L’argomento che ci accingeremo ad esporre ci ha visto immersi per molto tempo in ricerche e raffronti che hanno infine portato buoni frutti al nostro studio. Quanto verrà esposto non è stato ripreso, come si potrà pensare, da materiale fantascientifico, bensì da riviste specializzate, testi accademici e studi compiuti da ricercatori qualificati.
Il nostro intento non è di spiegare né presentare come vere queste teorie, ma di allargare i nostri orizzonti cognitivi e di farci avvicinare verso un futuro ancora incerto. Il limite attuale impostoci, non consiste solo in quello che ci viene dato dalla tecnologia, ma anche quello che ci viene dal mondo scientifico. La comunità scientifica ha sempre osteggiato la possibilità che esseri provenienti da un altro pianeta potessero superare le distanze interstellari per raggiungerci; ma come mai questo? La motivazione ufficiale è che essi non possederebbero la tecnologia necessaria per raggiungerci. Consideriamo un fattore, ovvero che se sono riusciti ad arrivare fino a qua sicuramente hanno trovato la tecnologia necessaria, migliore della nostra, per poter percorrere le distanze del cosmo. Siamo stati abituati spesso, come in Star Trek per esempio, a sentire parlare di effetti di distorsione spazio-temporale o warp drive, collegati alla possibilità di percorrere immense distanze nell’universo.
Oggi recentissime teorie ci dicono che quello che noi credevamo incredibile o impossibile è invece realtà, realtà non però per i nostri giorni ma per un futuro che ancora si deve schiudere. Con tale argomento vogliamo anche pensare che sia realmente possibile da parte di altre specie non terrestri poter viaggiare nelle immensità del cosmo con un tempo di tragitto estremamente breve. Alla luce di recenti ricerche possiamo oggi finalmente affermare che è possibile, in via del tutto teorica, compiere viaggi attraverso lo spazio-tempo, aggirando quelle che sono le leggi conosciute della fisica. Il sostanziale deficit alla nostra teoria è però l’impossibilità attuale di costruire un apparecchio in grado di distorcere il tessuto stesso dello spazio-tempo ma nulla ci vieta che ciò possa avvenire una volta acquisita la tecnologia necessaria. Curioso a dirsi ma noi viviamo già in una distorsione spazio-temporale, tale distorsione è causata dalla massa del nostro pianeta.
Secondo la fisica classica, un qualsiasi oggetto avente massa esercita un’attrazione gravitazionale ed è soggetto ad attrazione gravitazionale, tale forza (nella teoria della relatività generale), viene espressa e descritta come un curvatura del continuum spazio-temporale. La relativamente grande massa che il nostro pianeta possiede provoca la formazione di quella che viene definita nella terminologia scientifica “buca gravitometrica”. Tutto ciò che si trova all’interno e intorno ad essa tende a precipitare verso il suo centro, è per questo motivo che se lanciamo un qualunque oggetto in aria questo ricade a terra e noi interpretiamo questo fenomeno come attrazione.
Dalla relatività generale possiamo evidenziare anche che una massa in rotazione nello spazio-tempo provoca nello stesso delle onde o frastagliature e queste, propagandosi, provocano delle alterazioni spazio-temporali del luogo. Le interazioni si intensificheranno all’aumentare della massa, della densità e delle dimensioni. Risulterebbe quindi più semplice alterare la trama spazio-temporale se riuscissimo ad avere “oggetti” super massivi ed in rotazione. Le alterazioni così create potrebbero portare a possibili viaggi spazio-temporali e a spostamenti superluminali.
Negli anni trenta un ricercatore che aveva oramai raggiunto la fama mondiale, Albert Einstein, si dedicò durante le sue ricerche al fenomeno della distorsione dello spazio-tempo. Da tali ricerche vennero definite degli oggetti con struttura a cunicolo, molto particolari, e che presero il nome di “ponti di Einstein-Rosen”, o wormholes, questi ponti diventarono la base per tutte le future ricerche sui sistemi di propulsione a distorsione. Oggi, nel duemila, cerchiamo ancora una fonte di combustibile che ci possa permettere di spostarci con una certa autonomia nello spazio aspettando che una tecnologia sofisticata ci permetta di realizzare i primi velivoli che sfruttino la propulsione esposta nella nostra ricerca.
