En 1960, el físico teórico británico Freeman Dyson publicó un artículo de una página en la revista Science que ofrecía quizás la visión más esperanzadora jamás concebida del futuro tecnológico de la humanidad. Dyson imaginó que una civilización avanzada satisfaría sus mayores necesidades de energía construyendo una esfera alrededor de una estrella para absorber su producción de energía.
El documento se centró más en la teoría que en la ingeniería, y Dyson proporcionó escasos detalles sobre cómo sería una megaestructura de este tipo o cómo podríamos construirla. Describió su esfera solo como un caparazón habitable que rodea una estrella. Pero eso fue suficiente para cautivar e inspirar a astrofísicos, científicos y escritores de ciencia ficción. En algunas representaciones, la Esfera de Dyson, como se la conoce, aparece como un anillo masivo que rodea una estrella y llega casi hasta la Tierra. En otros, la Esfera encierra completamente al sol, una enorme megaestructura que captura cada parte de la energía de las estrellas. Además de los trabajos científicos, Dyson Spheres ha aparecido en novelas, películas y programas de televisión, incluido Star Trek como hogar de civilizaciones avanzadas.
El mismo Dyson entendió los desafíos de construir una estructura tan masiva y se mostró escéptico de que alguna vez pudiera suceder. No obstante, su Esfera ha suscitado ideas ambiciosas sobre el futuro de nuestra civilización, y continúa ofreciéndose como una solución a algunos de los dilemas más terribles de la humanidad. Aprovechar la energía total de nuestro sol o de cualquier estrella resolvería nuestra crisis energética inmediata y a largo plazo, pero cuando la civilización obtenga acceso a la producción total de energía de una estrella, satisfacer nuestras necesidades energéticas terrestres es solo el comienzo.
Con tanta energía disponible, podríamos dirigir pulsos de láser de alta potencia hacia exoplanetas que creemos que pueden contener vida, ampliando enormemente nuestras posibilidades de comunicarnos con civilizaciones distantes. Estos haces alimentados por Dyson podrían viajar más lejos en el universo de lo que es posible actualmente, penetrando en las áreas de mayor densidad del espacio, como las nubes de polvo, que desintegran las señales que enviamos ahora.
El episodio Relics de Star Trek: The Next Generation se emitió originalmente el 12 de octubre de 1992. La nave estelar Enterprise junto a una esfera Dyson. CBS/imágenes falsas
Alternativamente, podríamos usar ese poder para ayudar a llegar a los exoplanetas directamente aprovechando la energía que necesitamos para, como postulan algunos astrofísicos, manipular el continuo espacio-tiempo para acortar el viaje a través de experimentos en gravedad cuántica. Una opción intrigante se basa en la creación de los llamados agujeros negros Kugelblitz con fotones puros, que ya se han teorizado para impulsar las naves estelares interestelares del futuro. Al deformar el propio espacio-tiempo, podríamos viajar más rápido que la luz o crear agujeros de gusano que proporcionen atajos para cruzar la galaxia.
Más tentador aún, la energía casi ilimitada puesta a disposición por Dyson Spheres podría resolver algunas de las barreras más desconcertantes para la extensión de la vida. Los defensores de la criogenia reconocen que el uso generalizado y más prolongado podría crear demandas de energía que exceden con creces la que está disponible actualmente. Y en 2018, los investigadores Alexey Turchin y Maxim Chernyakov plantearon que la inteligencia artificial podría reconstruir digitalmente a personas en un mundo simulado utilizando ADN y otra información del difunto. Crear simulaciones lo suficientemente ricas como para satisfacer a una raza de casi inmortales requeriría enormes cantidades de energía, sin mencionar la eliminación de muchos obstáculos éticos y filosóficos, pero los investigadores propusieron que la tecnología Dyson podría proporcionar la potencia necesaria.
La ambiciosa visión de Dyson parece hoy más relevante que nunca. Si la tecnología continúa a lo largo de su curva de crecimiento actual, la demanda mundial de energía podría aumentar en un 50 por ciento en los próximos 30 años, según la Administración de Información de Energía de EE. UU. Las fuentes de energía eólica, solar y otras renovables ayudarán a corto plazo, pero una solución a largo plazo requerirá una ingeniería más audaz. Dysons Sphere podría ser una solución audaz, pero viene con problemas físicos y mecánicos obvios, y no está claro si estos podrían ser resueltos incluso por una civilización muchos miles de años más avanzada que la nuestra.
