Láser, centellas y rayos

En episodios anteriores de FCF… habíamos comprendido el funcionamiento básico de un láser. Procesos físicos como la inversión de población y la emisión estimulada, conceptos como el de luz coherente, monocromática y direccional han dejado de tener misterio alguno para los lectores de Física en la Ciencia Ficción. Asimismo, las dificultades intrínsecas para diseñar y construir armas compactas capaces de volatilizar un blanco potencial empiezan a dejarse ver. Cuestiones como el tamaño de las fuentes de alimentación y los sistemas de refrigeración (láseres suficientemente potentes como para destruir un satélite en órbita deberían estar alimentados por reactores nucleares y refrigerados por metales líquidos como litio o sodio, ya que en el espacio no hay agua) adquieren una significación determinante, limitando seriamente la posibilidad de disponer de dispositivos como pueden ser las pistolas de rayos.

Los láseres operativos que poseemos actualmente abarcan longitudes de onda que van desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. Me imagino que seguiréis dándole vueltas en vuestras cabezas al asunto de los láseres de rayos X o a los inquietantes gráseres o láseres de rayos gamma. Siento decepcionaros, pues casi todo lo que se está haciendo en el mundo con ellos se halla casi siempre tratado como materia clasificada, ya que su potencial uso militar es evidente y a esta gente le encanta jugar a soldaditos y hacerse los interesantes con los secretitos. Mala suerte. Lo siento. Si os sirve de consuelo, puedo contaros que, por ejemplo, para producir un haz de rayos X sería preciso bombear energía al medio activo que constituye el láser mediante una pequeña explosión nuclear. Me imagino que para el gráser los requerimientos serán poco menos que escandalosos, pero también os digo que si los militares están en ello, acabará lográndose. Es cuestión de tiempo y de dinero.

Bien, pero vamos hacia el desenlace de esta trilogía, que a buen seguro lo estáis esperando con frenética avidez. ¿Qué os parece empezar por esas maravillosas y preciosistas escenas en Star Wars donde se pueden apreciar con total nitidez los rastros de colores brillantes de los rayos láser? Otra decepción: resulta que son físicamente imposibles. ¿Por qué? Pues muy sencillo. Si recordáis, en el primer episodio habíamos dicho que la luz láser era muy direccional. Y ahí reside la cuestión. Si alguna vez habéis observado un puntero láser de esos que ya venden en las tiendas de “todo a 1 euro”, os habréis dado cuenta de que el rastro de la luz no aparece por ningún sitio. Únicamente se percibe un punto luminoso si el haz golpea sobre algún objeto material, como puede ser una pared o el careto de algún pardillo que se ponga por delante. Es decir, que únicamente seremos capaces de “ver” el láser si la luz interacciona de alguna forma con la materia. Si una persona apunta el láser en una determinada dirección, ¿cómo va a ser capaz de ver él mismo el trazo? Para que eso sucediese, la luz debería viajar en dirección a sus ojos, rompiéndose la condición de direccionalidad de la que hace gala la radiación láser. Quiero deciros, además, que este fenómeno no es exclusivo del láser. Con una linterna ocurre exactamente lo mismo. Entonces, ¿por qué vemos la luz de la linterna y no la del láser? Pues, sencillamente, porque la luz procedente de la linterna se dispersa mucho más, el haz se abre a medida que se aleja de la empuñadura. En ese “camino ancho” por el que viajan los fotones se encuentran con partículas de polvo en el aire, chocan con ellas y salen rebotados en todas direcciones, en particular, hacia nuestros ojos. En cambio, el láser viaja por un “camino mucho más estrecho”, interaccionando muy de cuando en cuando con alguna mota o partícula de polvo. Por eso, a veces, se puede apreciar algún que otro destello ocasional. De todas formas, en el vacío del espacio la cosa aún es peor, pues ahí no existe materia alguna con la que los fotones puedan interaccionar y, consecuentemente, salir despedidos en dirección alguna. Deben resultar, por tanto, completamente invisibles. Un truco muy utilizado para poder ver el camino seguido por un rayo láser es el de fumar (os recuerdo que fumar perjudica seriamente la salud) y expulsar el humo por la región por donde viaja el haz. Los no fumadores podéis hacerlo de más formas, una de ellas es introducir la luz del láser en un tanque lleno de agua en una habitación preferentemente a oscuras; otra manera puede ser haciendo chocar dos borradores de tiza bien cargaditos y disparar el rayo a través de la nube de polvo que se genera. Solamente, en algunas ocasiones, cuando el haz transporta una energía considerable (del orden de los miles de joules) el aire queda ionizado, pudiéndose apreciar una estela de chispas, pero jamás la luz procedente del láser mismo.