Lo stato attuale delle nostre tecnologie ci impedisce categoricamente il viaggio interstellare, sappiamo altrettanto bene dalla cronaca che i viaggi interplanetari, ovvero all’interno del nostro sistema solare, presentano continui problemi, basta vedere la quantità di sonde automatizzate inviate in questi ultimi anni nel pianeta rosso e quante di queste hanno funzionato. Da ciò potremmo desumere che non esistono quindi possibilità per i viaggi interstellari! Sbagliato!!!! L’idea che molti scienziati hanno proposto, e che noi vogliamo presentarvi, si basa su di una nuova concezione del volo spaziale. L’idea è quella di non utilizzare, come è stato fatto fino ad oggi, un sistema di propulsione convenzionale,basato cioè sul principio di azione-reazione postulato da Newton, ma un sistema di propulsione che sfrutta una tecnologia ancora a noi ignota, ma che potrà in un futuro diventare realtà, la distorsione spazio-temporale.
Come affermato in precedenza la teoria della relatività ci insegna che niente può superare la velocità della luce, ma dobbiamo precisare che niente può viaggiare localmente più veloce della luce. Ciò significa che niente può viaggiare più velocemente in riferimento a marcatori locali di distanze, con marcatori di distanze vogliamo identificare osservatori immobili che assistono ad un fenomeno. Nel momento in cui andiamo a curvare lo spazio-tempo, questi marcatori di distanze locali non funzionano di necessità a livello globale. Se è possibile modificare il continuum, gli oggetti che sono in moto a velocità localmente anche molto basse, potrebbero, in teoria, e in conseguenza di una espansione e di una dilatazione dello spazio-tempo, percorrere distanze immense in piccoli intervalli di tempo.
Recentemente, nel 1994, un fisico gallese, Miguel Alcubierre, è riuscito a dimostrare la possibilità di creare una configurazione dello spazio-tempo in cui un veicolo possa viaggiare fra due punti in un tempo arbitrariamente breve. Inoltre, e questo è un punto fondamentale nella nostra trattazione, nel corso di tutto il viaggio il veicolo potrebbe muoversi rispetto al suo ambiente locale ad una velocità molto inferiore a quella della luce rispetto ad un osservatore che vedrebbe il limite di tale barriera infranto, così che anche il paradosso degli orologi insegnatoci da Einstein andrebbe a decadere. Dalle equazioni einsteniane, Alcubierre riuscì a estrapolare soluzioni che hanno molte delle caratteristiche del motore a curvatura. La bolla di curvatura spazio-temporale creata da tale sistema di propulsione sarebbe in grado di trasportare un’astronave ipotetica, a velocità arbitrariamente alte rispetto ad un osservatore che si troverebbe fuori dalla bolla.
Vogliamo aprire una piccola parentesi ricordando che fenomeni del genere sono spesso associati ad alcuni avvistamenti ufologici, nei quali gli oggetti sembrano sfrecciare a velocità incredibili oltre che compiere manovre per noi impossibili, ciò forse è dovuto ad un annullamento totale o quasi della forza di gravità e dell’attrito terrestri, nei confronti del velivolo. Il motore a curvatura sembrerebbe violare i postulati di Einstein secondo i quali non è possibile superare in velocità un segnale luminoso percorrendo il suo stesso cammino. Quando lo spazio è curvato, dovrebbe essere possibile però anticipare il segnale luminoso seguendo una via diversa: una scorciatoia creata dalla contrazione dello spazio-tempo di fronte alla bolla e dalla sua espansione dietro ad essa.
Un problema del genere sul modello di Alcubierre, venne evidenziato da Sergej V. Krasnikov, dell’Osservatorio astronomico centrale di Pulkovo, vicino a San Pietroburgo. Egli vide che l’interno della bolla non ha connessioni causali con il suo margine anteriore. Come conseguenza la bolla non può essere pilotata, avviata o arrestata dal comandante dell’ipotetica astronave, ma bisogna operare una programmazione anticipata da un agente esterno. Per aggirare tali problemi, Kasnikov propose un’altra teoria molto interessante definita dei “tunnel superluminali”, inerente un tubo di spazio-tempo modificato (diverso dal varco spazio-temporale) che connette un punto di partenza con una eventuale stella lontana. Tale tunnel consentirebbe il viaggio solo in un senso e dovrebbe essere creato dall’equipaggio dell’astronave durante il viaggio di andata, effettuato a velocità subluminale . Il viaggio di ritorno, al contrario, potrebbe essere effettuato alla velocità consentita dalla curvatura.