Como profesor del Centro de Astronomía y Astrofísica de la Universidad Técnica de Berlín, he dedicado décadas a comprender las posibilidades relacionadas con las civilizaciones extraterrestres avanzadas. He sido coautor de cinco libros sobre vida extraterrestre, y mi interés en esta ciencia me inspiró a estudiar Dyson Spheres como una posible forma de tecnología alienígena avanzada. Hace alrededor de una década, me intrigaron los tipos de grandes proyectos de ingeniería que podría emprender una civilización extraterrestre.
Representación artística de un agujero negro que deforma el espacio y el tiempo para crear un agujero de gusano. imágenes falsas
En 2010, analicé la viabilidad de construir una Esfera Dyson. Trabajando con Brooks Harrop, un antiguo alumno mío de física en la Universidad Estatal de Washington en Pullman, encontramos numerosos problemas con la concepción común de una Esfera de Dyson, el más importante de los cuales era el riesgo de colapso de las esferas. Una esfera concéntrica rígida alrededor de una estrella experimentaría una atracción gravitacional en cada punto. Ningún material conocido hoy podría resistir esa fuerza. Los ingenieros podrían contrarrestar esto con un complejo sistema de propulsión que mantiene el caparazón en su lugar a través de una fuerza que lo contrarresta, pero dada la enorme masa del caparazón, la mayoría de las concepciones imaginan que la estructura tiene un radio de 93 millones de millas, la distancia entre la Tierra y el Sol. consumiría una gran fracción, si no toda, de la energía recolectada por el caparazón en primer lugar.
Pero digamos que podemos superar estos problemas y lograr construir la esfera en el futuro lejano: ¿cómo sobreviviría a los meteoritos, asteroides o la radiación y las erupciones solares? Un objeto con la masa del cometa Halley chocaría contra la estructura con una energía cinética de más de 1 millón de bombas Tsar de hidrógeno, el dispositivo nuclear más poderoso jamás detonado.
Dyson previó esos riesgos y reconoció que un caparazón o un anillo que rodea una estrella probablemente no sería factible. Pero el físico propuso una solución: una colección suelta, o enjambre, de objetos que viajan en órbitas independientes alrededor de una estrella, recolectando su energía y evitando la mayoría de los problemas físicos y mecánicos de una Esfera de Dyson sólida. Los satélites podrían construirse con el tiempo y entregarse gradualmente a la red, aumentando la producción de energía de los enjambres con el tiempo.
Un Enjambre Dyson de unos 10 millones de satélites podría satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad. Eso es mucho, pero las constelaciones de satélites modernas están creando precedentes para tal hazaña de ingeniería. SpaceX puede lanzar 240 satélites de comunicación Starlink al mes y, a partir de febrero de 2022, ya tiene más de 2000 en el espacio. La flota podría ascender a decenas de miles por su finalización, no cantidades de Dyson Swarm ni mucho menos, pero lo suficiente como para alimentar nuestra imaginación.
Para superar los desafíos del concepto original de Dyson, Harrop y yo nos propusimos encontrar un diseño realista para su reemplazo, el Dyson Swarm. Llamamos a nuestra idea Satélites de energía eólica solar (SWPS). Mientras que los paneles solares tradicionales usan la energía de la luz visible, nuestros satélites recolectarían los electrones que constituyen la mitad del viento solar. (La otra mitad consta de protones y partículas alfa). El viento solar rápido tiene una velocidad de ~750 km/s -1, lo que hace que estos electrones sean más ricos en energía que los de la luz visible que golpea un panel solar. El corazón de nuestro satélite SWP es un cable de metal largo que apunta al sol, que se cargaría para producir un campo magnético y luego dirigir los electrones entrantes a un receptor de metal esférico. Estos electrones producirían una corriente, que a su vez mantendría el campo magnético en el cable y crearía un sistema autosuficiente entre los dos.
La mayor parte de la corriente permanecería para alimentar un láser infrarrojo dirigido hacia estaciones receptoras en la Tierra. El infrarrojo es óptimo debido a la ventana infrarroja transparente en nuestra atmósfera, que permite el paso de longitudes de onda entre aproximadamente 8 y 13 micrones sin absorción. Después de que el láser envíe su energía eléctrica a la estación receptora, los electrones restantes volverían a caer sobre una vela en forma de anillo, donde la luz solar entrante puede excitarlos lo suficiente como para mantener el satélite en órbita alrededor de la estrella.
