La antigravedad (también conocida como campo no gravitacional ) es un fenómeno hipotético de creación de un lugar u objeto que está libre de la fuerza de la gravedad . No se refiere ni a la falta de peso bajo la gravedad que se experimenta en caída libre u órbita , ni al equilibrio de la fuerza de la gravedad con alguna otra fuerza, como el electromagnetismo y la sustentación aerodinámica . La antigravedad es un concepto recurrente en la ciencia ficción. Algunos ejemplos son la sustancia bloqueadora de la gravedad "Cavorita" en Los primeros hombres en la luna de HG Wells y las máquinas Spindizzy en Ciudades en vuelo de James Blish .
"Antigravedad" se utiliza a menudo para referirse a dispositivos que parecen invertir la gravedad aunque funcionan por otros medios, como los elevadores , que vuelan en el aire moviendo el aire con campos electromagnéticos . [1] [2]
La posibilidad de crear antigravedad depende de una comprensión y descripción completas de la gravedad y sus interacciones con otras teorías físicas, como la relatividad general y la mecánica cuántica ; Hasta el año en curso, los físicos aún tienen que descubrir una teoría cuántica de la gravedad.
Durante el verano de 1666, Isaac Newton observó una manzana que caía del árbol de su jardín, realizando así el principio de gravitación universal . [3] Albert Einstein en 1915 consideró la interacción física entre la materia y el espacio, donde la gravedad se produce como consecuencia de que la materia provoca una deformación geométrica del espacio que de otro modo sería plano. [4] [5] [6] Einstein, tanto de forma independiente como con Walther Mayer , intentó unificar su teoría de la gravedad con el electromagnetismo utilizando el trabajo de Theodor Kaluza [7] y James Clerk Maxwell para vincular la gravedad y la teoría cuántica de campos . [8]
Los físicos cuánticos teóricos han postulado la existencia de una partícula de gravedad cuántica, el gravitón . Se han creado varias explicaciones teóricas de la gravedad cuántica , incluida la teoría de supercuerdas , la gravedad cuántica de bucles , la teoría E8 y la teoría de seguridad asintótica, entre muchas otras.
En la ley de gravitación universal de Newton , la gravedad era una fuerza externa transmitida por medios desconocidos. En el siglo XX, el modelo de Newton fue reemplazado por la relatividad general donde la gravedad no es una fuerza sino el resultado de la geometría del espacio-tiempo. Según la relatividad general, la antigravedad es imposible excepto en circunstancias artificiales. [9] [10] [11]
En 1948, el empresario Roger Babson (fundador de Babson College ) formó la Gravity Research Foundation para estudiar formas de reducir los efectos de la gravedad. [12] Sus esfuerzos fueron inicialmente algo " malhumorados ", pero celebraron conferencias ocasionales que atrajeron a personas como Clarence Birdseye , conocido por sus productos congelados, y el pionero de los helicópteros Igor Sikorsky . [ cita necesaria ] Con el tiempo, la Fundación desvió su atención de tratar de controlar la gravedad para simplemente comprenderla mejor. La Fundación casi desapareció después de la muerte de Babson en 1967. Sin embargo, continúa ofreciendo un premio de ensayo, que ofrece premios de hasta 4.000 dólares. A partir de 2017, todavía lo administra desde Wellesley, Massachusetts , George Rideout Jr., hijo del director original de la fundación. [13] Los ganadores incluyen al astrofísico de California George F. Smoot (1993), quien luego ganó el Premio Nobel de Física en 2006 , y Gerard 't Hooft (2015), quien anteriormente ganó el Premio Nobel de Física en 1999. [14]
La relatividad general se introdujo en la década de 1910, pero el desarrollo de la teoría se vio muy frenado por la falta de herramientas matemáticas adecuadas. [ se necesita aclaración ] Parecía que la antigravedad estaba prohibida según la relatividad general.
Se afirma que la Fuerza Aérea de los EE. UU. también llevó a cabo un esfuerzo de estudio durante los años cincuenta y sesenta. [15] El ex teniente coronel Ansel Talbert escribió dos series de artículos periodísticos afirmando que la mayoría de las principales empresas de aviación habían iniciado investigaciones sobre propulsión por control de gravedad en la década de 1950. Sin embargo, hay poca confirmación externa de estas historias, y dado que tienen lugar en medio de la era de la política por comunicados de prensa , no está claro cuánto peso se les debe dar a estas historias.