Il tunnel di Krasnikov implica, come vedremo in seguito, energia negativa, così come le bolle di curvatura ed altri metodi ipotizzati per effettuare viaggi interstellari.
Questo è un secondo metodo evidenziato per effettuare viaggi a distorsione. Dobbiamo tener presente che nel momento in cui riuscissimo a costruire dei varchi spazio-temporali o dei motori a curvatura, anche il viaggio nel tempo diventerebbe realizzabile. Il trascorre del tempo ,come sappiamo, è relativo e dipende dalla velocità dell’osservatore, una persona che lascia la terra in moto a velocità prossima a quella della luce, al ritorno sarà invecchiata molto meno di coloro che sono rimasti sul nostro pianeta. Sembra che la relatività generale ci permetta tutti questi lussi, anche se le situazioni finora descritte sembrerebbero violare buona parte delle leggi della fisica da noi conosciute.
Da quanto abbiamo descritto, abbiamo visto che l’energia negativa è alla base di questo tipo di propulsione futuristico. La fisica quantistica, tuttavia, impone delle rigide restrizioni all’utilizzo dell’energia negativa, dette disuguaglianze quantistiche, secondo le quali, ad esempio, maggiori sono le dimensioni di un varco spazio-temporale e maggiore risulta essere l’energia negativa necessaria per realizzarlo. Il problema consiste nel fatto che una così elevata quantità di energia deve essere confinata in una banda estremamente sottile. Qualora le disuguaglianze quantistiche vengano applicate ai varchi spazio-temporali ed ai motori di curvatura emerge che o tali strutture debbano essere limitate a scale submicroscopiche o se sono macroscopiche, che l’energia negativa rimanga appunto confinata in bande estremamente sottili.
E’ stato stimato che l’energia negativa capace di creare un varco di un metro nella trama del continuum spazio-temporale debba essere uguale all’energia fornita in un anno da 10 miliardi di stelle, per varchi più ampi la situazione non cambia molto. Il problema che eventuali progettisti incontrerebbero nel costruire macchine a curvatura sarebbe quello di confinare queste enormi energie in volumi estremamente ridotti. Nel modello di Alcubierre una bolla di curvatura spazio-temporale che si muova a dieci volte la velocità della luce deve avere una parte non più spessa di 10^-32 metri. Una bolla abbastanza grande per contenere una nave di 200 metri richiederebbe una quantità di energia negativa pari a 10 miliardi di volte la massa dell’universo osservabile.
Chris Van de Breock dell’università di Lovanio, Belgio, ha proposto però un’altra teoria che impiega quantità di energia molto inferiori ma pone l’ardua sfida di infilare l’astronave in una bottiglia di spazio-tempo curvo il cui collo misura 10^-32 metri di diametro. Abbiamo voluto rimarcare più volte che la tecnologia necessaria per poter costruire tutto ciò sia oggi come oggi improponibile, quanto irrealizzabile. Pensiamo, tuttavia, per un momento, che agli inizi del nostro secolo volare nel cielo era considerato come una sfida stessa ai disegni di Dio e alle regole imposte agli uomini, oggi però siamo andati sulla luna distante centinaia di migliaia di chilometri e ci stiamo avvicinando sempre più ad orizzonti che sarebbero sembrati, anche decenni fa, irrealizzabili.
Nulla però vieta che il progredire esponenziale delle nostre conoscenze e delle nostre scoperte ci possa portare, non sappiamo quando, a realizzare anche questo sogno. Se come abbiamo detto riuscissimo ad alterare il tessuto stesso dello spazio-tempo, facendolo espandere e contrarre, il veicolo sottoposto a tale sistema si muoverebbe (non nel termine che gli connotiamo noi abitualmente) insieme allo spazio che lo circonda e avremmo lo stesso risultato di una tavola da surf che si trova sopra un’onda. La nave in questa maniera non si troverebbe mai a viaggiare localmente a velocità superluminali, poiché la luce verrebbe trasportata insieme all’onda di espansione nello spazio. In questa maniera non violeremmo nessuna delle leggi dettateci dalla fisica, le bypasseremo semplicemente. Si andranno a creare in tale maniera enormi onde gravitazionali che però non sarebbero mai vicine al veicolo e di conseguenza non minaccerebbero la salute di un eventuale equipaggio. Il costo della soluzione adottata però deve tener conto che le varie configurazioni dello spazio-tempo sono connesse ad una qualche distribuzione sottostante della materia e dell’energia.
