Con questo nuovo episodio si apre la serie delle puntate dedicate ai viaggi, e non solo quelle spaziali, e come il mondo del cinema ne ha -a modo suo- parlato.
Partiamo quindi in grande stile affrontando il tema dei viaggi intergalattici a velocità superiori a quella della luce
Poiché sono proprio i viaggi, da sistema stellare a un altro, da galassia a galassia, il fil Rouge che in un certo senso lega una gran parte della fantascienza per immagini.
Per il comandante Kirk e la sua nave Enterprise, il viaggio verso nuovi mondi, dove l’uomo non è mai arrivato prima, è il concept e pay-off dell’intera serie. Ogni episodio o quasi della fortunata serie, che tra varie sequel e differenti personaggi continua tuttora, l’equipaggio è alle prese con un nuovo mondo. A volte ostile, altre pacifico, a volte primitivo altre tecnologicamente avanzato.
In Guerre stellari, il viaggio non è il core della pellicola in quanto nell’epica saga è la lotta tra il bene e il male è l’archetipo della storia, ma gli spostamenti da un punto all’altro della galassia, vuoi per sfuggire agli incrociatori dell’impero, vuoi per un training sul campo tra jedi, risultano nella normalità del quotidiano come per noi è andare a fare una scampagnata fuori città.
Il denominatore comune dei viaggi spaziali risiede nella la possibilità di impiegare forme di propulsioni non convenzionali in grado di superare quella della luce, e di un bel po’, che per la cronaca è di circa 300.000 km al secondo.
Tanto per fare un esempio. Ponendo di partire il venerdì sera dopo il lavoro con destinazione Alpha Centauri, che è la stella più vicina a noi, e innestassimo l’overdrive ‘c’, ovvero velocità luce, arriveremmo a destinazione un venerdì ma di oltre 4 anni avanti.
Non riesco proprio a vedermi il comandante Kirk dire alla sua ciurma, andiamo a vedere cosa succede su Andromeda, la galassia più vicina alla nostra Via Lattea, evitando di dire che tra andata e ritorno andrebbero via più o meno 2 milioni di anni. È sempre viaggiando a tutta birra, ovvero 300.000 km/secondo.
No, i viaggi devono andare più svelti e quindi come si fa?
Nell’universo targato di Star Trek la risposta si trova nel motore a curvatura, che. viene inventato sulla Terra dallo scienziato Zefram Cochrane negli anni immediatamente successivi al 2060. Durante il lancio di prova gli uomini entrano in contatto con una civiltà aliena, i vulcaniani, che già disponevano di una tecnologia simile da secoli; così la Terra entra nei radar di tutte le civiltà dell’universo che già erano in grado di compiere viaggi interstellari. Come al solito i terrestri arrivano sempre per ultimi,
Ma esattamente cos’è sto benedetto motore a curvatura che viene citato di continuo quando è necessario ‘muovere’ l’astronave Enterprise da un luogo all’altro dell’universo?
Dal manuale tecnico della nave si evince che i motori a curvatura (o motori gravitazionali) ricevono energia dalla reazione tra materia (deuterio) e antimateria (antideuterio), mediata da cristalli di dilitio che non reagiscono con l’antimateria se soggetti a campi elettromagnetici ad alta frequenza. Questa reazione produce un plasma altamente energetico, chiamato elettroplasma o plasma di curvatura, che viene incanalato dai condotti del plasma attraverso il sistema a elettro-plasma (EPS); il motore a curvatura genera una distorsione spaziotemporale attorno all’astronave, isolata all’interno di una bolla di curvatura. La distorsione consiste nel contrarre lo spazio davanti alla navetta e dilatarlo dietro di essa, riducendo l’effettiva distanza da percorrere. Quindi all’interno della bolla di curvatura la navetta non viaggia a velocità superiori a quella della luce, ma vista dall’esterno sì.
Qui la domanda nasce spontanea. Ma Albert Einstein nella sua teoria della relatività generale e ristretta non aveva postulato che è impossibile superare la velocità della luce? E allora come può essere, anche solo dal punto di vista teorico, dare ragione agli ingegneri sviluppatori dei motori a curvatura spingendo, come nel caso dell’astronave di Kirk, una massa non certo trascurabile a quella che in fisica viene definita come velocità superluminale o ultra-velocità, capace di propagare informazioni o spostare oltre i 300 mila chilometri al secondo.
Viaggiare a velocità di curvatura significa letteralmente viaggiare attraverso una curvatura dello spazio. Ok, vero, la Teoria della Relatività di Einstein non permette a un corpo il superamento della velocità della luce, ma una curvatura dello spazio tempo può tecnicamente non violare questo principio fisico fondamentale. Il motore, pur permettendo viaggi nell’ordine di parecchi anni-luce, non contravviene alla Relatività Generale appartenendo alla categoria dei dispositivi “non-Newtoniani”, cioè quelli che non operando secondo i principi di azione-reazione, non danno luogo ad emissioni di energia derivanti dalla spinta propulsiva. La nave stellare nel caso estremo di massima curvatura resta immobile; a piegarsi intorno a lei è lo spazio-tempo.
Quindi, se da una parte Einstein ci dice, occhio che puoi correre quanto vuoi ma non puoi superare la luce, lo stesso scienziato riformula il concetto di spazio non più tridimensionale ma a 4 dimensioni considerando appunto il tempo.