Se sabe que se estaban realizando serios esfuerzos en la Compañía Glenn L. Martin , que formó el Instituto de Investigación para Estudios Avanzados. [16] [17] Los principales periódicos anunciaron el contrato que se había celebrado entre el físico teórico Burkhard Heim y la Glenn L. Martin Company. Otro esfuerzo del sector privado para dominar la comprensión de la gravitación fue la creación del Instituto de Física de Campo de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill en 1956, por parte del fideicomisario de la Gravity Research Foundation, Agnew H. Bahnson.
El apoyo militar a los proyectos antigravedad terminó con la Enmienda Mansfield de 1973, que restringió el gasto del Departamento de Defensa únicamente a las áreas de investigación científica con aplicaciones militares explícitas. La Enmienda Mansfield se aprobó específicamente para poner fin a proyectos de larga duración que tenían poco que mostrar a cambio de sus esfuerzos.
Según la relatividad general, la gravedad es el resultado de seguir la geometría espacial (cambio en la forma normal del espacio) causada por la masa-energía local. Esta teoría sostiene que es la forma alterada del espacio, deformado por objetos masivos, lo que causa la gravedad, que en realidad es una propiedad del espacio deformado en lugar de ser una fuerza verdadera. Aunque las ecuaciones normalmente no pueden producir una "geometría negativa", es posible hacerlo utilizando " masa negativa ". Las mismas ecuaciones no descartan, por sí mismas, la existencia de masa negativa.
Tanto la relatividad general como la gravedad newtoniana parecen predecir que la masa negativa produciría un campo gravitacional repulsivo. En particular, Sir Hermann Bondi propuso en 1957 que la masa gravitacional negativa, combinada con la masa inercial negativa, cumpliría con el principio de equivalencia fuerte de la teoría de la relatividad general y las leyes newtonianas de conservación del momento lineal y la energía. La prueba de Bondi arrojó soluciones libres de singularidad para las ecuaciones de la relatividad. [18] En julio de 1988, Robert L. Forward presentó un artículo en la 24ª Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE que proponía un sistema de propulsión de masa gravitacional negativa Bondi. [19]
Bondi señaló que una masa negativa caerá hacia (y no lejos de) la materia "normal", ya que aunque la fuerza gravitacional es repulsiva, la masa negativa (según la ley de Newton, F=ma) responde acelerando en el sentido opuesto a la masa. dirección de la fuerza. La masa normal, por el contrario, se desprenderá de la materia negativa. Observó que dos masas idénticas, una positiva y otra negativa, colocadas cerca una de la otra, se autoacelerarán en la dirección de la línea entre ellas, y la masa negativa perseguirá a la masa positiva. [18] Observe que debido a que la masa negativa adquiere energía cinética negativa , la energía total de las masas en aceleración permanece en cero. Forward señaló que el efecto de autoaceleración se debe a la masa inercial negativa y podría verse inducido sin las fuerzas gravitacionales entre las partículas. [19]
El modelo estándar de física de partículas, que describe todas las formas de materia conocidas actualmente, no incluye la masa negativa. Aunque la materia oscura cosmológica puede consistir en partículas fuera del modelo estándar cuya naturaleza se desconoce, su masa es aparentemente conocida, ya que fueron postuladas a partir de sus efectos gravitacionales sobre los objetos circundantes, lo que implica que su masa es positiva. La energía oscura cosmológica propuesta , por el contrario, es más complicada, ya que según la relatividad general los efectos tanto de su densidad de energía como de su presión negativa contribuyen a su efecto gravitacional.
Según la relatividad general, cualquier forma de energía se acopla con el espacio-tiempo para crear las geometrías que causan la gravedad. Una pregunta de larga data era si estas mismas ecuaciones se aplicaban o no a la antimateria . La cuestión se consideró resuelta en 1960 con el desarrollo de la simetría CPT , que demostró que la antimateria sigue las mismas leyes de la física que la materia "normal" y, por lo tanto, tiene un contenido de energía positiva y también causa (y reacciona a) la gravedad como la materia normal (ver interacción gravitacional de la antimateria ).
Durante gran parte del último cuarto del siglo XX, la comunidad física estuvo involucrada en intentos de producir una teoría de campo unificada , una teoría física única que explique las cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Los científicos han avanzado en la unificación de las tres fuerzas cuánticas , pero la gravedad sigue siendo "el problema" en todos los intentos. Sin embargo, esto no ha impedido que se realicen numerosos intentos de este tipo.
