La física de las civilizaciones extraterrestres

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unque cualquier conjetura sobre tales civilizaciones avanzadas es solo una especulación vacía, uno puede usar las leyes de la física para establecer unos límites superiores e inferiores de estas civilizaciones. En particular, ahora que las leyes en el campo de la teoría cuántica, relatividad general, termodinámica, etc., están bastante bien establecidas, la física puede imponer unos amplios límites físicos los cuales restringen los parámetros de estas civilizaciones, según publica Astroseti.

Esta pregunta no va más allá de una frívola especulación. Dentro de poco, la humanidad puede sufrir un shock existencial cuando la actual lista de una docena de planetas extrasolares del tamaño de Júpiter crezca a cientos de planetas del tamaño de la Tierra, gemelos casi idénticos de nuestro hogar celeste. Esto nos puede llevar a una nueva era en nuestra relación con el Universo: nunca más veremos el cielo nocturno de la misma forma otra vez, dándonos cuenta que los científicos podrían finalmente recopilar una enciclopedia identificando las coordenadas precisas de quizá cientos de planetas similares a la Tierra.

Hoy día, cada pocas semanas traemos noticias de que se ha descubierto un nuevo planeta extrasolar del tamaño de Júpiter, el último encontrado está a unos 15 años luz de distancia orbitando la estrella Gliese 876. El más espectacular de estos descubrimientos fue fotografiado por el Telescopio Espacial Hubble, el cual tomó unas sobrecogedoras imágenes de una planeta a 450 años luz de distancia siendo disparado al espacio por un sistema estelar doble.

Pero lo mejor está por llegar. A principios de la próxima década, los científicos enviarán una nueva clase de telescopio, el telescopio espacial de interferometría, el cual usa la interferencia de los rayos de luz para amplificar el poder de resolución de los telescopios.

Por ejemplo, la Misión de Interferometría Espacial ( Space Interferometry Mission o SIM ), que será lanzada a principios de la próxima década, consta de múltiples telescopios situados a lo largo de una estructura de 10 metros. Con una resolución sin precedentes aproximándose al límite físico de la óptica, el SIM es tan sensible que casi desafía la imaginación: orbitando la Tierra, ¡puede detectar el movimiento de una linterna agitada por un astronauta en Marte!

El SIM, además, allanará el camino para el Buscador de Planetas Terrestres (Terrestrial Planet Finder), que será lanzado a finales de la próxima década, y que debería identificar aún más planetas similares a la Tierra. Este podrá analizar las 1 000 estrellas más brillantes en un radio de 50 años luz desde la Tierra y se centrará en los 50 a 100 sistemas planetarios más brillantes.

Todo esto, además, estimulará un esfuerzo activo en determinar si alguno de ellos puede albergar vida, tal vez algunos con civilizaciones más avanzadas que la nuestra.

Aunque es imposible predecir las características exactas de tales civilizaciones avanzadas, podemos analizar sus límites usando las leyes de la física. No importa cuantos millones de años nos separen de ellos, ellos deben obedecer también las leyes de hierro de la física, las cuales están ya lo bastante avanzadas como para explicar todo, desde las partículas subatómicas hasta la estructura a enorme escala del Universo, a través de 43 órdenes de magnitud escalonados.

La Física de las civilizaciones de Tipo I, II, y III

En concreto, podemos clasificar las civilizaciones por su consumo de energía, usando los siguientes principios:

1) Las leyes de la termodinámica. Incluso una civilización avanzada está limitada por las leyes de la termodinámica, especialmente por la Segunda Ley, y puede por lo tanto ser clasificada por la energía de que dispone.

2) Las leyes de la materia estable. La materia bariónica (por ejemplo basada en protones y neutrones) tiende a reunirse en tres grandes agrupaciones: planetas, estrellas y galaxias. (Esto está bien definido por producto de la evolución galáctica y estelar, fusión termonuclear, etc.) De esta forma, su energía estará basada también en tres tipos distintos, y esto marca el límite superior de su tasa de consumo de energía.

3) Las leyes de la evolución planetaria. Cualquier civilización avanzada debe incrementar su consumo de energía más rápidamente que la frecuencia de catástrofes que amenacen la vida (por ejemplo impactos de meteoritos, glaciaciones, supernovas, etc.). Si crecen más lentamente, están condenados a la extinción. Esto marca el límite inferior para la tasa de crecimiento de estas civilizaciones.

