
• 📚 Descubrió que, según la teoría de la relatividad de Einstein, la luz viaja a 186,000 millas por segundo, y que eso representa un límite para viajar a las estrellas.
• 🌞 La luz tarda 8 minutos en llegar a la Tierra desde el Sol, y 4 años desde la estrella más cercana, Alfa Centauri.
• 🌌 La vastedad de la galaxia y el universo hace que el límite de la velocidad de la luz sea un problema serio para alcanzar las estrellas.
• 🚨 La teoría de la relatividad nos impide viajar más rápido que la luz, lo cual es esencial para mantener la causalidad.
• 🔄 La segunda teoría de la relatividad, la relatividad general, desarrollada por Einstein, trata sobre la gravedad y cómo puede deformar el espacio-tiempo.
• 🌀 Dos posibles formas de viajar más rápido que la luz son a través de agujeros de gusano (Einstein-Rosen bridge) y la distorsión del espacio (warp drive).
• 🚫 Sin embargo, ambas ideas requieren energías negativas o masas negativas, que no han sido observadas y podrían no existir.

Q & A

¿Cuándo fue la última vez que Sebastian Betti observó las estrellas?

Sebastian Betti menciona que desde que tenía alrededor de 12 o 13 años, se ha fascinado por las estrellas y las observa siempre que puede.

¿Qué le regaló su padre cuando Sebastian tenía 14 años?

Sebastian recibió un pequeño telescopio de su padre cuando tenía 14 años.

¿Por qué decidió Sebastian estudiar física si quería ser astrónomo?

En México, para ser astrónomo se necesita ser físico, por lo que Sebastian estudió física.

¿Cuál es la velocidad de la luz según lo descubierto por Albert Einstein en 1905?

La velocidad de la luz es de 186,000 millas por segundo.

¿Qué problema representa la velocidad de la luz para el viaje interestelar?

La velocidad de la luz es un problema para el viaje interestelar porque el universo es enorme y no podemos viajar más rápido que la luz.

¿Qué es la Teoría de la Relatividad y cómo evita el viaje más rápido que la luz?

La Teoría de la Relatividad de Einstein evita que los objetos viajen más rápido que la luz para proteger la causalidad y evitar que los efectos ocurran antes que sus causas.

¿Qué es un agujero de gusano de Einstein-Rosen y cómo está relacionado con la Teoría de la Relatividad General?

Un agujero de gusano de Einstein-Rosen es una idea teórica que permite viajar más rápido que la luz a través de un túnel corto en el espacio-tiempo, lo que está permitido por la Teoría de la Relatividad General de Einstein.

¿Qué es un motor de distorsión y cómo funciona para permitir el viaje más rápido que la luz?

Un motor de distorsión o warp drive es una idea que sugiere que podríamos viajar más rápido que la luz al expandir el espacio detrás de un objeto y contraer el espacio delantero, haciendo que el objeto se mueva sin moverse realmente.

¿Qué es la energía negativa y por qué es necesaria para los agujeros de gusano y el motor de distorsión?

La energía negativa es una forma de energía hipotética que se necesita para estabilizar agujeros de gusano y permitir el funcionamiento de un motor de distorsión, pero no ha sido observada en la naturaleza.

¿Por qué la relatividad general de Einstein es importante para entender la gravedad?

La relatividad general de Einstein es importante para entender la gravedad porque sugiere que la gravedad es una deformación del espacio-tiempo, en lugar de una fuerza que actúa a distancia como lo había propuesto Newton.

¿Qué nos insta Sebastian Betti a hacer antes de finalizar su charla?

Sebastian Betti nos insta a salir y mirar las estrellas esa noche si las nubes lo permiten, para reflexionar sobre lo que hay más allá de nuestro planeta.

Outlines

00:00

🌌 La fascinación por las estrellas

El orador comparte su pasión por las estrellas desde la adolescencia, mencionando que, a pesar de vivir en una ciudad contaminada y con frecuentes nebulinas, siempre ha tenido un interés especial en el cielo estrellado. Recuerda haber recibido un telescopio a los 14 años y haber dedicado horas observando planetas y estrellas, preguntándose si alguien más en el universo podría estar observándolo a él. Esta fascinación lo llevó a estudiar física con la aspiración de convertirse en astrónomo en México. Aunque no se convirtió en astrónomo, se especializó en astrofísica y física, y la idea de las estrellas y la posibilidad de alcanzarlas permaneció con él. Explica cómo, al estudiar física, descubrió que la velocidad de la luz, descubierta por Albert Einstein en 1905, es la más rápida en el universo y presenta un problema serio para viajar a las estrellas debido a las distancias cósmicas.