Perché lo spazio desiderato sia “fisico”, occorre che si possa conseguire la distribuzione richiesta della materia e dell’energia. Abbiamo finora esposto l’ipotetico funzionamento di un motore a curvatura, che ci permetterebbe viaggi verso le stelle a costi di tempo estremamente bassi e con rese eccezionali. Abbiamo voluto più volte specificare che non esiste oggi, per quanto ne sappiamo, sul nostro pianeta una tecnologia in grado di costruire un apparecchio che sfrutti tale sistema di propulsione ma allo stesso tempo abbiamo voluto evidenziare come molte teorie e scoperte che sono state elaborate nel corso degli ultimi anni tendano ad avvalorare una sua possibile costruzione futura. Assodato che tale motore sia costruibile, almeno in via ipotetica, dobbiamo tener conto però del membro di destra delle equazioni di Einstein, ossia la distribuzione della materia e l’energia richiesta per la produzione della curvatura spazio tempo. [ E=mc^2 ]
Ipotetici viaggiatori spazio-temporali che si muovessero all’interno di questi varchi ad alta velocità, potrebbero misurare intorno a loro una energia negativa, il tipo di energia necessario per produrre una propulsione a curvatura. Ricerche dimostrano che anche osservatori in quiete rispetto alla nave rivelerebbero una energia negativa. Le soluzioni della relatività generale, richieste per mantenere aperti i tunnel spazio-temporali, implicano che la materia debba respingere gravitazionalmente altra materia. Nella relatività generale troviamo un teorema grazie al quale questa condizione equivarrebbe in generale a richiedere che l’energia della materia sia negativa. Qualora la regione centrale del varco spazio-temporale fosse “costituita” da energia positiva anziché negativa, le pareti interne collasserebbero e occluderebbero il varco stesso, rendendo impossibile il suo attraversamento da parte di un ipotetico velivolo spaziale.
Il motivo per cui la realizzazione dei varchi spazio-temporali richiede obbligatoriamente energia negativa, consiste nel fatto che all’interno del tunnel, si troverebbero forze gravitazionali negative grazie alle quali le pareti interne invece di collassare, si respingerebbero reciprocamente, mantenendo così aperto il passaggio. Dobbiamo a questo punto concederci un piccolo spazio per precisare alcuni punti. Come abbiamo potuto evincere da quanto detto, perché possa avvenire una distorsione dobbiamo impiegare qualcosa che stiri e tiri il continuum, questo qualcosa deve essere correlato con la gravità e deve poter usufruire delle sue leggi. Nel corso di questo secolo, miriadi di ricercatori si avvicinarono a soluzioni che Einstein iniziò a prospettare prima di morire e che lo assorbirono negli ultimi anni della sua vita, parliamo dell’unificazione delle quattro interazioni fondamentali.
Come sapete bene l’intero universo, noi compresi, è governato da quattro interazioni o forze fondamentali (quella elettromagnetica, nucleare debole, nucleare forte e gravitazionale. Dopo svariati decenni di ricerche, scienziati da tutto il mondo sono riusciti a trovare punti d’appoggio nonché vere e proprie correlazioni tra tre di queste quattro forze unificandole a livello matematico e dandogli il nome di G.U.T. (Grande Teoria Unificata). In questa unificazione non è presente però la forza gravitazionale che possiamo sperimentare tutti i giorni ma i cui bosoni vettori, detti gravitoni, non sono stati ancora rilevati e a tale scopo sono stati varati vari progetti internazionali il cui fine sarebbe proprio quello di portare alla luce queste particelle enigmatiche.
Sarebbero proprio i gravitoni che, opportunamente modulati, permetterebbero lo stiramento e l’allungamento del tessuto spazio temporale, ma mancando la prova sperimentale riguardo all’esistenza di tali particelle non è possibile oggi pensare neanche ad un loro utilizzo pratico, ma semplicemente teorizzare quelli che potrebbero essere i loro impieghi. Le teorie a supporto della loro esistenza sono molteplici, e avvalorerebbero anche le ipotesi dell’uomo che nel 1918 le ipotizzo, Albert Einstein. Ritornando al discorso affrontato precedentemente, il fatto sorprendente per noi è che nel momento in cui accostiamo la meccanica quantistica alla relatività ristretta, vediamo una implicazione che, per quanto riguarda almeno le scale submicroscopiche, presenta una distribuzione locale di energia che può essere negativa. In effetti sembra che le fluttuazioni quantistiche abbiano proprio queste proprietà. Abbiamo detto prima che il tessuto spazio-temporale può essere modificato, piegandolo ed increspandolo grazie ad una forte quantità di onde gravitazionali focalizzate in un punto.
