di William Giroldini. Lo sviluppo della teoria della Relatività. I viaggi nello spazio-tempo, i buchi neri e, infine, il paradosso dei due gemelli.
Nella puntata precedente de La ricerca della vita nell’Universo eravamo arrivati a considerare la possibilità che civiltà tecnologiche potessero navigare fra le stelle della nostra galassia, ma a causa della grande distanza media fra queste civiltà (espressa in anni luce) sarebbe sostanzialmente impossibile un viaggio interstellare su astronavi “normali”. Il tempo necessario sarebbe di migliaia di anni, assolutamente impraticabile.
La teoria della Relatività
E allora? Non c’è qualche scappatoria per questa empasse? Ebbene, qualche possibilità c’è e si trova annidata nelle leggi della fisica. Secondo la Teoria della Relatività, nessuna particella (o oggetto macroscopico) può viaggiare più velocemente della luce. E questo fatto è stato confermato da molti esperimenti.
Tuttavia la stessa Relatività ammette eccezioni:
a) Lo Spazio può espandersi a velocità superluminale: nella Teoria del Big-Bang, quando l’Universo fu creato circa 13.8 miliardi di anni fa, prese ad espandersi. Ed in effetti è lo Spazio stesso che si espande, anche in questo momento, trascinando con sè ciò che contiene (le galassie e le stelle). Perciò oggi osserviamo galassie molto molto lontane che si stanno allontanando da noi più velocemente della luce, poichè sono trascinate da regioni lontanissime di spazio in espansione.
b) Le equazioni della Relatività sono compatibili con l’esistenza di wormholes.
Un wormhole (o ponte di Einstein-Rosen) è una struttura ipotetica di collegamento fra due diverse regioni dello spazio-tempo e si basa su una speciale soluzione delle equazioni di campo di Einstein.
Un wormhole può essere visualizzato come un tunnel con due estremità in punti separati nello spazio-tempo (cioè, luoghi diversi, o punti diversi nel tempo, o entrambi).
I wormhole sono coerenti con la teoria della relatività generale di Einstein, ma resta da vedere se i wormhole esistono effettivamente. Molti scienziati postulano che i wormhole siano possibili se si ammette l’esistenza di una quarta dimensione spaziale (le dimensioni spaziali che noi sperimentiamo sono solo 3, ma diversi fenomeni della fisica fanno postulare che siano in realtà di più).
Non sappiamo creare un wormhole artificiale
Tuttavia, nessuno finora sa come creare un wormhole artificiale nè come dirigerlo verso un luogo remoto della galassia. Ma se fosse possibile, si potrebbero usare dei wormholes per attraversare in breve tempo enormi distanze galattiche.
Alcuni fisici ipotizzano che un buco nero (come quello enorme presente al centro della nostra galassia) possa essere l’ingresso di un grande wormhole che sbuca in qualche altra galassia.
Peccato che prima di raggiungere il buco nero stesso, qualsiasi struttura venga letteralmente fatta a pezzi dalle enormi forze gravitazionali e frantumata fino a livello atomico. Non è una prospettiva molto incoraggiante per qualsiasi viaggiatore.
Scienza e fantascienza
Tuttavia, l’idea di un enorme wormhole per viaggiare fra le stelle è stata usata nel film di fantascienza di grande successo Interstellar, diretto da Christopher Nolan.
Il film narra di un gruppo di astronauti che viaggiano attraverso un wormhole in cerca di una nuova casa per l’umanità. Nolan ha scritto la sceneggiatura assieme a suo fratello Jonathan e con la consulenza di Kip Thorne, un noto fisico teorico. La pellicola ha vinto l’Oscar per i migliori effetti speciali nell’edizione del 2015 ed ha ricevuto altre quattro nomination. Almeno nel film, l’idea ha funzionato.
Alcuni fisici postulano la possibilità di creare dei cosidetti “motori a curvatura” ovvero un tipo di propulsione che permette alle navi stellari di viaggiare a velocità superluminali. Si tratta di una invenzione letteraria della serie Star Trek, ma alcuni fisici considerano l’idea come possibile.