Generalmente estos intentos intentaron "cuantizar la gravedad" postulando una partícula, el gravitón , que transportaba la gravedad de la misma manera que los fotones (luz) transportan el electromagnetismo. Sin embargo, todos los intentos simples en esta dirección fracasaron, dando lugar a ejemplos más complejos que intentaron dar cuenta de estos problemas. Dos de ellos, la supersimetría y la supergravedad relacionada con la relatividad , requerían la existencia de una "quinta fuerza" extremadamente débil transportada por un gravifotón , que unía varios "cabos sueltos" en la teoría cuántica de campos, de manera organizada. Como efecto secundario, ambas teorías también requerían que la antimateria se viera afectada por esta quinta fuerza de una manera similar a la antigravedad, dictando la repulsión lejos de la masa. En la década de 1990 se llevaron a cabo varios experimentos para medir este efecto, pero ninguno arrojó resultados positivos. [20]
En 2013, el CERN buscó un efecto antigravedad en un experimento diseñado para estudiar los niveles de energía dentro del antihidrógeno. La medición de la antigravedad fue sólo un "espectáculo secundario interesante" y no fue concluyente. [21]
Durante el final del siglo XX, la NASA proporcionó fondos para el Programa innovador de física de propulsión (BPP) desde 1996 hasta 2002. Este programa estudió una serie de diseños "lejanos" para la propulsión espacial que no recibían financiación a través de los canales universitarios o comerciales normales. Se investigaron conceptos similares a la antigravedad bajo el nombre de "propulsor diametral". El trabajo del programa BPP continúa en la Fundación Tau Zero , independiente y no afiliada a la NASA . [22]
Ha habido varios intentos de construir dispositivos antigravedad y una pequeña cantidad de informes sobre efectos similares a los de la antigravedad en la literatura científica. Ninguno de los ejemplos que siguen se acepta como ejemplos reproducibles de antigravedad.
Los giroscopios producen una fuerza cuando se giran que opera "fuera del plano" y puede parecer que se elevan contra la gravedad. Aunque se entiende que esta fuerza es ilusoria, incluso bajo los modelos newtonianos, ha generado numerosas reclamaciones de dispositivos antigravedad y una gran cantidad de dispositivos patentados. Nunca se ha demostrado que ninguno de estos dispositivos funcione en condiciones controladas y, como resultado, a menudo se han convertido en objeto de teorías de conspiración .
Otro ejemplo de "dispositivo giratorio" se muestra en una serie de patentes concedidas a Henry Wallace entre 1968 y 1974. Sus dispositivos consisten en discos de latón que giran rápidamente , un material compuesto en gran parte por elementos con un espín nuclear total semientero. Afirmó que al girar rápidamente un disco de dicho material, el espín nuclear se alineaba y, como resultado, creaba un campo "gravitomagnético" de una manera similar al campo magnético creado por el efecto Barnett . [23] [24] [25] No se conocen pruebas independientes ni demostraciones públicas de estos dispositivos.
En 1989, se informó que el peso disminuye a lo largo del eje de un giroscopio que gira hacia la derecha. [26] Una prueba de esta afirmación un año después arrojó resultados nulos. [27] Se hizo una recomendación para realizar más pruebas en una conferencia AIP de 1999. [28]
En 1921, cuando todavía estaba en la escuela secundaria , Thomas Townsend Brown descubrió que un tubo Coolidge de alto voltaje parecía cambiar de masa dependiendo de su orientación en una balanza. Durante la década de 1920, Brown desarrolló esto en dispositivos que combinaban altos voltajes con materiales con constantes dieléctricas altas (esencialmente condensadores grandes ); Llamó a este dispositivo "gravitador". Brown afirmó ante los observadores y los medios de comunicación que sus experimentos mostraban efectos antigravedad. Brown continuaría su trabajo y produciría una serie de dispositivos de alto voltaje en los años siguientes en un intento de vender sus ideas a las compañías aeronáuticas y al ejército. Acuñó los nombres efecto Biefeld-Brown y electrogravítica junto con sus dispositivos. Brown probó sus dispositivos condensadores asimétricos en el vacío, supuestamente demostrando que no se trataba de un efecto electrohidrodinámico más realista generado por el flujo de iones de alto voltaje en el aire.
La electrogravítica es un tema popular en ufología , antigravedad y energía libre , entre teóricos de la conspiración del gobierno y sitios web relacionados, en libros y publicaciones que afirman que la tecnología se volvió altamente clasificada a principios de la década de 1960 y que se utiliza para alimentar ovnis y el B. -2 bombarderos . [29] También hay investigaciones y videos en Internet que supuestamente muestran dispositivos condensadores tipo elevador que funcionan en el vacío, por lo que no reciben propulsión por la deriva de iones o el viento iónico que se genera en el aire. [29] [30]
RL Talley realizó estudios de seguimiento sobre el trabajo de Brown y otras afirmaciones en un estudio de la Fuerza Aérea de EE. UU. de 1990, el científico de la NASA Jonathan Campbell en un experimento de 2003, [29] y Martin Tajmar en un artículo de 2004. [31] Han descubierto que no se puede observar ningún empuje en el vacío y que los dispositivos elevadores de iones de Brown y otros producen empuje a lo largo de su eje independientemente de la dirección de la gravedad, consistente con los efectos electrohidrodinámicos.
