E’ possibile superare la velocità della luce?

Nella puntata precedente, abbiamo concluso la nostra trattazione con un interrogativo: si può superare la velocità della luce? Per la teoria della relatività, questa rappresenta la massima velocità raggiungibile e quindi insuperabile, ma questo non significa che ciò non avvenga.light Quando si parla di velocità, non ci riferiamo a qualcosa di definito e assoluto, ma a qualcosa che dipende dal punto di vista e dalla percezione, qualcosa che è strettamente legato alla nostra osservazione. Per esempio, noi abbiamo la sensazione di essere fermi, eppure ruotiamo ad una velocità superiore ai 1000 chilometri orari. Eppure non ce ne accorgiamo. Con la velocità della luce, tuttavia, la cosa appare più complicata: essa non dipende dall’osservatore, ma è una costante e non possiamo variarla semplicemente cambiano il punto di osservazione.
Per poter procedere in questa direzione, dobbiamo considerare che essa costituisce un rapporto tra lo spazio e il tempo, calcolata come valore medio; e quindi per variarla occorre agire su uno di questi due elementi. Einstein ci dice che l’elemento tempo può essere variato; se è vero che la velocità della luce non può essere modificata cambiando l’osservatore, tempo e spazio, per contro variano proprio in funzione di essa.
Secondo la teoria della relatività, il tempo percepito diviene sempre inferiore man mano che ci si avvicina alla velocità della luce. Per fare un esempio: un essere che viaggiasse nello spazio ad una velocità molto vicina a quest’ultima per un giorno, potrebbe tornare sulla terra e scoprire che sono passati anni e anni. Inoltre una persona che ci osservasse mentre ci muoviamo a tale velocità vedrebbe i nostri movimenti molto rallentati, mentre noi vedremmo i suoi molto accelerati.

Albert Einstein
Albert Einstein, padre della teoria della relatività.

Ciò appare paradossale, ma è facilmente dimostrabile a livello matematico. Si definisce “contrazione dello spazio – tempo” (per chi fosse interessato, nella sezione Approfondimenti, a fine testo, ho inserito alcuni link a trattazioni complete dell’argomento). Questa modalità presenta due problemi. Il primo è che, per un osservatore che viaggia alla velocità della luce, vi è sì una contrazione del tempo, ma questa contrazione non c’è per chi è fermo: la velocità della luce si può superare, ma solo per un osservatore in movimento e per chi non lo è, la percezione è differente. E questo limiterebbe, di fatto, la possibilità di viaggiare nell’Universo, a meno di non trovarsi ogni volta in un mondo completamente differente da quello che si è lasciato, senza, verosimilmente, trovare più nessuno che si era lasciato prima di intraprendere il viaggio. Quindi questo superamento è soltanto legato ad uno dei due osservatori, e non è una cosa percepibile in maniera più universale, come ci si aspetterebbe.
L’altro problema, più limitante, è costituito dal fatto che questa velocità sarebbe impossibile da avvicinare; infatti, secondo la relatività, la massa cresce al crescere della velocità (vedi ancora Approfondimenti) e, avvicinandosi alla velocità della luce tende all’infinito. Di conseguenza, essendo massa ed energia in relazione, occorrerebbe un’energia infinita e comunque sempre più grande man mano che la velocità si avvicina alla costante c (che ricordiamo vale 300.000 km / sec, vale a dire 3 x 108 m/sec). Questo ci dice, con abbastanza chiarezza, che il modello di universo a nostra disposizione non è in grado di permetterci di superare questa barriera.
Tuttavia esiste un’altra possibilità: se, invece che variare il tempo, si varia lo spazio, si percepirà una velocità differente da quella che effettivamente si sta tenendo. Ma cosa si intende per variazione dello spazio? Nella nostra percezione di universo questo non è possibile, ma è proprio il nostro modello di universo ad essere limitato. Cercherò di spiegare cosa intendo con questa frase: compiere distanze maggiori di quelle che effettivamente si sono compiute secondo una certa percezione. Un’affermazione di questo tipo pare almeno sibillina, mentre invece è la chiave di tutto e potrebbe aprire nuovi mondi di pensiero.

Markovich Polyakov
Il fisico russo Alexander Markovich Polyakov.

Il primo è direttamente legato al compiere distanze maggiori, vale a dire, l’accento è sul concetto di distanza. La distanza, secondo la sua definizione classica, è il cammino più breve tra due punti e questo non lascia alcuna possibilità di abbreviare ulteriormente questo tragitto. Ciò è vero soltanto alla condizione che l’Universo in cui viviamo abbia effettivamente tre dimensioni. Facciamo un esempio: consideriamo un essere bidimensionale che si muove su una calotta sferica, per andare da un punto ad un altro, deve compiere un arco di cerchio su una sfera. Questo perché non percepisce la terza dimensione; tuttavia, un essere che percepisce la terza dimensione può agevolmente “tagliare” in mezzo e compiere meno strada. Quindi, quello che è il cammino più breve per un essere con determinate percezioni, non lo è per un altro le cui percezioni sono più allargate.
Ma questo discorso si può estendere, considerando tagli ancora superiori. Per rendere questo possibile, occorrerebbe aumentare il numero di dimensioni dell’Universo. Ed ecco che il fisico russo Alexandr Markovic Polyakov ha dimostrato, con una nota equazione che porta il suo nome (Equazione di Polyakov) che le dimensioni di questo universo sono da 11 a 26. Ben più delle tre che noi percepiamo ed è quindi possibile trovare dei “tagli” che permettano di compiere meno distanza tra due punti, dei cammini “più brevi” di quelli che usualmente compiamo per attraversare delle distanze.

