“Tienen la fuerza, podrán avasallarnos, pero no se detienen los procesos sociales ni con el crimen ni con la fuerza. La historia es nuestra y la hacen los pueblos.” Salvador Allende, 11 de septiembre de 1973.

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Las perspectivas a largo plazo de la energía nuclear: revisando la paradoja de Fermi

De su blog “The Seneca Effect”
Desde Florencia, Italia

Esta es una revisión de una publicación que publiqué en 2011, con el título «El obstáculo de Hubbert: revisando la paradoja de Fermi«. Aquí, estoy ampliando los cálculos de la publicación anterior y enfatizando la relevancia de la paradoja sobre la disponibilidad de energía para civilizaciones planetarias y, en particular, sobre la posibilidad de desarrollar una fusión nuclear controlada. Por supuesto, no podemos probar que la fusión nuclear sea imposible simplemente porque no hemos sido invadidos por extraterrestres, hasta ahora. Pero estas consideraciones nos dan un cierto sentimiento sobre los órdenes de magnitud involucrados en la compleja relación entre el uso de energía y la civilización. A pesar del bombo publicitario, la energía nuclear de cualquier tipo puede seguir siendo para siempre una fuente marginal de energía. (Arriba, un «Orion» nave espacial, empujada hacia adelante por la detonación de bombas nucleares en la parte trasera).

Publicación revisada y readaptada de «El obstáculo de Hubbert: revisitando la paradoja de Fermi» – publicado en «El legado de Cassandra» en mayo de 2011.

El descubrimiento de miles de planetas extrasolares está revolucionando nuestra visión del universo. Parece claro que los planetas son comunes alrededor de las estrellas y, con alrededor de 100 mil millones de estrellas en nuestra galaxia, la vida orgánica no puede ser tan rara. Por supuesto, «vida orgánica» no significa «vida inteligente» y esto último no significa «civilización tecnológicamente avanzada». Pero, con tantos planetas, la galaxia bien puede estar repleta de civilizaciones alienígenas, algunas de ellas tan avanzadas tecnológicamente como nosotros, posiblemente mucho más.

El siguiente paso en esta línea de razonamiento se llama la «paradoja de Fermi», se dice que fue propuesto por primera vez por el físico Enrico Fermi en la década de 1950. Dice, «si los extraterrestres existen, ¿por qué no están aquí?» Incluso a velocidades más lentas que la luz, nada físico impide que una nave espacial cruce la galaxia de un extremo a otro en un millón de años o incluso menos. Dado que nuestra galaxia tiene más de 10 mil millones de años, los extraterrestres inteligentes habrían tenido mucho tiempo para explorar y colonizar todas las estrellas de la galaxia. Pero no vemos extraterrestres alrededor y esa es la paradoja.

Una posible interpretación de la paradoja es que estamos solos como seres sensibles en la galaxia, quizás en todo el universo. Puede haber un cuello de botella, también conocido como el «Gran Filtro», que impide que la vida orgánica se convierta en el tipo de civilización que se dedica a la navegación espacial.

Las paradojas son a menudo herramientas científicas extremadamente útiles. Afirman que dos creencias contrastantes no pueden ser ambas verdaderas y, por lo general, esa es una evidencia poderosa de que algunas de nuestras suposiciones no son correctas. En la paradoja de Fermi no se trata tanto de si las civilizaciones alienígenas son comunes o no, sino de la idea de que los viajes interestelares son posibles. Puede que simplemente nos esté diciendo que viajar de una estrella a otra es muy difícil, quizás imposible. No es suficiente decir que una civilización futura sabrá cosas que ni siquiera podemos imaginar. Cualquier tecnología debe obedecer las leyes de la física. Y eso pone límites a lo que puede lograr.

En el problema de los viajes interestelares no se trata tanto de cómo construir una nave espacial interestelar. Ya en la década de 1950, se habían propuesto algunos diseños que podían hacer el trabajo. Una nave estelar «Orión» se movería con explosiones nucleares en su parte posterior y se calculó que podría alcanzar las estrellas más cercanas en un siglo más o menos. Por supuesto, sería una tarea abrumadora construir uno, pero no hay razón para pensar que sería imposible. Las versiones más avanzadas pueden utilizar fuentes de energía más exóticas: antimateria o incluso agujeros negros.