En un artículo original publicado en 1964 en el Journal of Soviet Astronomy, el astrofísico ruso Nicolai Kardashev teorizó que las civilizaciones avanzadas deben estar agrupadas de acuerdo a tres tipos: Tipo I, II, y III, las cuales han llegado a dominar las formas de energía planetaria, estelar y galáctica, respectivamente. Kardashev calculó que el consumo de energía de estos tres tipos de civilización estarían separados por un factor de muchos miles de millones. ¿Pero qué tiempo llevará alcanzar la situación de Tipo II y III?.

Antes de lo que pensamos

El astrónomo de Berkeley Don Goldsmith nos recuerda que la Tierra recibe alrededor de una mil millonésima de la energía del Sol, y que los humanos utilizan solo una millonésima de esta. De modo que consumimos alrededor de una mil billonésima parte de la energía total del Sol. En la actualidad, la producción energética total de nuestro planeta es aproximadamente de 10 trillones de ergios por segundo. Pero nuestro crecimiento energético aumenta de forma exponencial, y por lo tanto podemos calcular cuánto nos llevaría alcanzar la situación de Tipo II o III.

Goldsmith dice, "Mira lo lejos que hemos llegado en el uso de la energía una vez que hemos comprendido cómo manipularla, cómo obtener combustibles fósiles, y cómo crear energía eléctrica a partir de la fuerza del agua, y así sucesivamente; hemos aumentado nuestro uso de energía en una cantidad extraordinaria en solo un par de siglos comparado con los miles de millones de años de existencia de nuestro planeta... y de la misma forma podría esto aplicarse a otras civilizaciones".

El físico Freeman Dyson del Instituto para Estudios Avanzados estima que, en un plazo no mayor de 200 años, deberíamos alcanzar la situación de Tipo I. De hecho, creciendo a una modesta tasa de un 1% por año, Kardashev estimó que solo nos llevaría 3 200 años alcanzar la situación de Tipo II, y 5 800 años la situación de Tipo III.

Vivir en una civilización de Tipo I, II, o III

Por ejemplo, una civilización de Tipo I es plenmente planetaria, ha dominado la mayoría de formas de energía de su planeta. Su producción de energía puede estar en orden de miles de millones de veces la producción actual de nuestro planeta. Mark Twain dijo una vez, "Todo el mundo se queja del clima, pero nadie hace nada para cambiarlo". Esto podría cambiar con una civilización de Tipo I, la cual tenga suficiente energía para modificar el clima. También tendrían suficiente energía para alterar el rumbo de terremotos, volcanes, y construir ciudades en los océanos.

Actualmente, nuestra producción de energía nos califica para el estado de Tipo 0. Derivamos nuestra energía no del aprovechamiento de fuerzas globales sino de la combustión de plantas muertas (por ejemplo petróleo y carbón). Pero ya podemos ver las semillas de una civilización de Tipo I. Vemos el comienzo de un lenguaje planetario (Inglés), un sistema de comunicación planetario (Internet), una economía planetaria (la forja de la Unión Europea), e incluso los comienzos de una cultura planetaria (medios de comunicación, TV, música rock, y películas de Hollywood).

Por definición, una civilización avanzada debe crecer más rápido que la frecuencia de catástrofes que amenacen la vida. El impacto de un gran meteorito o cometa tiene lugar una vez cada pocos miles de años, una civilización de Tipo I debe dominar el viaje espacial para desviar los escombros en un marco de tiempo que no suponga un problema. Las glaciaciones tienen lugar en una escala temporal de decenas de miles de años, por lo que una civilización de Tipo I debe aprender a modificar el clima dentro de este marco temporal.

Las catástrofes artificiales e internas deben ser también tenidas en cuenta. Pero el problema de la contaminación global es solo una amenaza mortal para una civilización de Tipo 0; una civilización de Tipo I que ha vivido durante varios milenios como civilización planetaria, necesariamente lleva a cabo un balance planetario a nivel ecológico. Los problemas internos suponen una amenaza seria recurrente, pero tienen miles de años en los que resolver conflictos raciales, nacionales y sectarios.