En 1992, el investigador ruso Eugene Podkletnov afirmó haber descubierto, mientras experimentaba con superconductores , que un superconductor que gira rápidamente reduce el efecto gravitacional. [32] Muchos estudios han intentado reproducir el experimento de Podkletnov, siempre con resultados negativos. [33] [34] [35] [36]
Douglas Torr, de la Universidad de Alabama en Huntsville, propuso cómo un campo magnético dependiente del tiempo podría causar que los espines de los iones reticulares en un superconductor generaran campos gravitomagnéticos y gravitoeléctricos detectables en una serie de artículos publicados entre 1991 y 1993. [37] [38] [39] En 1999, una señorita Li apareció en Popular Mechanics , afirmando haber construido un prototipo funcional para generar lo que ella describió como "AC Gravity". No se ha ofrecido más evidencia de este prototipo. [40] [41]
Douglas Torr y Timir Datta participaron en el desarrollo de un "generador de gravedad" en la Universidad de Carolina del Sur . [42] Según un documento filtrado de la Oficina de Transferencia de Tecnología de la Universidad de Carolina del Sur y confirmado al reportero de Wired Charles Platt en 1998, el dispositivo crearía un "haz de fuerza" en cualquier dirección deseada y que la universidad planeaba patentar. y licenciar este dispositivo. Nunca se hizo pública más información sobre este proyecto de investigación universitario o el dispositivo "Generador de gravedad". [43]
El Instituto para la Investigación de la Gravedad de la Fundación Científica Göde ha intentado reproducir muchos de los diferentes experimentos que afirman tener efectos "antigravedad". Todos los intentos de este grupo de observar un efecto antigravedad reproduciendo experimentos anteriores han fracasado hasta ahora. La fundación ofrece una recompensa de un millón de euros por un experimento antigravedad reproducible. [44]
La existencia de la antigravedad es un tema común en la fantasía y la ciencia ficción .
Apergy es una forma ficticia de energía antigravitacional descrita por primera vez por Percy Greg en su novela sobre espadas y planetas de 1880 Across the Zodiac . [45]
John Jacob Astor IV lo utilizó en su novela de ciencia ficción de 1894 Un viaje a otros mundos . [46] Jack London lo describe como "la existencia hipotética de una fuerza, lo contrario de la gravitación, que Astor ha llamado 'apergia'", en su cuento titulado "A Thousand Deaths", publicado por primera vez en The Black Cat en 1899. [47]
Apergy también se puede encontrar en un artículo de 1896, "Algunas verdades sobre Keely", [48] donde Clara Jessup Bloomfield-Moore lo usó para describir la fuerza latente que John Keely aprovechó, empleando frecuencia para liberar la fuerza latente que se encuentra dentro de toda la materia atómica. . [49]
En un artículo aparentemente no ficticio publicado en 1897 en The San Francisco Call titulado "El secreto del vuelo aéreo revelado", [50] el corresponsal científico Frank M. Close, D.Sc., visita a un hindú anónimo disfrazado de viticultor en algún lugar. en la costa del Pacífico que afirma haber inventado un hidroavión que utiliza un "apergente" (un metal raro llamado "radlum") para producir una fuerza apérgica controlada, lo que permite que la embarcación ascienda y descienda. El inventor describe la apergia como "una fuerza obtenida mezclando electricidad positiva y negativa con ultheic, el tercer elemento o estado de la energía eléctrica" y llama a la apergia una "segunda fase de la gravedad", insinuando también una tercera fase.
El cuento de SP Meek "Cold Light", que apareció en marzo de 1930 en Astounding Stories of Super-Science , [51] menciona la apergia como la fuerza opuesta a la gravedad.
En el cuento de Chris Roberson "Annus Mirabilis" del segundo volumen de Tales of the Shadowmen de 2006 , el Doctor Omega y Albert Einstein investigan la apergia. Apergy también se menciona en el cómic Aetheric Mechanics de Warren Ellis , como generado por la tecnología Cavorita de Los primeros hombres en la Luna .
En la novela de HG Wells de 1901 , Los primeros hombres en la Luna, los viajes espaciales se basan en las propiedades de bloqueo de la gravedad de la " cavorita ".
La historia de Philip Francis Nowlan de 1928 Armageddon 2419 AD describe el "inetrón", una sustancia que cae. La historia fue la base de la tira cómica y las adaptaciones de Buck Rogers .
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