Viaggi interstellari: oltre la luce

Oggi sappiamo che i sistemi solari sono un fenomeno assai comune. Ogni stella in condizioni stabilità gravitazionale possiede un sistema planetario composto da più pianeti che le orbitano attorno. Solo i sistemi stellari multipli, formati da più stelle in interazione gravitazionale tra di loro non permettono la formazione dei pianeti a causa dell’influenza continua nel lungo tempo della gravità degli altri corpi stellari che compongono il sistema stellare multiplo. I pianeti, per formarsi, necessitano tempi lunghissimi e la stabilità delle condizioni gravitazionali deve essere altrettanto durevole. Le stelle singole invece sono tutte circondate da una moltitudine di pianeti. Sappiamo anche che molti di quei pianeti hanno caratteristiche molto in linea con la Terra e lì potrebbe vivere una civiltà simile alla nostra: coscienze incarnate in un corpo biologico come lo siamo noi, ma evolutesi in un altro mondo. Già lo studio di alcuni popoli che non avevano mai avuto contatti con la civiltà occidentale ha permesso agli antropologi di comprendere a fondo alcuni meccanismi profondi attraverso i quali noi esseri umani ci rappresentiamo la realtà. Nel punto di sfocatura tra la nostra logica e la loro, abbiamo compreso molto sulla natura autoreferenziale di tutto ciò che pensiamo di percepire come reale. Chissà quindi come una civiltà extraterrestre, così diversa e lontana da noi, si rappresenta l’universo. Per questo motivo, l’idea di poter comunicare con un popolo alieno è immensamente affascinante.

la Teoria delle Supercorde con le sub-teorie duali

Ma esiste un problema certamente di non facile soluzione. Le distanze che separano tra di loro i sistemi solari intorno alla posizione del nostro Sole sono di circa quattro anni luce. Un anno luce è la distanza che un fotone percorre in un anno e vale circa 9.500.000.000.000 di chilometri. Sì il numero degli zeri è giusto. Le distanze stellari sono immense e il sistema solare più vicino a noi dista quattro volte quel valore. Come termine di paragone possiamo pensare al pianeta Giove che ha una distanza dal Sole che varia tra i 740 e gli 816 milioni di chilometri. La terra ne dista dalla nostra stella circa 150 milioni, quindi, dipendentemente dalle posizioni reciproche dei due pianeti, ci troviamo sempre a meno di un miliardo di chilometri dal più grande pianeta del nostro Sistema Solare. Ebbene, la stella più vicina a noi, Proxima Centauri dista quindi circa 38.000 volte più di Giove. Questo rende l’idea delle difficoltà che incontreremmo se decidessimo di intraprendere un simile viaggio. Pensare di raggiungere le stelle a bordo di immense navi arca dopo un viaggio durato parecchie generazioni, abbiamo visto nel precedente articolo che sarebbe del tutto improponibile.

Alan Guth che propose il modello cosmologico inflazionario

Esiste allora una via che ribalti completamente la questione? Esiste un artificio in grado di annullare in qualche modo quello che noi esseri umani percepiamo del mondo, lo spazio così esteso e i tempi così lunghi per attraversarlo? Per quanto possa sembrare incredibile, la risposta è affermativa. La più eccellente descrizione a grande scala dell’universo che noi possediamo è quella della Relatività Generale di Einstein che è una superba descrizione classica della gravità. Spesso si sente dire nella divulgazione che quella teoria vieta in qualsiasi caso di superare la velocità della luce ma questo è semplicemente falso. La Relatività Generale dice infatti che, “in un sistema fisico con marcatori di distanza locali, nessuna informazione può viaggiare più veloce della luce”. In parole più semplici, nulla può spostarsi nello spazio ad una velocità maggiore di quella della luce, ma lo spazio può stirarsi o contrarsi alla velocità che gli pare! Questa caratteristica di quella grandezza fisica che noi esseri umani ci rappresentiamo come uno spazio esteso è altresì espressa all’interno del Modello Standard cosmologico da più di quarant’anni. Stiamo parlando del concetto di “Inflazione cosmologica”, introdotto dal fisico statunitense Alan Guth nel 1980. Secondo questo modello di espansione dell’universo, durante i primi istanti dopo il Big Bang, lo spazio si sarebbe dilatato a velocità di molto superiore a quella della luce, per poi rallentare immediatamente, una volta terminata l’azione di un tipo molto esotico di gravità con polarità opposta a quella che conosciamo. Per noi infattirr la gravità è sempre attrattiva, ma ne esisterebbe anche una repulsiva, capace di inflare (sofiare dentro e gonfiare l’universo), da cui il termine inflazione.