Otra cuestión que tiene que ver con el poder de un láser como arma de combate se refiere al momento lineal que poseen los fotones. Para una partícula con masa, el momento lineal se define como el producto de ésta por la velocidad con la que se desplaza. Pero, para los fotones, la cosa cambia, pues no tienen masa conocida. Su momento lineal se puede obtener dividiendo su energía por el valor de la velocidad de la luz o, equivalentemente, calculando el cociente entre la constante de Planck y la longitud de onda del fotón. Si se hace esto, enseguida se puede apreciar que el momento lineal de un fotón rojo es mil billones de billones de veces más pequeño que el que posee una bala de 1 gramo que se desplaza a 1 km/s. Cuando dos objetos colisionan, lo que hacen es modificar sus momentos lineales, fundamentalmente. Al golpear un camión con un hueso de aceituna, el primero no suele salir demasiado mal parado. Así, lo mismo debe suceder cuando un rayo láser procedente de una nave de combate del malvado Imperio alcanza al Halcón Milenario del cínico Han Solo. Nunca podrá desplazarlo o inclinarlo, como se puede apreciar en una escena de “El Imperio contraataca”. Si no me creéis, probad a peinar a alguien con la luz de una linterna. Os quedará más de “un pelo de tontos”. Los potenciales efectos letales de los láseres tienen mucho más que ver con el calor que generan que con el impacto que producen. En este sentido, resulta mucho más eficaz una bala. Abrir un boquete en un cuerpo humano con un rayo láser puede requerir hasta 50.000 joules, necesarios para “quemar” piel y músculos. El daño no se produce por golpeo, sino por los efectos derivados del intenso calor generado.

Finalmente, resta el asunto de los sables de luz de los caballeros Jedi. Resulta evidente que no se comportan como láseres, pues la luz se propaga indefinidamente y en línea recta (salvo muy raras excepciones, como al pasar cerca de un campo gravitatorio intenso). Esto no parecen cumplirlo las espadas luminosas de los miembros del “club de amigos de la Fuerza”. Las encienden con un botoncito alojado en la empuñadura y sale un chorro deslumbrante de vivo color que sólo alcanza 1 metro, centímetro arriba, centímetro abajo. ¿Quién la tiene más larga, Luke o Vader? Lo de los dedos índice y pulgar no parece cumplirse aquí, ya que la de Yoda parece tan grande como la del maestro Windu. Estas armas místicas más bien parecen comportarse como lo que los físicos denominamos un plasma, un gas calentado hasta temperaturas extremas (millones de grados), de tal forma que sus átomos han sido despojados de sus molestosos electrones. Ahora, las cargas positivas de los núcleos atómicos y las negativas de los electrones se comportan de forma independiente, pudiendo generar incluso campos eléctricos y magnéticos y comportándose de forma muy distinta a un gas ordinario. Un plasma emite luz cuando los electrones vuelven a recombinarse con los núcleos que por allí pululan, siendo el color de la misma característico de la composición particular y la temperatura del plasma. ¿Quién lo tiene más caliente, Darth Maul u Obi Wan? El problema de disponer de un plasma tiene que ver con la forma de confinarlo, ya que su temperatura destruiría por completo las paredes de un contenedor “tradicional”. La técnica habitual es encerrarlos mediante campos magnéticos diseñados con geometrías muy definidas. Para un sable Jedi, lo ideal sería una configuración cilíndrica. Sin embargo, aparecen problemas. Por ejemplo, de momento, no se conoce método alguno para acortar la longitud del cilindro, tapándolo por la parte superior, evitando con ello que el plasma se derramase y abrasase la mano que lo sujeta. Por otro lado, volvería a aparecer, al igual que con el láser, el inconveniente del tamaño enorme de la fuente de alimentación. Otra pega tiene que ver con la intensidad del campo magnético confinador del plasma, pues su intensidad debe decrecer a medida que nos alejamos de la empuñadura. Quizá parezca, a simple vista, buena la opción del sable doble de Darth Maul, cuyo pomo se encuentra en el medio de los dos haces. Sin embargo, como la longitud de cada una de sus dos “hojas” parece igual de grande que la de una espada “monohaz”, simplemente, el problema parece también doble. Para acabar, ¿cómo es que pueden chocar unas espadas con otras? Una prueba más de que no se puede tratar de láseres y una evidencia más de que se parecen mucho más a un plasma. Esto podría ser perfectamente creíble si los campos magnéticos con los que se confina a éste pudiesen hacerse repulsivos (no en el sentido de asquerosos, sino en el otro). Tristemente, nuestra tecnología aún se encuentra lejos de esta posibilidad, ya que se necesitarían plasmas millones de veces más densos y decenas de veces más calientes de los que somos capaces de producir. Así y todo, el calor en las proximidades del sable resultaría del todo insoportable. Pero ¿qué es esto para alguien que domina la Fuerza?