Las ondas gravitacionales pueden usarse para transmitir datos

En el futuro, las naves espaciales podrán transmitir información sin distorsiones a través de las ondas gravitacionales - Allen Dresse

Un equipo de matemáticos de la universidad rusa RUDN, en Moscú, ha llegado a la extraordinaria conclusión de que es posible transferir datos por medio de ondas gravitacionales. Los investigadores analizaron las propiedades de las ondas de gravedad utilizando una construcción matemática similar a la que se usa para describir las propiedades de las ondas electromagnéticas mientras viajan a través del llamado espacio-tiempo de Minkowski, una variedad con cuatro dimensiones (tres espaciales y una temporal), que permite la descripción de fenómenos físicos en un espacio-tiempo tetradimensional.


El resultado es que existe una posibilidad de transmitir información por medio de las ondas gravitatorias. Y de transferir, además, esa información a través del espaciosin que se produzcan distorsiones en los datos enviados. El hallazgo puede ayudar a los científicos a dominar un método completamente nuevo de transferencia de datos a través del espacio, por ejemplo, entre estaciones o naves espaciales. El estudio se acaba de publicar en la revista «Classical and Quantum Gravity».

Las recientemente descubiertas ondas gravitacionales se propagan por el espacio-tiempo de forma similar a como lo hacen las ondas de un estanque en el que se ha lanzado una piedra. Técnicamente, se trata de ondas de curvatura del espacio-tiempo, y de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, están completamente determinadas por el espacio-tiempo en sí.

Sin embargo, existen poderosas razones para pensar que el espacio-tiempo es, en realidad, una estructura mucho más compleja, con características geométricas adicionales como la torsión y la no metricidad. Y en ese caso, geométricamente hablando, el espacio-tiempo pasa de ser el previsto por la Relatividad General a convertirse en lo que los científicos llaman un «espacio afín-métrico generalizado». Las ecuaciones de Einstein, por otra parte, muestran que también la torsión y la no metricidad se pueden propagar en forma de ondas planas a enormes distancias de sus fuentes originales.

Para describir las ondas gravitacionales, los investigadores de RUDN utilizaron la mencionada abstracción matemática: un espacio afín, es decir, un espacio vectorial habitual pero sin un origen de coordenadas. De esta forma, lograron demostrar que en dicha representación matemática de las ondas gravitacionales existen funciones que permanecen invariables durante el proceso de distribución de una onda. Y que es posible configurar una o varias de esas funciones para que codifique cualquier información, más o menos de la misma forma en que las ondas electromagnéticas transfieren una señal de radio.

Esa posibilidad significa que si se encuentra una manera de establecer estas construcciones en una fuente de ondas, entonces será posible que esa información alcance cualquier punto del espacio sin sufrir cambios ni distorisiones. En otras palabras, sería perfectamente posible utilizar las ondas gravitacionales para la transferencia de datos a enormes distancias.

Estudio en tres etapas
El estudio se llevó a cabo en tres etapas. En la primera, los matemáticos de RUDN calcularon la llamada «derivada de Lie»: una función que une las propiedades de los cuerpos en dos espacios diferentes. En concreto, un espacio afín y un espacio Minkowski de cuatro dimensiones. Lo cual les permitió pasar de la mera descripción de las ondas en el espacio real a centrarse en su interpretación matemática.

En la segunda etapa, los investigadores determinaron cinco funciones arbitrarias del tiempo, es decir, las construcciones que no están cambiando durante el proceso de distribución de una onda. Con la ayuda de dichas construcciones, las características de una onda se pueden establecer en una fuente, codificando así cualquier información. Después, en otro punto del espacio, esa información puede ser descodificada.

Finalmente, en la tercera etapa, los investigadores demostraron el teorema sobre la estructura de las ondas gravitacionales planas no métricas. Y resultó que a partir de las cuatro dimensiones de una onda (tres espaciales y una dimensión de tiempo), tres de ellas se pueden usar para codificar una señal informativa utilizando una única función, mientras que la cuarta dimensión requiere del uso de dos funciones.

En palabras Nina V. Markova, coautora del estudio, «descubrimos que las ondas de este tipo (ondas de no metricidad) pueden transmitir datos, de manera similar a las ondas de curvatura descubiertas recientemente, porque su descripción contiene funciones arbitrarias de tiempo retardado que pueden codificarse en la fuente de dichas ondas (de forma análoga a las ondas electromagnéticas). Gracias a esta circunstancia, se abre una posible aplicación de nuestra investigación que, sin embargo, solo se podrá llevar a cabo si la no metricidad se aplica como fenómeno físico, y no solo como generalización matemática de la teoría de la relatividad de Einstein».https://www.abc.es/ciencia/