Albert Einstein che pubblicò nel 1916 la Teoria della Relatività Generale

Per l’azione di quell’entità fisica così particolare, esisterebbero quindi porzioni del cosmo che oggi sono talmente lontane da noi che la luce non ha avuto il tempo di raggiungerci attraverso il suo viaggio nello spazio. Quelle lontanissime contrade del mondo sarebbero quindi a tutti gli effetti universi a se stanti, che noi non potremo mai vedere. Oggi quel tipo di interazione è tornata in primo piano e rappresenta la cosiddetta energia oscura, che sulle lunghissime distanze prevale rispetto alla gravità attrattiva che si esercita tra le masse. Essa costituisce la maggior parte della massa-energia presente nell’universo e i dati osservativi hanno stabilito che la sua azione è attiva oggi e in questo momento l’universo sta attraversando, come effetto della sua azione, una fase di espansione accelerata. E allora è possibile utilizzare una tale caratteristica della gravità per ottenere viaggi interstellari a velocità superluminale? Il fisico messicano Miguel Alcubierre nel 1994 ha pubblicato un articolo sulla rivista scientifica Classical and Quantum Gravity nel quale descrive con rigore matematico la possibilità di alterare localmente lo spazio-tempo in modo da ottenere una distorsione propulsiva in grado di permettere viaggi superluminali, senza violare le leggi della Relatività Generale. Ogni pubblicazione scientifica di questo tipo deve possedere la “coerenza matematica”, ovverosia deve rappresentare una fisica valida all’interno delle leggi fisiche conosciute. Alcubierre ha ottenuto questa coerenza, ma esiste un ulteriore problema.

Miguel Alcubierre che per primo descrisse la possibilità di viaggiare oltre la velocità della luce

Se dobbiamo indurre quella distorsione spazio-temporale abbiamo infatti la necessità di reperire e di gestire una grande quantità di energia. Secondo i primi calcoli l’energia necessaria era ben oltre qualsiasi limite effettivamente praticabile. Potrebbe esistere però una via d’uscita. La ricerca scientifica ha rilevato l’intreccio tra i fenomeni elettrici e quelli magnetici già verso la metà dell’Ottocento, scoprendo l’elettromagnetismo e questo perché quell’intreccio è più immediatamente visibile per noi esseri umani. Tutto ciò che noi naturalmente siamo in grado di percepire è infatti ascrivibile all’interno dell’elettromagnetismo. Dalla visione che abbiamo attraverso la vista, fino alla solidità degli oggetti, sono fenomeni elettromagnetici.

una rappresentazine grafica dell’inflazione cosmologica

La stessa estensione dello spazio che vediamo intorno a noi è manifestata dal sondaggio che la luce fa di quell’ambiente. Scoprire l’elettromagnetismo è stata quindi solo un’opera di rigorizzazione scientifica di ciò di cui già avevamo esperienza attraverso il nostro modo ordinario di percepire le cose. Nei decenni più recenti è però emerso qualcosa di molto interessante. Il magnetismo avrebbe infatti una relazione molto profonda con la gravità e non solo con i fenomeni elettrici. Questo significa che, manipolando i campi magnetici, si può creare la gravità. Ma la distorsione di cui abbiamo bisogno per i viaggi interstellari superluminali sono causate proprio dalla gravità. Il problema è quindi risolto? La risposta è: non del tutto. Esistono all’interno delle più evolute teorie quantistiche alcuni possibili artifici capaci di ottenere, attraverso un tipo molto esotico di risonanze, campi magnetici sufficientemente intensi da indurre distorsioni gravitazionali in linea con quelli richiesti per alimentare un motore come quello ipotizzato da Alcubierre. Per giungere a tali risultati è però necessario fare un passo ulteriore. Più ci si discosta dall’ambiente fisico familiare e dalle esperienze che hanno caratterizzato la nostra specie durante tutta la sua evoluzione e più l’interpolazione dal nostro noto ci costa cara. Se nel Rinascimento erano sufficienti un pendolo, qualche prisma di vetro e un piano inclinato, noi oggi abbiamo bisogno di titanici laboratori di una complessità estrema. Il passo che si profila oggi all’orizzonte è ancora più arduo. Estrapolando dal noto, come siamo soliti fare, si può arrivare fino ad un certo punto e poi trovare degli artifici che consentano di compiere il passo successivo può rivelarsi impossibile.

rappresentazione con un foglio a due diensioni della ccurvatura prevista da Einstein. In realtà è curvo lo spazio-tempo a quattro dimensioni

Oggi siamo su questa soglia ed è necessario individuare un qualche tipo di dualità capace di farci superare la camme. In fisica questo tipo di soluzione è già entrata in campo nella Teoria delle Supercorde (o stringhe, come alcuni le chiamano). All’interno di questo organismo teorico esistono infatti coppie di formalismi duali. Se un calcolo si fa troppo complesso e non si riesce a procedere in una versione della teoria, allora si passa a quella duale rispetto alla prima e lì i conti sono notevolmente più abbordabili e consentono di arrivare alle conclusioni. Nel caso dei viaggi superluminali è necessaria una dualità di diverso genere che affronteremo nel nostro prossimo appuntamento.

una rappresentazione attraverso un foglio bidimensionale della warp drive di Alcubierre

Articolo di Luca Roverselli

Pubblicato da Emanuele Dondolin

Direttore Responsabile ed Editoriale di Contg.News Iscritto all'Ordine dei Giornalisti Pubblici

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