In sostanza il motore a curvatura crea una contrazione dello spazio-tempo davanti all’astronave ed una dilatazione dietro di essa, con una bolla di spazio-tempo normale al centro che racchiude l’astronave.
L’astronave quindi viaggia a velocità subluminale dentro la bolla, ma la bolla stessa si muove a velocità superluminale. Secondo la serie Star Trek, l’invenzione del motore a curvatura avverrà tra il 2061 e il 2063 ad opera del dott. Zefram Cochrane. Quindi abbiamo ancora un buon numero di anni prima di vedere questa meraviglia tecnologica.
Però di sicuro qualche magnate dei viaggi interplanetari inizierà a vendere delle azioni per questa invenzione prima ancora che sia effettivamente stata realizzata. Chi vuole prenotare? I guadagni previsti sono enormi, altro che bitcoin.
L’interconnessione di spazio e tempo
Mentre nella nostra esperienza quotidiana spazio e tempo ci appaiono sostanzialmente indipendenti (possiamo tornare nello stesso luogo tante volte in tempi diversi e la vita fluisce in maniera regolare verso il futuro), nella fisica dei viaggi superluminali possiamo incontrare dei pasticci catastrofici e inaspettati.
È ben noto il paradosso einsteniano dei due gemelli, che è compatibile con la Teoria della Relatività. Il primo gemello fa l’astronauta e fa un viaggio di 20 anni su una astronave che viaggia al 95% della velocità della luce. L’altro resta a casa, sulla Terra, e fa lo scrittore.
Quando torna finalmente il fratello astronauta, per lo scrittore sono passati 20 anni, è ovviamente invecchiato, ma suo fratello astronauta dimostra solo uno o due anni in più. Per quest’ultimo, il tempo rallenta tanto più quanto più si avvicina alla velocità della luce.
Il fenomeno è stato dimostrato – non su astronauti – ma su coppie di particelle come i muoni fatte viaggiare a bassa velocità l’una e a velocità prossima alla luce l’altra. E vale per qualsiasi particella o atomo nelle stesse condizioni.
Come giustamente evidenziato dal fisico Kip Thorne in Interstellar, quando si viaggia a velocità superluminali si può finire in un tempo molto lontano dal tempo presente che avevamo alla partenza. E quando si ritorna a casa… Dio solo sa cosa ci troveremo.
Magari assisteremo alla nascita di nostra madre o alla morte ultracentenaria di nostro figlio che avevamo lasciato in fasce… Per queste ragioni si sconsiglia di uscire di casa dicendo “Ciao cara, vado a comprare le sigarette su Alfa Centauri e torno per pranzo.”
Al ritorno (un paio d’ore dopo per il tempo soggettivo del fumatore) potremmo trovare la nostra cara con tre figli fatti nel frattempo con un’altro.
Ufologia e realtà scientifica
Tuttavia se è vero che secondo i nostri ufologi, il nostro pianeta è già stato visitato dagli alieni, allora bisogna ammettere che essi abbiano già inventato qualcosa di analogo ai wormholes o al motore a curvatura.
In nessun caso loro sono venuti qui a farci visita viaggiando su una normale astronave come quelle che noi usiamo attualmente per andare sulla Luna o su Marte. Questa considerazione ci fa anche ben sperare che non siano venuti con intenti ostili, poichè una civiltà altamente tecnologica e scientifica deve anche avere sviluppato un forte senso etico e sociale. Altrimenti non sarebbero compatibili con una tecnologia e una conoscenza scientifica veramente avanzata.
Io personalmente non sono un ufologo e non credo alle storie dei cerchi nel grano o ai rapimenti fatti da alieni per prelevare organi o roba del genere: quale civiltà tecnologica farebbe cose così assurde? Già noi stessi possiamo vedere l’interno di un corpo con la RMN o la TAC, la PET o altre tecniche non invasive e possiamo sequenziare il DNA di qualsiasi vivente) .
Credo invece che l’inventiva, la creatività e la intelligenza umana ci porteranno prima o poi a inventare un modo per navigare fra le stelle. Se non ci estinguimo prima in qualche guerra mondiale voluta dai politici. Ma io sono uno ottimista.
Per saperne di più:
Sui wormholes
Su Interstellar
Sul motore a curvatura