El verdadero problema no es la tecnología, es el costo. La construcción de una flota de naves espaciales interestelares requiere un enorme gasto de recursos que deben mantenerse durante un tiempo lo suficientemente largo como para llevar a cabo un programa de exploración interestelar, al menos miles de años. Una estimación de la potencia mínima que necesita una civilización para realizar un viaje interestelar sostenido es del orden de 1.000 teravatios (TW). Es solo una suposición, pero tiene cierta lógica. La potencia instalada hoy en nuestro planeta es de aproximadamente 18 TW y lo máximo que podíamos hacer con eso era explorar los planetas de nuestro sistema, e incluso eso de forma bastante esporádica. Claramente, para explorar las estrellas necesitamos mucho más.

Por supuesto, no nos estamos acercando y es muy posible que pronto comencemos a movernos en la dirección opuesta. John Greer y Tim O’Reilly pueden haber sido los primeros en notar que el «gran filtro» que genera la paradoja de Fermi podría explicarse en términos de las limitaciones de los combustibles fósiles. Debido a la curva de producción «en forma de campana» de un recurso limitado, una civilización estalla y luego colapsa. Denominé a este fenómeno el «obstáculo de Hubbert» en 2011 . El obstáculo puede ser especialmente difícil de superar si el efecto Séneca entra en acción, haciendo que el declive sea aún más rápido, un verdadero colapso.

Pero imaginemos que una civilización alienígena, o la nuestra en el futuro, evita un colapso irreversible y que se traslada a la energía nuclear. Supongamos que puede evitar el riesgo de aniquilación nuclear. ¿Puede la energía nuclear proporcionar suficiente energía para los viajes interestelares? Hay muchos problemas tecnológicos con la energía nuclear, pero uno fundamental es la disponibilidad de combustible nuclear. Sin combustible, ni siquiera la nave espacial más avanzada puede ir a ninguna parte.

Comencemos con la tecnología que conocemos: la fisión nuclear. Los elementos fisionables (más exactamente, «nucleidos») son aquellos que pueden crear el tipo de reacción en cadena que se puede aprovechar como fuente de energía. Solo uno de estosnucleidos se encuentra naturalmente en cantidades sustanciales en el universo: el isótopo 235 del uranio. Es una peculiaridad curiosa de las leyes de la física que este nucleido exista solo. Se crea en las explosiones de estrellas supernovas y también en la fusión de estrellas de neutrones. Se ha acumulado en la superficie de la Tierra en cantidades suficientes para que los humanos la exploten para construir decenas de miles de ojivas nucleares y para producir actualmente alrededor de 0,3 TW de energía. La fisión podría impulsar una versión simple de la nave espacial Orion, pero ¿podría impulsar una civilización capaz de explorar la galaxia? Probablemente no.

Las reservas de uranio en la Tierra se estiman en alrededor de 6 millones de toneladas. Actualmente, quemamos unas 60.000 toneladas de uranio al año para producir 0,3 TW de energía. Significa que necesitaríamos 200 millones de toneladas por año (600.000 toneladas por día) para permanecer en el nivel de 1.000 TW estimado como necesario para los viajes interestelares. A este ritmo, y con la tecnología actual, las reservas durarían unos 10 días (!).

Esto no es una sorpresa: ya se sabía en la década de 1950 que las reservas de uranio no habrían sido suficientes ni siquiera para mantener en marcha nuestra civilización actual utilizando la fisión de los nucleidos U (235). ¡Imagínese participar en la colonización de la galaxia! Pero, por supuesto, sabemos que no estamos limitados a U (235) para la energía de fisión. También existen nucleidos «fisionables» que no pueden sostener una reacción en cadena, pero que pueden convertirse («criar») en nucleidos fisionables cuando son bombardeados con neutrones (generalmente generados por isótopos fisionables). Nunca implementamos esta tecnología, pero sabemos que puede funcionar a nivel de prototipos. Entonces, en principio, podría expandirse y convertirse en la principal fuente de energía para una civilización.