Finalmente, tras varios miles de años, una civilización de Tipo I agotará la energía de un planeta, y derivará su energía del consumo de la completa producción de energía de sus soles, o aproximadamente mil billones de trillones de ergios por segundo.

Con su producción de energía similar a la de una pequeña estrella, deberían ser visibles desde el espacio. Dyson ha propuesto que una civilización de Tipo II podría incluso construir una gigantesca esfera alrededor de su estrella para usar de forma más eficiente la producción de energía total. Incluso si tratasen de ocultar su existencia deben, por la Segunda Ley de la Termodinámica, emitir residuos de calor. Desde el espacio exterior, su planeta brillaría como el adorno de un árbol de Navidad. Dyson incluso ha propuesto buscar específicamente emisiones de infrarrojo (más que las de radio y TV) para identificar estas civilizaciones de Tipo II.

Quizá la única amenaza seria para una civilización de Tipo II sería la explosión cercana de una supernova, cuya súbita erupción podría chamuscar su planeta con un fulminante chorro de Rayos-X, matando todas las formas de vida. De esta forma, quizás la civilización más interesante es la de Tipo III, por ser verdaderamente inmortal. Han agotado la energía de una estrella individual, y han alcanzado otros sistemas estelares. Ninguna catástrofe natural conocida por la ciencia es capaz de destruir una civilización de Tipo III.

Enfrentados a una supernova vecina, tendrían distintas alternativas, tales como alterar la evolución de la gigante roja moribunda que está cerca de explotar, o abandonar ese sistema estelar y terraformar un sistema planetario cercano.

Sin embargo, hay límites para una civilización emergente de Tipo III. Finalmente, se chocaría con otra de las leyes de hierro de la física, la teoría de la relatividad. Dyson estima que esto podría retrasar la transición a una civilización de Tipo III quizá millones de años.

Pero incluso con la barrera de la luz, hay un número de caminos para expandirse a velocidades cercanas a la luz. Por ejemplo, la última medida de la capacidad de los cohetes se toma mediante algo llamado "impulso específico" (definido como el producto del empuje y la duración, medidos en unidades de segundos). Los cohetes químicos pueden alcanzar impulsos específicos de varios cientos a miles de segundos. Los motores iónicos pueden obtener impulsos específicos de decenas de miles de segundos. Pero para obtener velocidades cercanas a las de la luz, se debe alcanzar un impulso específico de aproximadamente 30 millones de segundos, lo cual está muy alejado de nuestra capacidad actual, pero no para una civilización de Tipo III. Una variedad de sistemas de propulsión podría estar disponible para sondas de velocidad sub-luz (tales como motores de fusión ram-jet, motores fotónicos, etc.)

Cómo explorar la Galaxia

Debido a que la distancia entre estrellas es tan enorme, y el número de sistemas solares no aptos para la vida tan grande, una civilización de Tipo III se encontraría con el siguiente dilema: ¿Cuál es la forma más eficiente de forma matemática para explorar los cientos de miles de millones de estrellas de la galaxia?

En la ciencia-ficción, la búsqueda de mundos habitables ha sido inmortalizada en televisión por heroicos capitanes que comandan valientemente una solitaria nave estelar, o como los asesinos Borg, una civilización de Tipo III que absorbe a una menor civilización de Tipo II (como la Federación). Sin embargo, el método matemáticamente más eficiente para explorar el espacio es bastante menos glamuroso: enviar flotas de "sondas Von Neumann" a través de la galaxia (llamadas así por John Von Neumann, quien estableció las leyes matemáticas de los sistemas auto-replicables).

Una sonda Von Neumann es un robot diseñado para alcanzar sistemas estelares muy lejanos y crear fábricas que reproducirán copias de ellos por millares. Una luna muerta es un destino ideal para una sonda Von Neumann, mucho más que un planeta, debido a que se puede aterrizar y despegar fácilmente en estas lunas, y también debido a que estas lunas no tienen erosión. Estas sondas vivirían de la tierra, usando los depósitos naturales de hierro, níquel, etc., para crear la materia prima con lo que construir una fábrica de robots. Crearían miles de copias de sí mismos, con lo cual podrían dispersarse y seguir la búsqueda en otros sistemas estelares.