05:00

🔍 La teoría de la relatividad

Se explica la teoría de la relatividad de Einstein, que establece la velocidad de la luz como el límite máximo de velocidad en el universo. Se detalla cómo la velocidad de la luz es constante para todos los observadores, independientemente de su movimiento, lo que contradice la idea de Galileo de que todos los movimientos son relativos. Einstein resolvió esta paradoja con su teoría de la relatividad especial, que también introduce la idea de que el espacio y el tiempo son relativos. Por ejemplo, objetos en movimiento se contraen y el tiempo se dilata. Además, la simultaneidad y el orden temporal de los eventos también son relativos. Einstein argumentó que la velocidad de la luz es el límite para preservar la causalidad, ya que si algo pudiera viajar más rápido que la luz, podríamos observar efectos antes de sus causas.

10:01

🌐 La gravedad y la relatividad general

El orador habla sobre la relatividad general de Einstein, que es una teoría del.gravity La relatividad general aborda problemas con la teoría newtoniana de la gravedad, como la gravedad instantánea, que choca con la idea de que nada puede viajar más rápido que la luz. Einstein desarrolló una nueva teoría de la gravedad basada en el Principio de Equivalencia, que dice que todos los objetos caen a la misma velocidad independientemente de su masa. Esto llevó a la conclusión de que la gravedad es una deformación del espacio. El orador menciona dos posibles formas de viajar más rápido que la luz允许理论上的可能性：el agujero de gusano (Einstein-Rosen bridge) y la propulsión por distorsión del espacio (warp drive), aunque ambas requieren energías negativas o masas negativas, que no se han observado en la naturaleza.

15:03

🌟 Inspiración final y agradecimientos

El orador concluye pidiendo a la audiencia que, si el clima lo permite, observe las estrellas esa noche y piense en lo que hay más allá. Agradece a los asistentes por su atención y recibe aplausos.

Keywords

💡Estrellitas

Las 'estrellitas' son los objetos celestes que iluminan el espacio nocturno y son el centro de fascinación del narrador desde su infancia. En el video, se menciona que a menudo se olvidan de su existencia debido a la contaminación y la niebla en las ciudades, pero el interés del narrador por ellas lo llevó a estudiar física y aspirar a ser astrónomo.

💡Telescopio

Un 'telescopio' es un instrumento óptico que amplía la luz procedente de objetos distantes, permitiendo verlos con mayor detalle. En el video, el padre del narrador le regala un telescopio cuando tiene 14 años, lo que le permite observar planetas y estrellas y alimentar su curiosidad sobre lo que hay más allá de nuestro planeta.

💡Físico

Un 'físico' es alguien que estudia la física, la ciencia que trata de comprender y explicar la naturaleza y el comportamiento de la materia y la energía. En la narración, el narrador menciona que decidió estudiar física para poder convertirse en astrónomo en México.

💡Astrofísico

Un 'astrofísico' es un físico que se especializa en el estudio de las estrellas, el universo y la materia interestelar. Aunque el narrador no se convirtió en astrónomo, terminó siendo una especie de astrófísico, lo que indica que trabaja en el límite entre la astronomía y la física.

💡Teoría de la Relatividad

La 'Teoría de la Relatividad' es una teoría científica desarrollada por Albert Einstein que describe la relación entre la energía, la masa y el movimiento a diferentes velocidades. En el video, se menciona que la Teoría de la Relatividad impide que las cosas viajen más rápido que la luz, lo cual es crucial para entender las limitaciones de la velocidad en el universo.

💡Velocidad de la Luz

La 'Velocidad de la Luz' es la velocidad a la que viaja la luz en el vacío, aproximadamente 299,792 kilómetros por segundo. El video destaca que la velocidad de la luz es el límite máximo de velocidad en el universo según la Teoría de la Relatividad de Einstein.

💡Vía Láctea

La 'Vía Láctea' es nuestra galaxia, un sistema de estrellas, gas y polvo interestelar que incluye a nuestro sistema solar. En el video, se menciona que el centro de la Vía Láctea está a 30,000 años luz de distancia, lo que demuestra la escala del universo.

💡Einstein-Rosen Puente

El 'Einstein-Rosen Puente', también conocido como 'agujero de gusano', es una hipotética conexión a través del espacio-tiempo que permite viajar más rápido que la luz. Aunque no es posible según la física actual, la existencia de estos puente es permitida por la Teoría General de la Relatividad de Einstein.