Retrato del físico teórico estadounidense nacido en Gran Bretaña Freeman Dyson (1923 – 2020) en su oficina en el Instituto de Estudios Avanzados, Princeton, Nueva Jersey, 24 de febrero de 2009. Eugene Richards/Getty Images
Cada satélite SWP tendría una masa de alrededor de 3,7 toneladas métricas (alrededor de tres veces el peso de un satélite GPS) y proporcionaría una potencia de salida continua de alrededor de 2 megavatios por día de 24 horas, satisfaciendo aproximadamente las necesidades energéticas de 1000 satélites estadounidenses. hogares familiares. Un enjambre completo de satélites SWP podría satisfacer todas las necesidades energéticas de la humanidad.
Estos satélites podrían construirse con materiales relativamente simples y económicos; el mayor gasto de construcción sería de 950 pies de cable de cobre por satélite. Y debido a que utilizan el viento solar como fuente de energía, estos satélites absorberían una cantidad mínima de calor y operarían con una eficiencia de casi el 100 por ciento. Las células solares tradicionales, por el contrario, son costosas de producir porque requieren silicio de alta pureza para sus semiconductores y tienen una eficiencia notoriamente baja, alrededor del 20 por ciento.
Algunos obstáculos técnicos se interponen en el camino de un Dyson Swarm. Si bien los satélites SWP requieren poco mantenimiento, no se limpian solos. Si los iones positivos en lugar de los electrones del viento solar quedaran atrapados en la vela, reducirían la eficiencia del satélite y, con el tiempo, degradarían el sistema. Tampoco resolvimos cómo mantener una ubicación estable en el espacio en medio de variaciones en el viento solar, o cómo organizar las órbitas de millones (o eventualmente miles de millones) de satélites alrededor de una estrella. Y aunque los sistemas láser de haz de energía a pequeña escala han logrado grandes avances en los últimos años, un sistema que funcione en el espacio sigue siendo un desafío. Pequeños cambios de temperatura de menos de un grado Celsius darían como resultado grandes cambios en la longitud de onda del láser y la eficiencia de salida. Mantener una temperatura constante en el espacio es un dolor de cabeza: es difícil transportar el calor de los cuerpos más calientes a los más fríos donde no hay atmósfera. Todavía no hemos resuelto todos los problemas del Dyson Swarm, pero tal vez otra civilización sí.
En mi libro The Cosmic Zoo: Complex Life on Many Worlds , en coautoría con William Bains, investigador principal de la Universidad de Cardiff, argumentamos que una vez que surge la vida en un cuerpo planetario, eventualmente evolucionará para volverse inteligente, suponiendo que el planeta permanezca habitable por mucho tiempo. suficiente. La base de este argumento es que todas las transiciones importantes en la evolución de la vida en la Tierra parecen haber ocurrido varias veces independientemente unas de otras, oa través de diferentes caminos bioquímicos. Eso sugeriría que algunos de los trillones de otros planetas en el universo podrían haber experimentado este mismo proceso evolutivo, y un subconjunto de formas de vida en esos planetas podría haber evolucionado para volverse inteligente. ¿Han avanzado lo suficiente como para construir una Esfera Dyson? Freeman Dyson planteó la hipótesis de que si lo hicieran, podríamos detectarlo.
Las esferas Dyson tradicionales con una cubierta sólida pueden emitir energía residual en longitudes de onda del infrarrojo medio, detectables por los instrumentos humanos actuales. Al menos un equipo de investigación ha buscado esa firma. Jason Wright, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State, y Matt Povich del departamento de Física y Astronomía de la Universidad Politécnica del Estado de California, utilizaron datos del Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA para buscar una fuerte señal infrarroja en el espacio, que de esperarse de una Esfera Dyson. Esa búsqueda fracasó en encontrar una Esfera, pero quizás la razón por la que nuestros telescopios no han visto megaestructuras en el espacio es que los extraterrestres han llegado a la misma conclusión que hicimos en nuestro artículo: una esfera Dyson sólida y gigantesca no es práctica, incluso para una civilización más avanzado que el nuestro.
Aunque es posible que nunca veamos nuestro sol encerrado en una megaestructura, o extraigamos nuestra energía de millones de satélites que orbitan a su alrededor, la ciencia y la ciencia ficción inspiradas en Dysons Sphere continúan animando algunas de nuestras ideas más ambiciosas sobre la vida en este planeta y más allá. Esa podría ser su contribución más valiosa, brindándonos un objetivo ambicioso al que apuntar y abriendo camino para un descubrimiento revolucionario en el intento.