De forma similar a como un virus coloniza un cuerpo con un tamaño de varias veces el suyo, finalmente tendríamos una esfera de trillones de sondas Von Neumann expandiéndose en todas direcciones, creciendo a una fracción de la velocidad de la luz. De esta forma, incluso una galaxia de 100 000 años luz de tamaño podría ser completamente analizada en, digamos, medio millón de años.

Si una sonda Von Neumann solo encuentra evidencias de vida primitiva (tales como una inestable y salvaje civilización de Tipo 0) simplemente quedarían latentes en la luna, esperando en silencio que la civilización de Tipo 0 evolucione a una civilización estable de Tipo I. Tras esperar pacientemente durante algunos milenios, se activarían cuando la emergente civilización de Tipo I sea lo bastante avanzada como para establecer una colonia lunar. El Físico Paul Davies de la Universidad de Adelaida incluso ha propuesto la posibilidad de que una sonda Von Neumann descanse en nuestra luna, restos de una visita previa a nuestro sistema hace eones.

(Si esto le suena familiar, se debe a que es la base de la película 2001. Originalmente, Stanley Kubrick comenzó la película con una serie de científicos explicando cómo sondas como estas serían el método más eficiente de exploración del espacio exterior. Desafortunadamente, en el ultimo minuto, Kubrick cortó el segmento inicial de esta película, y estos monolitos se convirtieron en entidades místicas)

Nuevos Progresos

Desde que Kardashev dio la clasificación original de civilizaciones, ha habido muchos progresos científicos que refinan y extienden su análisis original, tales como los recientes progresos en nanotecnología, biotecnología, física cuántica, etc.

Por ejemplo, la nanotecnología puede facilitar el desarrollo de sondas Von Neumann. Como comentó el Físico Richard Feynman en su ensayo original, "Hay habitaciones más que suficientes en el fondo", no hay nada en las leyes de la Física que impida construir ejércitos de máquinas de tamaño molecular. En la actualidad, los científicos ya han fabricado curiosidades de tamaño atómico, tales como un ábaco atómico de Buckyballs (N. Del T: las Buckyballs son el primer ejemplo conocido de fullerenos, son átomos de carbono en forma de bola y que reciben su nombre de R. Buckminster Fuller) y una guitarra atómica con cuerdas de unos 100 átomos de longitud.

Paul Davies especula que una civilización espacial podría usar nanotecnología para construir sondas en miniatura para explorar la galaxia, tal vez no mayores que la palma de una mano. Davies dice, "Las minúsculas sondas de las que estoy hablando serán tan discretas que no sería sorprendente que no nos hayamos cruzado con ninguna. Esta no es la clase de cosa que te gustaría tener de excursión en tu patio. Por lo tanto si este es el camino para el progreso de la tecnología, a saber, más pequeño, más rápido y más barato y si otras civilizaciones han tomado este camino, entonces podríamos estar rodeados de dispositivos de vigilancia".

Además, el desarrollo de la biotecnología ha abierto por completo nuevas posibilidades. Estas sondas pueden actuar como formas de vida, reproduciendo su información genética, mutando y evolucionando en cada fase de la reproducción para mejorar sus habilidades, y podrían tener inteligencia artificial para acelerar su búsqueda.

La teoría de la información también modifica el análisis original de Kardashev. El proyecto SETI actual solo explora unas pocas frecuencias de emisiones de radio y TV enviadas por una civilización de Tipo 0, pero quizás no una civilización avanzada. Debido a la enorme estática encontrada en el espacio profundo, emitir en una frecuencia sólo presenta una seria fuente de error. En lugar de jugarlo todo a una carta, un sistema más eficiente es trocear el mensaje y enviarlo a través de todas las frecuencias (por ejemplo a través de una transformada de Fourier) y luego reensamblar la señal en el otro extremo. De esta forma, incluso si se interrumpen ciertas frecuencias por la estática, sobrevivirá suficiente cantidad del mensaje como para reensamblarlo de forma precisa a través de rutinas de corrección de errores. Sin embargo, cualquier civilización de Tipo 0 que escuche el mensaje en una solo banda de frecuencias sólo escucharía un sinsentido. En otras palabras, nuestra galaxia podría estar rebosando mensajes de varias civilizaciones de Tipos II y III, pero nuestros radiotelescopios de Tipo 0 sólo escucharían un galimatías.