La deformabilità e la discontinuità dell’universo
Ulteriori caratteristiche di un universo multidimensionale sono la deformabilità e la discontinuità.
Per comprendere la deformabilità, possiamo fare un esempio, prendendo in esame una linea. Se lavoriamo ad una sola dimensione, questa è indeformabile, ma se ci portiamo a due dimensioni si può piegare anche facendo coincidere gli estremi e trasformarla in un cerchio. Nel caso di un piano, se lavoriamo a due dimensioni questo è rigido, ma se lavoriamo a tre dimensioni può divenire un cilindro, semplicemente arrotolandolo. Ci basta aumentare le dimensioni e lo spazio può essere piegato, anche arrotolato su se stesso, permettendoci di mettere in relazione il finito con l’infinito. Se deformiamo e allunghiamo delle strutture, anche il concetto di limitatezza viene a crollare. Anche in questo caso, quindi, la velocità non appare più un problema e si possono compiere viaggi tra elementi anche distantissimi semplicemente intervenendo sullo spazio stesso e deformandolo in modo da portare punti distanti quasi a contatto.

wormholes
Un wormhole, un tunnel spazio-temporale.

Parliamo ora di discontinuità, che è una delle caratteristiche dell’aumento di dimensioni e della sua possibile esistenza. Per comprendere meglio, consideriamo una curva nel piano: essa è monodimensionale e il piano bidimensionale; inoltre può essere sempre continua oppure non esserlo. La curva si può disegnare senza mai staccare la mano dal foglio (quindi con una linea continua) oppure no; ovviamente, per poter staccare la mano dal foglio, dando quindi origine ad una discontinuità, dobbiamo avere almeno due dimensioni. Allo stesso modo, per avere una discontinuità in una superficie, dovremo averne almeno tre e così via, e noi ne abbiamo, come visto, molte di più!
Le discontinuità di uno spazio permettono di compere distanze molto maggiori di quelle misurate. Se, per esempio, abbiamo una curva che, ad un certo punto, compie un salto e la stiamo percorrendo, ci troveremo, in un istante in un altro punto del piano. Eppure non abbiamo compiuto distanze maggiori! Abbiamo semplicemente attraversato una discontinuità, trovandoci da un’altra parte. In questo caso non ha più senso parlare di velocità.
Le discontinuità sono state, almeno matematicamente, dimostrate dalla fisica e il loro nome è worhmoles, detti anche “tunnel spazio temporali”, che permettono di passare, di fatto in tempo reale, da una parte all’altra dell’Universo. Si tratta, quindi, di discontinuità che mettono in comunicazione l’universo nei suoi punti più lontani.
Inoltre, la fisica moderna ha identificato due tipi di wormholes: quelli intra–universo, vale a dire che collegano due punti dello stesso universo, e quelli inter–universo detto anche “wormholes di Schwarzschild”, che collegano punti tra differenti universi.

Universi paralleli
Questo concetto è anche la base per parlare di universi paralleli, che sono un’infinità numerabile. Furono teorizzati per la prima volta nel 1916 da Ludwig Flamm, mentre la definizione più matematica di questi elementi fu data pochi anni dopo, nel 1921, dal matematico Hermann Weyl.univers3-620x460
Il passaggio da un punto all’altro dell’Universo si dice anche “Ponte di Einstein – Rose”. Qui non si tratta più, comunque, di trovare una distanza differente, ma addirittura di non trovarla assolutamente, nel senso di annullarla sfruttando una discontinuità.
A proposito di concetto di distanza, che sovente è concepito come un qualcosa di assolto, se si definiscono le dimensioni oltre la terza, dette “Varietà di Calabi Yau” e in queste, appunto, la distanza non è quella che abitualmente misuriamo muovendosi in queste dimensioni, si potrebbero fare i conti con strutture completamente diverse e trovare che elementi lontanissimi dell’universo sono invece di fatto coincidenti. Questo ci porterebbe a cambiare le nostre percezioni ed a considerare che tutto può davvero essere qui ed ora.