💡Warp Drive

El 'Warp Drive' es una hipotética forma de propulsión que permite distorsionar el espacio-tiempo y viajar más rápido que la luz sin moverse físicamente. Aunque es una idea interesante, requiere energías negativas, que no han sido observadas en la naturaleza.

💡Energía Negativa

La 'Energía Negativa' es una forma de energía que se opone a la energía positiva y que, según la física cuántica, podría existir. En el video, se menciona que la creación de agujeros de gusano y el Warp Drive requieren energía negativa, la cual no ha sido observada y cuya existencia es un misterio.

Highlights

La fascinación por las estrellas desde la infancia y cómo esto llevó al interés en la astronomía.

La importancia de la física para ser astrónomo en México y cómo el entrevistado decidió estudiar física.

El descubrimiento de Einstein de que la velocidad de la luz es la más rápida en el universo y sus implicaciones.

La velocidad de la luz y cómo su gran velocidad permite comunicaciones instantáneas a larga distancia.

La inalcanzabilidad de la velocidad de la luz y los desafíos para viajar a las estrellas.

La distancia a la luz del Sol y cómo esto afecta nuestra percepción del tiempo.

La distancia a Alfa Centauri y cómo la luz tarda cuatro años en llegar desde allí.

La escala del universo y cómo la luz tarda 30,000 años en llegar desde el centro de la Vía Láctea.

La teoría de la relatividad de Einstein y cómo cambia nuestra comprensión del espacio y el tiempo.

La idea de que el espacio y el tiempo son relativos y las implicaciones para la simultaneidad.

La importancia de la velocidad de la luz para mantener la causalidad en la física.

La segunda teoría de la relatividad de Einstein, conocida como la relatividad general y su enfoque en la gravedad.

La importancia del Principio de Equivalencia en la teoría de la gravedad de Einstein.

La idea de que la gravedad es una deformación del espacio y cómo esto se relaciona con la posibilidad de viajar más rápido que la luz.

La existencia de un puente de Einstein-Rosen o agujero de gusano, una posibilidad teórica para viajar más rápido que la luz.

La idea de la propulsión por distorsión o warp drive, otra forma de viajar más rápido que la luz.

Los desafíos de encontrar energía negativa o masa negativa para hacer posibles los agujeros de gusano y la propulsión por distorsión.

La invitación final al público a mirar las estrellas y reflexionar sobre lo que hay más allá.

Transcripts

Translator: Ilse S. Úziel Reviewer: Sebastian Betti

I want to ask you something:

When was the last time you watched the stars?

I know most people forget they exist

specially in this polluted city

which is sometimes foggy,

we never see them.

But since I was a kid, maybe not that young,

maybe 12 or 13 years,

I've been captivated by stars and would watch them whenever possible.

My dad gave me a small telescope

by the time I was 14 and I spent hours

watching planets and stars

and always wondering:

What is out there?

Is there someone watching me back

with a telescope, wondering what is out here?

This allure went on for years

and at some point I decided to be an astronomer.

In Mexico, in order to be an astronomer you need to be a physicist.

So I studied physics.

I never got to be an astronomer, now I'm something in between,

half an astrophysicist, half a physicist

but this idea of stars

and the possibility of reaching them

remained with me.

When I started my major in physics

I realized something many of you

have heard of, even if you are not totally clear about it:

that more than 100 years ago, in 1905,

this guy named Albert Einstein,

discovered that light speed

is the fastest in the universe.

That might not say you a lot

because light speed is huge.

Light moves up to 186,000 mi/s

so high a speed that we can phone call

someone in India or Japan

with no problem at all.

Even astronauts who went to the moon 40 years ago

were interviewed and the President could talk to them

with no evident delay

even though the astronauts were in the moon,

thing is that light speed is huge

and the universe gigantic.

We cannot travel faster than light speed

and that is a severe problem

to reach for the stars.

Sun is 8 light-minutes away,

that is, it takes 8 minutes for light

to get here from the Sun, from the Sun to us.

If the Sun exploded right now,

nobody would notice up until eight minutes later.

The closest star after the Sun

is Alfa Centauri,

it takes four years for light to travel

and it's right besides the Sun.

We live in a galaxy

that is a star spiral called Milky Way.

The center of our galaxy was 30,000 light years away,

it takes 30,000 light years for light to travel

from the center of the galaxy to us,

and two million years

in traveling from Andromeda galaxy

that is one of our neighbor galaxies.