Proviamo a rappresentare il cosiddetto spazio tempo come fosse un foglio. Se vogliamo muoverci da un punto all’altro del foglio possiamo percorre la traiettoria seguendo ad esempio una linea retta, che a una certa velocità ci permetterà di raggiungere la destinazione in certo tempo. Ora, se proprio in mezzo al foglio, lasciassimo cadere una sfera di acciaio, il foglio andrà inevitabilmente a deformarsi sotto il peso della massa, contraendo lo spazio tra i due punti del nostro percorso fino a farli praticamente combaciare. In poche parole il motore a curvatura è quel dispositivo che fa piegare il foglio, accorciando le distanze tra i due punti.
Quindi, in linea puramente teorica la propulsione inventata dal dottor Cochrane non è proprio così balzana come si potrebbe credere.
A dare una risposta scientificamente valida a questa domanda ci ha pensato un giovane fisico messicano di nome Miguel Alcubierre nel 1994, il quale ha ipotizzato che un’astronave potrebbe raggiungere un’apparente velocità superluminale. La condizione di funzionamento principale della propulsione a curvatura di Alcubierre è la creazione di un campo di densità energetica minore del vuoto, ossia di massa negativa, ad oggi ancora mai realizzato. Come le navi di Star Trek, una navicella col motore di Alcubierre non raggiungerebbe la velocità della luce in un sistema di riferimento locale, ma attraverserebbe distanze minori contraendo lo spazio dinanzi a sé e espandendo quello dietro di sé; ciò risulterebbe in un effettivo spostamento a velocità superluminale.
Nell’articolo pubblicato nel settembre 2000 nella rivista Classical and Quantum Gravity -che per coloro che intendessero approfondire è disponibile come allegato nel mio sito, Alcubierre dimostra come dal punto di vista teorico la fisica permetta la creazione di un cosiddetto motore a curvatura, partendo proprio dalle teorie di Einstein e in particolare modo citando i wormhole, ovvero quei tunnel spazio-temporali descritti dallo stesso scienziato tedesco e dal collega Rosemberg -e di cui abbiamo parlato nel scendo episodio di questa serie- dove due punti dell’universo possono essere collegati attraverso la distorsione dello spazio-tempo. Certo, perché possa accedere dovremmo tirare in ballo l’esistenza della materia cosiddetta esotica caratterizzata dalla presenza di regioni ad elevata densità di energia negativa, cosa impossibile per la fisica classica ma non per la fisica quantistica.
Quindi,
tanto per citare l’illustre Dr Frankestine nel capolavoro del maestro Meel Brooks.
Ma la cosa richiede tecnologie e sopratutto energie fuori della nostra portata.
In molti hanno considerato il motore di Alcubierre, dal nome del fisico che attualmente ricopre il ruolo di direttore dell’istituto di scienze fisiche nucleari all’Università Nazionale Autonoma del Messico, un po’ a mezza strada tra scienza e fantascienza, ma il suo articolo del 2000 -degli oltre 120 che ha pubblicato - presenta oltre 500 citazioni. Quindi un certo interesse lo ha certamente suscitato.
Certamente ha stimolato la curiosità del dottor Harold ‘Sonny’ White della Nasa, che nel Conference Paper del 2011 ha descritto come il motore di Alcubierre può essere considerato l’archetipo del motore di curvatura della fortunata serie Star Trek e ha dimostrato attraverso un esperimento scientifico che impiega un nuovo interferometro denominato a curvatura, come un oggetto può essere in grado di curvare lo spazio tempo intorno a se stesso, creando una sorta di bolla..
Alle conclusioni i del dottor White hanno fato eco gli studi del fisico tedesco Enrik Lentz, che sempre nella rivista Classical and Quantum Gravity pubblicata nel 2021, dimostra come sia possibile sfruttare la possibilità offerta dalle equazioni di prendere in considerazione solo alcuni termini a seconda delle ipotesi fatte su una particolare situazione fisica e ottiene una configurazione della «bolla di curvatura» diversa da quella di Alcubierre. È vero che richiede ancora enormi quantità di massa ed energia, ma questa volta si tratta solo di «normale» energia e non di tipo ‘esotica’, quella che conosciamo e con la quale siamo abituati a lavorare.
E non finisce qui. Nell’aprile del 2024, quindi praticamente oggi, Jared Fuchs e suoi colleghi, hanno pubblicato sempre in Classical and Quantum Gravity, un articolo dal titolo Constant velocity physical warp drive solution, dimostrando come risulti fisicamente plausibile la realizzazione di un motore in grado di viaggiare a velocità superluminali impiegando energie per così dire, applicabili.
Insomma un piccolo passo che dal quasi impossibile ci porta al molto difficile, che per scienza e tecnologia sono una sorta di manna.
Ancora un volta il cinema, o in questo caso la televisione, ci azzecca portando le sue visioni a una dimensione tale che il confine tra fantascienza e scienza tende a ridursi.
Che dire quindi: W il cinema, w la scienza.
Bibliografia:
Alcubierre M 1994 Classical and Quantum Gravity 11 L73–L77 URL https://doi.org/10.1088% 2F0264-9381%2F11%2F5%2F001
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