Entanglement
Volevo concludere con un fenomeno che supera la barriera della velocità della luce. Questo fenomeno si definisce nonlocality o anche “Entanglement” e postula il fatto per cui due particelle, che in qualche modo sono state in contatto, si possono scambiare informazioni in tempo reale, anche da una parte all’altra dell’universo. Si chiama anche “Paradosso EPR”, dai nomi di coloro che l’hanno studiato (Einstein, Podolsky, Rosen). Un paradosso che è stato dimostrato, nel 1964, dal fisico irlandese Steward Bell, con un noto teorema, il cui enunciato è: “Quando due particelle sono emesse in direzioni opposte e le proprietà di una di esse sono attualizzate da una misurazione, le proprietà dell’altra particella – anche esse misurate – saranno correlate indipendentemente dalla distanza che le separa”.
In pratica, questo teorema afferma che è sufficiente il contatto tra due particelle perché, a qualsiasi distanza essere si trovino, siano in relazione, ed il comportamento di una delle due influenzi l’altra. In qualche modo, quindi, queste particelle si scambiano informazioni in tempo reale, indipendentemente dalla loro distanza.
A tutt’oggi, nessuna argomentazione è stata trovata per poter mettere in discussione il Teorema di Bell.
Di questo fenomeno esistono anche diverse prove empiriche: da citarsi gli esperimenti effettuati, nel 1981, dal fisico francese Alain Aspect, quelli di Yanhua Shih nel 2001 e di Nicolas Gisin nel 2003.

Il fenomeno dell'Entanglement.
Il fenomeno dell’Entanglement.

Questo discorso, che riguarda le particelle ed è quindi relativo al mondo microscopico, potrebbe essere esteso anche al mondo macroscopico affermando che due persone che, per qualche motivo sono state in contatto, rimangono in contatto ovunque si trovino, sino ad affermare che esistono percezioni che superano lo spazio e il tempo. La fisica moderna afferma, con questo fenomeno, che nessun individuo è, di fatto, separato da altri e che, quindi, esistono altri modi di comunicare, di scambiarsi informazioni, di sentire.
Forse ci sta dicendo che, aprendoci alla vita ed alle cose e cambiando il nostro punto di vista da limitato ad illimitato davvero possiamo essere ovunque e percepire la totalità, scoprendoci immersi, davvero in quell’essenza che da sempre ci caratterizza.
Tutto quanto visto sinora ci dice che la possibilità di superare la barriera della luce e quindi di viaggiare tra le stelle non dipende soltanto da sviluppi tecnologici, ma da un cambio di coscienza da parte dell’uomo. Il percepirsi limitati, chiusi, ponendo l’accento sui propri limiti, pensandoli come definitivi e insuperabili, ci impedisce di allargare le percezioni e di percepire l’universo per quello che davvero è, sentendone la sua meraviglia. L’allargamento della coscienza credo sia la chiave per poter acquisire un nuovo modo di essere e di sentire e quell’espansione coscienziale che ci porterà verso le mete di conoscenza e di sviluppo più belle e incredibili. Credo anche che queste mete si potranno raggiungere non attraverso il superamento, talvolta anche la distruzione, della natura, ma solo sentendoci tutt’uno con essa e con tutto ciò che ci circonda. Sarà forse la natura stessa ed il penetrare i suoi meccanismi a permetterci di volare davvero.
Un’era davvero luminosa potrebbe essere davvero dietro l’angolo. Dipende da noi compiere quei passi necessari per raggiungerla e vivere in una nuova coscienza e in un mondo rinnovato e pieno di bellezza e di armonia.
                                                                                                                     (Seconda puntata – Fine)

Approfondimenti
Per rileggere la prima puntata: https://www.karmanews.it/2743/la-luce-e-gli-universi-multidimensionali/
Sulla contrazione dello spazio–tempo nella relatività:
http://www.molwick.com/it/relativita/320-spaziotempo.html
oppure: http://it.wikipedia.org/wiki/Contrazione_delle_lunghezze
Per una trattazione più generale sulla Relatività Ristretta, ancora in Wikipedia: http://it.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A0_ristretta
Sul Ponte di Einstein Rose è interessante la descrizione che ne fa Wikipedia, illustrandone anche la storia di queste scoperte: http://it.wikipedia.org/wiki/Ponte_di_Einstein-Rosen
La nonlocality è spiegata in maniera chiara su: http://www.scienzaeconoscenza.it/articolo/che-cos-e-la-non-localita.php
Per chi è maggiormente avvezzo al linguaggio matematico e desidera approfondire il discorso da un punto di vista più tecnico, per approfondire l’equazione di Polyakov si può vedere http://nonciclopedia.wikia.com/wiki/File:Equazione_Polyakov.png o la tesi di laurea sull’argomento: http://cds.cern.ch/record/527607/files/0111187.pdf o su  Wikipedia: http://it.wikipedia.org/wiki/Azione_di_Poljakov

Sergio Ragaini
Nato a Milano. Laureato in Matematica, ha sempre visto la matematica e la fisica come una sorta di “sesto senso”, che ci fa intuire nuovi mondi, anche dentro di noi. Cercando una visione unitaria dell'uomo e della cultura, si è occupato di diverse cose, spaziando dall'insegnamento al giornalismo. Ha collaborato con diverse riviste, occupandosi dei più disparati argomenti, dal cinema al turismo, alla spiritualità. Parte importante, per lui, è anche la musica, che pratica attivamente, e che per lui è anche un modo per andare al cuore dell'uomo.