The universe is huge, vast,

if we ever want to reach the stars

the light limit is very serious,

a very serious problem, but why?

Why we cannot travel faster than light?

And it's not because Einstein said so,

that is no how science works.

In science there is no authority principle;

it's not because some famous guy says so.

There are reasons, theoretical reasons,

observational reasons,

experiments show it,

it is a verified fact,

but why?

Basically, the answer is that theory of relativity prevents it,

so I will tell you a bit,

a very quick course:

Relativity in a couple of minutes.

Don't be afraid, I'll give a general overview,

normally it takes six months to teach this

to sixth and seventh graders of physics major.

So right now I will explain it

in two minutes and for non-physicists.

So, don't worry.

Relativity is an old concept

though it wasn't called like that.

The concept can be traced back from Galileo Galilei

around 1620, in the 17th century.

Galileo was the first one to realize something interesting,

when it comes to movement, when I move,

my movement is always relative to something else.

Movement is said to be relative,

here on the stage, my movement is relative to the floor.

The measurement of your car speed is relative to the street,

actually planes speed measurement

is made relative to the air, not the floor.

You might have noticed this while watching a movie.

A plane speed measurement is relative to the air,

and the Earth spins around the Sun, etc.

If you were somewhere in space

in the middle of nowhere it would be useless

to ask if you are moving or not

because there is no reference to compare your position,

so movement is relative, speeds are relative,

because they are always measured in relation to something else.

This was discovered by Galileo 400 years ago.

That was an interesting fact

for all physic studies made after Galileo.

Newton and all great advances of the 18th and 19th centuries

agreed with Galileo.

Speed is relative, that's fine,

speeds aren't absolute.

But by the end of 19th century something strange happened,

many physicists studying light

discovered that light is quite weird,

light speed is indeed absolute

and though Galileo stated that speeds were relative,

that's not the case of light, it's always the same number

no matter who measures it,

or how fast is going whoever is measuring,

no matter how fast the lightbulb sending out the light is moving.

The measurement always yields the same number

and this was a problem.

This might not seem interesting to you

but physicists of the 19th century were going crazy.

Problem was: either Galileo was wrong

and speeds were indeed absolute,

which was apparently nonsense;

or those who were measuring light speed

were wrong and didn't know how to measure.

But nobody was wrong

which was even worst.

Decades went by,

until in 1905 this guy appeared,

a man called Albert Einstein,

who devoted his life to bringing together

Galileo's idea that speeds were relative

and the apparently real fact

shown by the experiments, that there was an absolute speed,

light speed.

Long story short,

because math is complicated,

part of Einstein genius

was realizing there was a solution.

There was a logical solution to the problem

and that logical solution derived in what we now know

as Einstein's theory of relativity.

It's a very interesting theory that changes

what we understand by space and time,

for instance, nobody tells us that space is relative

distances, object lengths

depend on their movement; if an object moves fast, they shrink.

Time is also relative,

any watch ticking relative to my movement, would delay

this we have measured many times,

even worst: simultaneity is relative;

when I say two things happen exactly at once,

someone moving in relation to me would disagree.

One of us sees something first and worst:

we might be moving on opposed directions

and watch things backwards:

first this one, then that one.

So the conclusion is that sometimes,

the order in time of different things

is not absolute, the order of time can change,

one thing before, other thing after

but this brings up another huge problem,

if time order is not well defined, what about causality?

If something causes something else

that something should had happened first,

but if we disagree on what happened first,

where does that leaves causality?

Another crisis.

Part of what Einstein did

was realizing that there was solution,

a solution to protect causality

was thinking that light speed is not absolute,

but the maximum speed of universe.

If nothing can travel faster than light we protect causality.

If something could travel faster than light

then we could travel to the past,

we would be able to see the effect before the cause,

which is not the proper way.

So light speed is the maximum speed

and that is to protect causality.

So far as of the beginning of the 20th century,

light speed was the fastest

and if that was all left to say, my talk would be done

and off we go.

But, fortunately that's not the case.

In 1916, Einstein developed a second theory,

also called relativity and that's why people get confused

this one is called general relativity,

and it's a theory about gravity.

Einstein tried to understand gravity,

which we already understood a bit since Newton;

but he noticed some problems,

gravity was thought of by Newton as instantaneous,

if someone moved the Sun, Earth would immediately react,

this would go against the fact that nothing can travel faster than light,

so Einstein began to develop a new gravity theory,

it took him 10 years,

an amazing achievement for someone as smart of Einstein,

was based on a beautiful thing:

the Equivalence Principle, also discovered by Galileo:

all objects fall at the same speed

if two things were dropped at once, they would fall at the same time,

a bowling ball or a ping pong ball would fall just the same,

the heavier one does not fall faster, in case you were wondering.