Finalmente, tenemos la posibilidad de que una civilización de Tipo II o III pudiese ser capaz de alcanzar la fabulosa energía de Planck con sus máquinas (1019 mil millones de electrón voltios). Esta energía es mil billones de veces mayor que nuestro acelerador de partículas más potente. Esta energía, tan fantástica como parece, está (por definición) en la tasa de una civilización de Tipo II o III.

La energía de Planck solo tiene lugar en el centro de los agujeros negros y en el instante del Big Bang. Pero con los recientes avances en la gravedad cuántica y la teoría de supercuerdas, existe un renovado interés entre los científicos por estas energías tan inmensas que separan los efectos cuánticos del tejido del espacio y el tiempo. Aunque esto ciertamente no significa que la física cuántica permita agujeros de gusano estables, eleva la remota posibilidad de que una civilización suficientemente avanzada pueda ser capaz de moverse a través de agujeros en el espacio, como Alicia a Través del Espejo. Y si estas civilizaciones pueden navegar con éxito a través de agujeros de gusano estables, entonces obtener un impulso específico de un millón de segundos ya no supone un problema. Simplemente tomarían un atajo a través de la galaxia. Esto podría acortar enormemente la transición entre una civilización de Tipo II y III.

En segundo lugar, la capacidad de crear agujeros en el espacio y el tiempo puede volverse accesible algún día. Los astrónomos, analizando la luz de supernovas distantes, recientemente han concluido que el Universo puede estar acelerando, en lugar de decelerando. Si esto es cierto, puede existir una fuerza de anti-gravedad (quizá la constante cosmológica de Einstein) la cual contrarreste la atracción gravitacional de las galaxias distantes. Pero esto también significa que el Universo podría expandirse para siempre en un Big Chill (N del T: Gran Enfriamiento), hasta temperaturas cercanas al cero absoluto. Algunos artículos han diseñado cómo sería este lúgubre Universo. Será una visión lamentable: cualquier civilización que sobreviva se encontrará agrupada desesperadamente cerca de las moribundas brasas de marchitas estrellas de neutrones y agujeros negros. Toda la vida inteligente del Universo debe morir cuando el Universo muera.

Considerando la muerte del Sol, el filósofo Bertrand Russel escribió en una ocasión el que tal vez sea el párrafo más deprimente de la lengua inglesa: "...todo el trabajo de las edades, toda la devoción, toda la inspiración, todos los brillantes destellos del genio humano, están destinados a la extinción en la gigantesca muerte del Sistema Solar, y todo el templo de los éxitos de los Hombres deben inevitablemente ser sepultados bajo los escombros de un Universo en ruinas...".

Hoy día, nos damos cuenta que unos cohetes lo bastante potentes pueden separarnos de la muerte del Sol de aquí a 5 mil millones de años, cuando los océanos hiervan y las montañas se derritan. Pero, ¿Cómo escaparemos de la muerte del Universo mismo?.

El astrónomo John Barrows de la Universidad de Sussex escribió, "Supón que extendemos la clasificación hacia arriba. Los miembros de estas hipotéticas civilizaciones de Tipo IV, V, VI, ... y en adelante, podrían ser capaces de manipular las estructuras del Universo en cada vez mayores escalas, rodeando grupos de galaxias, racimos, y súper-racimos de galaxias". Las civilizaciones más allá del Tipo III pueden tener la suficiente energía para escapar de nuestro Universo moribundo a través de agujeros en el espacio.

Por último, el Físico Alan Guth del MIT, uno de los precursores de la teoría del Universo inflacionario, incluso ha calculado la energía necesaria para crear un "Universo bebé" en el laboratorio (la temperatura es de 1 000 billones de grados, lo cual está dentro de la tasa de estas hipotéticas civilizaciones).

Desde luego, hasta que alguien no contacte realmente con una civilización avanzada, todo esta especulación suavizada con las Leyes de la Física, no es más que una guía útil en nuestra búsqueda de inteligencia extraterrestre. Pero algún día, muchos de nosotros miraremos fijamente una enciclopedia que contenga las coordenadas de quizás cientos de planetas similares a la Tierra en nuestro sector de la galaxia. Entonces nos preguntaremos, como hizo Sagan, cómo sería una civilización un millón de años más avanzada...