Los nucleidos fisionables de origen natural son isótopos de uranio y torio: U (338) y Th (232), ambos mucho más abundantes que el U (235). Digamos que, usando estos nucleidos, la eficiencia de la producción de energía podría incrementarse en un factor de 100 o 1.000  en comparación con lo que podemos hacer ahora. Pero, incluso en la estimación más optimista, con una producción de 1.000 TW, simplemente pasaríamos de 10 días de suministro a algunas décadas. ¡De ninguna manera!

Podemos pensar en formas de encontrar más uranio y torio, pero es difícil pensar que los cuerpos del sistema solar puedan ser una fuente. Se necesita una condición de placa tectónica activa para que las fuerzas geológicas acumulen minerales y, en cuerpos como la Luna y los asteroides, no hay minerales de uranio. Solo  cantidades extremadamente pequeñas, del orden de partes por mil millones. Y eso hace que extraerlo sea una tarea imposible. También sabemos que hay unos 4.000 millones de toneladas de uranio disueltas en agua de mar, una cantidad que cambiaría las reglas del juego, al menos en principio. Pero los obstáculos son enormes: el uranio está tan diluido que estamos pensando en filtrar quintillones (10 ^ 18) de toneladas de agua para llegar a esas enormes cantidades. ¿Destruiría una civilización planetaria sus océanos para construir naves espaciales interestelares?

Tal vez podamos estirar las cosas de maneras más optimistas, pero dentro de una hipótesis razonable  nos quedamos al menos un par de órdenes de magnitud por debajo de lo que se necesita. La fisión no es algo que pueda sustentar una civilización interestelar. A lo sumo, puede sostener algunas sondas interestelares, al igual que los combustibles fósiles han podido crear un número limitado de sondas interplanetarias. (Por cierto, el objeto Oamuamua podría ser una de estas sondas enviadas por una civilización alienígena). Pero, lo siento, ningún imperio galáctico basado en la fisión.

Existe una posibilidad más: la fusión nuclear, el modelo de la Era Atómica. La idea que era común en la década de 1950 es que la fusión nuclear era el siguiente paso obvio después de la fisión. Habríamos tenido energía «demasiado barata para medir». Y no solo eso: la fusión puede utilizar isótopos de hidrógeno y el hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Una nave estelar impulsada por hidrógeno podría repostar en casi cualquier lugar de la galaxia. Saltando de una estrella a otra, un imperio galáctico basado en la fusión sería perfectamente posible.

Pero la fusión nuclear controlada resultó ser mucho más difícil de lo esperado. En más de medio siglo de intentos, nunca hemos podido obtener más energía de un proceso de fusión de la que le inyectamos. Y, a medida que pasa el tiempo, la tarea comienza a verse cada vez más empinada.

Tal vez haya algún truco que no podamos ver ahora para hacer funcionar la fusión nuclear; tal vez seamos más tontos que la civilización galáctica promedio. Pero es posible que hayamos llegado a un punto fundamental: la paradoja de Fermi puede estar diciéndonos que la fusión nuclear controlada NO es posible.

Todo esto es muy especulativo, pero llegamos a un concepto completamente diferente al que está en la base de la paradoja de Fermi: la idea, típica de los años 50, de que una civilización sigue expandiéndose siempre y que llega rápidamente a dominar los flujos de energía varios órdenes de magnitud más grande de lo que podemos hacer ahora (a veces llamado la «Escala de Kardashev»).

Quizás lleguemos a explotar tan bien la energía solar que podamos usarla para construir naves espaciales interestelares, pero estamos hablando de un futuro tan remoto que no podemos decir mucho al respecto. Por el momento, no tenemos que pensar que la paradoja de Fermi nos está diciendo que estamos solos en el universo. Simplemente nos dice que no debemos esperar milagros de la tecnología nuclear.

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1 Comentario en Las perspectivas a largo plazo de la energía nuclear: revisando la paradoja de Fermi

  1. La enorme cantidad de energía que se requeriría para viajes exploratorios o colonizadores interestelares lo hace prácticamente imposible. Quedémonos en casita a disfrutar de la naturaleza y observar el firmamento desde acá.

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