That means, from another point of view,

that the trajectory of an object when there is gravity,

does not depend on the object.

All objects follow the same trajectory

curved trajectories, you've seen that,

I throw objects and they move in parables and ellipses

but if those trajectories are curve and nondependent of the object

then trajectory is a property of space, but they are curve,

then space must be curve.

Einstein concluded

that gravity is a space deformation.

An interesting and beautiful thing,

and what is beautiful about it is that I can cheat,

I can use space deformation

to cheat on Einstein himself,

so I use Einstein to cheat on Einstein.

I can imagine ways to distort space

to work around the statement "nothing can go faster than light"

and, technically, I could reach a faraway star

and then come back in time for dinner.

I will share with you two possibilities,

that are allowed on Einstein theory,

one is beautiful

and its technical name is Einstein-Rosen bridge,

sounds technical because Einstein

and another scientist called Rosen

had this idea in 1935.

But in literature and on sci-fi movies

it is called a Wormhole.

If you like science fiction then you might have seen it recently,

in the movie Interstellar.

On the movie, they travel through a wormhole.

A wormhole is like a tunnel,

I enter here and I end up in Alpha Centauri,

but traveling a shorter distance,

like a shortcut in space.

These structures --

here is a beautiful diagram of a wormhole in two dimensions --

are allowed by the Einstein's theory,

because this theory allows these tunnels,

one thing is that the theory allows it

and another is having an idea of how to do that.

Nobody knows how to make a wormhole,

but at least theory allows it.

Another idea, and I'll let you think about it,

another idea is that it is not necessary to make holes in space,

an idea that thought by some guy not so long ago,

in 1994, this guy on the picture,

and the idea is different; instead of making holes in space

let's use another property of space.

Space can bended, twisted and expanded,

maybe you heard about how universe expands,

galaxies move away from one another

not because they are drifting away from a center

where an explosion occurred, no.

The way we understand it in physics is that galaxies are still,

and what is growing bigger is space; space is expanding.

So I can use this idea in a small scale.

Imagine I'm standing here and somehow

I can expand the space behind me.

I would start to drift away from that wall,

and if at the same time I shrink the space in front of me

I would become closer to the wall in front of me.

If I combine the expansion and contraction,

I could move from here to that wall without moving,

because the space made all the moving.

This is called warp drive or drive through distortion

and it's another way to travel faster than light,

actually you could travel as fast as you wish.

These are two ideas on how we could travel faster than light.

But there is a price to pay.

Such is life, whenever you find something cool

it's too expensive.

We have a similar case here:

from those two ideas,

both worm holes and warp propulsion

require, whenever we do the math of something

called negative energy, which might not be crystal clear for you,

but remember what Einstein said:

"mass and energy are equivalent", the same thing.

Remember nuclear reactors and atomic bombs,

mass and energy are the same.

So negative energy equals negative mass,

and I'd never went to buy minus 9 pounds of tortilla.

There are no negative masses,

without negative masses there are no negative energies

and without negative energies none of this is possible,

No holes in space-time,

no warp propulsion,

and that's a problem.

Negative energy is not forbidden,

physics laws don't forbid it,

but we've never seen it.

It's one of those things that simply do not exist.

So, with this initial question:

Can we travel faster than light?

will we someday travel the stars and get back in time for dinner?

In 1905 Einstein told us it was not possible,

that light speed was a limit,

but sometimes, using Einstein's other theory,

general relativity, we can cheat and bend the space,

expand it, compress it, make holes on it,

and travel faster than light,

however, the price of it

is finding energies or negative masses,

though they might not exist.

So we are a bit stuck,

but such is science and that's part of my message,

science moves forward by making questions,

and sometimes we find answers,

sometimes we find answers we don't like,

that aren't what we wanted, but universe is not how we want it.

It is what it is and we sometimes find out

that we don't have enough information,

to answer the question,

and that is our current situation.

Currently, we do not have all the information.

Luckily, in 20, 30 or 100 years someone will come

and find the answer and tell us for once

if we can reach the stars faster than light speed.

Before I go I will ask you to do something,

tonight, if clouds allow it, please go out

and take a look of the stars

and think, what is out there?

Thank you so much.

(Applause)