Ciencia
Perspectivas a largo plazo de la energía nuclear. Revisitando la paradoja de Fermi

Artículo publicado originalmente en The Seneca Effect.

El descubrimiento de miles de planetas extrasolares ha revolucionado nuestro entendimiento del universo. Parece una realidad que, alrededor de las estrellas, los planetas son habituales. Y, con 100 mil millones de estrellas solo en nuestra galaxia, la vida no debe ser escasa. Por supuesto, la “vida orgánica” no quiere decir “vida inteligente” y esta tampoco implica necesariamente “civilización avanzada tecnológicamente”. Pero, ante la abundancia planetaria, debe haber civilizaciones alienígenas en la galaxia. Algunas tan avanzadas como la nuestra, o posiblemente más. 

El siguiente paso en esta reflexión se llama la paradoja de Fermi, que habría formulado el físico Enrico Fermi en los 50. Dice así: “si los extraterrestres existen, ¿dónde están?” Incluso a velocidades inferiores a la de la luz, nada físico evita que una nave espacial navegue la galaxia en un millón de años, igual menos. Dado que nuestra galaxia tiene unos robustos 10 mil millones de años, los aliens inteligentes han tenido mucho tiempo para explorar y colonizar cada estrella de la galaxia. Pero no hemos encontrado ni un solo alien y esa es la paradoja. 

Una posible interpretación de la paradoja es que estamos solos, quizás en todo el universo. Puede existir cierto obstáculo, cierto “Gran Filtro,” que frena a la vida orgánica antes de convertirse en el tipo de civilización que puede viajar por el espacio.

A menudo, las paradojas son unas herramientas científicas de lo más útiles. Nos indican que dos creencias en oposición no pueden ser ciertas al mismo tiempo, y normalmente esto implica una poderosa evidencia de que alguna asuncion hecha puede no ser correcta. La paradoja de Fermi no trata tanto sobre si las civilizaciones extraterrestres son comunes o no, sino sobre la idea de que el viaje interestelar es posible. Quizás, nos está diciendo que viajar de una estrella a otra es muy difícil, igual imposible. No es suficiente como para decir que una civilización futura jamás sabrá algo que ahora mismo ni siquiera imaginamos. Cualquier tecnología debe obedecer las leyes de la física. Y esto limita lo que se puede conseguir. 

El problema del viaje interestelar no es cómo construir una nave espacial. Ya en los 50 se diseñaron modelos que podrían hacerlo. Una nave Orion se propulsaba mediante explosiones nucleares y se estimó que podría alcanzar las estrellas más cercanas en un siglo, aproximadamente. Por supuesto, supondría un gran esfuerzo construir una, pero no hay razón para decir que sería imposible. Posiblemente, versiones avanzadas se propulsarian con fuentes como la antimateria o incluso los agujeros negros. 

Dado que nuestra galaxia tiene unos robustos 10 mil millones de años, los aliens inteligentes han tenido mucho tiempo para explorar y colonizar cada estrella de la galaxia. Pero no hemos encontrado ni un solo alien y esa es la paradoja de Fermi. 

El verdadero problema no es la tecnología, sino el coste. Construir una flota de naves interestelares supondría un consumo de recursos muy alto y prolongado a lo largo de mucho tiempo, suficiente como para realizar un programa de exploración interestelar. Hablamos de miles de años, fácilmente. Una estimación de la energía mínima que una civilización necesita para sustentar un viaje de estas características alcanza los 100 teravatios (TW). Es una suposición, pero guarda cierta lógica. La energía instalada a día de hoy en nuestro planeta está cerca de los 18 TW, y con eso como mucho podríamos explorar los planetas de nuestro sistema solar. Incluso entonces, de manera esporádica. Obviamente, para explorar las estrellas necesitamos mucho más. 

No sorprende decir que no estamos cerca de ello, y es probable que dentro de poco empecemos a movernos en dirección contraria. John Greer y Tim O'Reilly son, probablemente, los primeros en llamar la atención sobre el “filtro” de la paradoja de Fermi, que podría explicarse ante las limitaciones de los combustibles fósiles. Dada la curva de producción con forma de campana propia de todo recurso finito, una civilización primero asciende y después colapsa. Me referí a esta situación como la “Traba Hubbert” en 2011. Resultaría especialmente difícil de superarla tras el comienzo del efecto Séneca, acelerando el declive y volviéndolo un verdadero colapso.

Pero imaginemos que una civilización ajena, o incluso la nuestra en el futuro, esquiva un colapso irreversible y que apuesta por la energía nuclear. Asumamos incluso que puede evitar el riesgo de la aniquilación nuclear. ¿Puede proveer la energía nuclear de la energía suficiente para el viaje interestelar? Cuenta de por sí con muchos problemas tecnológicos, pero uno fundamental viene de la disponibilidad de combustible nuclear. Sin este, ni la nave más avanzada puede moverse. 

¿Puede proveer la energía nuclear de la energía suficiente para el viaje interestelar? Cuenta de por sí con muchos problemas tecnológicos, pero uno fundamental viene de la disponibilidad de combustible nuclear. Sin este, ni la nave más avanzada puede moverse. 

Comencemos con la tecnología que conocemos: la fisión nuclear. Los elementos fisibles (los nucleidos, para ser precisos) son aquellos que pueden generar una reacción en cadena, a su vez utilizada como fuente de energía. Solo un tipo de nucleido existe de manera natural en cantidades importantes: el isótopo 235 de uranio. Ya de por sí es una casualidad de las leyes de la física que este nucleido exista. Se crea mediante la explosion de supernovas y la unión de estrellas de neutrones. Se ha acumulado en la corteza terrestre en cantidades suficientes como para que los humanos construyan decenas de miles de armas nucleares y produzcan, en la actualidad, alrededor de 0,3 TW de energía eléctrica. La fisión podría valer como combustible para una versión sencilla de la nave Orion, ¿pero mantendría una civilización que explora la galaxia? Probablemente no.

Las reservas de uranio en la Tierra se estiman en unas 6 millones de toneladas. En la actualidad,consumimos 60.000 toneladas anuales para producir los 0,3 TW. Es decir, necesitaríamos 200 millones de toneladas anuales (600.000 diarias) para mantenernos en la marca de 1000 TW a priori necesaria para el viaje interestelar. A este ritmo, y con la tecnología actual, nuestras reservas durarían 10 días.

Que nadie se sorprenda: ya se sabía en los 50 que las reservas de uranio no habrían sido suficientes incluso para mantener nuestra civilización con la fisión de nucleidos de U235. ¡Mucho menos para la colonización de la galaxia! Aunque sabemos de sobra que no solo dependemos de U235 para la fisión. También existen los nucleidos ‘fisionables’ que no pueden sostener una reacción en cadena, pero que podemos convertir (criar o reproducir) en nucleidos fisibles mediante el bombardeo con neutrones (normalmente generados con isótopos fisibles). Nunca desarrollamos esta tecnología pero sabemos que puede funcionar al nivel de prototipos. Así que, en principio, podríamos expandirla hasta hacer de ella la principal fuente de energía de nuestra civilización.

En la naturaleza encontramos dos nucleidos fisionables: los isótopos de uranio y de torio, o U338 y Th232, ambos mucho más abundantes que U235. Digamos que gracias a estos nucleidos la eficiencia de la producción energética podría multiplicarse por 100 o por 1000 en comparación con lo que podemos hacer ahora. Pero incluso con la estimación más optimista, con una media de 1000 TW a mantener, pasaríamos de tener suministro para 10 días a tenerlo para unas cuantas décadas. Seguimos sin quedarnos cerca.

Se nos pueden ocurrir maneras para conseguir más uranio y mas torio, pero a duras penas los cuerpos del sistema solar supondría una fuente. Necesitamos tener unas condiciones de placas tectónicas activas para que, por medio de fuerzas geológicas, los acumulemos en cantidades aprovechables y, en cuerpos como la Luna o los asteroides, no hay concentraciones de uranio. Solo cantidades extraordinariamente pequeñas, del orden de una parte por cada mil millones. Lo cual convierte cualquier labor de extracción en imposible. También sabemos que hay 4 mil millones de toneladas de uranio disueltas en el agua del mar. Una cantidad que cambiaría por completo las reglas del juego, al menos sobre el papel. Pero las dificultades son enormes: el uranio está tan diluido que tendríamos que filtrar toneladas de agua del orden de 10^18 para conseguir estas cantidades. ¿Destruiría una civilización planetaria sus océanos con tal de construir naves interestelares?

Sabemos que hay 4 mil millones de toneladas de uranio disueltas en el agua del mar. Una cantidad que cambiaría por completo las reglas del juego, al menos sobre el papel. Pero las dificultades son enormes: el uranio está tan diluido que tendríamos que filtrar toneladas de agua del orden de 10^18 para conseguir estas cantidades. ¿Destruiría una civilización planetaria sus océanos con tal de construir naves interestelares?

Aún se nos ocurrirían escenarios más optimistas, pero es razonable decir que seguimos muy lejos de lo necesario. La fisión no puede sustentar una civilización interestelar. Como mucho, puede sostener algunas investigaciones interestelares, de manera similar a lo que se ha conseguido con combustibles fósiles. Por cierto, el objeto Oamuamua podría tratarse de una de estas investigaciones, aunque por parte de una civilización distinta a la nuestra. Pero, a todos los efectos, no sería posible un imperio galáctico basado en la fisión.

Nos queda una posibilidad: la fusión nuclear, el sueño de la Edad Atomica. La idea en los 50 era que con la fusión llegaría el siguiente paso. Tendríamos tanta energía que sería “gratis”. Y no solo eso: la fusión puede usar isótopos de hidrógeno, y el hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Una nave con hidrógeno como combustible repostaría, prácticamente, en cualquier punto de la galaxia. Estrella tras estrella, el imperio galáctico se haría realidad.

Pero resultó que costaba mucho más controlar la fusión nuclear de lo esperado. Más de medio siglo después, nunca hemos obtenido por medio de la fusión más energía que la que hemos dedicado a la misma. Y, conforme pasa el tiempo, el desafío se promete cada vez más difícil.

Tal vez desconozcamos algún truco para hacer que funcione. Tal vez seamos más tontos que la civilización galáctica media. Pero hemos llegado a un punto interesante: la paradoja de Fermi nos puede estar diciendo que la fusión nuclear controlada no es posible.

Todo esto es muy, muy especulativo, pero nos encontramos ante un concepto en las antípodas de la base de la propia paradoja: la idea, típica en los 50, de que una civilización seguiría expandiéndose, controlando muchísima más energía que la que utilizamos ahora. A esto se le llama Escala Kardashev Scale.

Quizás lleguemos a explotar la energía solar tan bien que podremos construir naves interestelares gracias a ella, pero estamos hablando de un futuro tan remoto que no podemos decir mucho sobre él. Por ahora, no necesitamos pensar que la paradoja de Fermi nos está diciendo que estamos a solas en el universo. Nos está diciendo que no podemos esperar milagros de la tecnología nuclear.

Traducción de Raúl Sánchez Saura.