Perché avvenga ciò dobbiamo avere il controllo all’origine di una onda gravitazionale, controllo che ancora ci sfugge. Il punto chiave del controllo della gravità consiste nella scoperta di un tipo di particella a noi noto a livello teorico, la scoperta dei gravitoni. Sappiamo dalle teorie quanto-meccaniche che la forza di gravità potrebbe essere causata dal continuo scambio di gravitoni tra due corpi dotati di massa. Il risultato che avremmo, e in cui viviamo senza accorgercene, sarebbe un’attrazione fra i due corpi. Manipolando le stesse particelle potremmo imporgli una forza repulsiva causando così il fenomeno definito antigravità. Il problema è se questa tecnologia sarà resa disponibile al pubblico, se non è gia stata creata e utilizzata a nostra insaputa. Spesso le innovazioni tecniche ed il loro ritmo non sono destinati a soddisfare bisogni quanto invece a creare bisogni, Dobbiamo quindi chiederci se il nostro bisogno, nostro inteso come popolo e non come governo, sarà quello di spingerci oltre certi confini.
Nei primi mesi di quest’anno siamo stati molto sorpresi nel vedere una delle maggiori riviste di divulgazione scientifica pubblicare, dedicandole niente meno che la copertina, un articolo di due ricercatori statunitensi, Lawrence H. Ford e Thomas A. Roman, della Tufts University inerente l’energia negativa e la possibilità di distorcere lo spazio-tempo con essa. In questo affascinante articolo, pubblicato sulla rivista “Le Scienze”, i due autori ci introducono nelle implicazioni e nelle scoperte che nei loro dieci anni li hanno portati a formulare un’ipotesi plausibile su come distorcere il continuum spazio-temporale. Secondo la fisica quantistica, ed in particolare il principio di indeterminazione di Heisenberg, non è possibile attribuire un valore di energia nullo al vuoto, in quanto per farlo occorrerebbe un tempo di misura infinito.
Ora per l’equivalenza tra energia e massa, esiste una certa probabilità che compaiano spontaneamente coppie di particelle-antiparticelle virtuali per un tempo inversamente proporzionale alla loro massa, secondo un fenomeno detto polarizzazione del vuoto in quella che viene definita, come schiuma quantistica. La continua comparsa e scomparsa di particelle virtuali va sotto il nome di fluttuazioni quantistiche e lo smorzamento o l’attenuazione di quest’ultime determina l’insorgenza, in alcune parti del vuoto quantistico, di energia negativa. L’energia che ci serve per poter aprire un cunicolo capace di farci viaggiare attraverso lo spazio-tempo, sostengono i ricercatori, è veramente insolita, ma non è niente di fantascientifico, si tratta dell’energia negativa. Con il termine “energia negativa”, non vogliamo intendere però l’antimateria (che ha sempre energia positiva), né dobbiamo associarla a quella che viene comunemente chiamata energia “esotica”.
Le onde di luce ordinaria hanno densità di energia positiva o nulla in diversi punti dello spazio, quando noi interagiamo con alcuni stati che vengono definiti “spremuti”, la densità di energia in un certo istante di tempo può diventare negativa in qualche punto, per compensazione la curva di energia positiva deve aumentare. Più elevato è il valore di energia negativa e più breve è l’intervallo di tempo che intercorre tra l’impulso di energia negativa e quello di energia positiva. Alcuni tra i più importanti laboratori mondiali, come il Los Alamos National Laboratory (LANL), sono riusciti a creare per brevissime frazioni di secondo impulsi di energia negativa che purtroppo si sono dissolti pochi istanti dopo per il consequenziale subentro massiccio di energia positiva. Il problema attuale è quello di riuscire a contenere pacchetti di energia negativa in ambienti stabili. Dalle ricerche compiute è stato notato che la presenza di energia negativa è sempre ed inderogabilmente associata ad energia positiva; ciò comporta quindi che il nostro primo punto di ricerca sia quello di isolare i due tipi di energia.
Il concetto di energia negativa è presente in molte branche della fisica moderna e lo possiamo anche ritrovare in quei misteri cosmici che sono i buchi neri. Oggi sappiamo che i buchi neri sono “oggetti” estremamente complessi, le cui leggi sembrano violare alcune delle nostre più accreditate conoscenze, siamo certi però che le singolarità siano enormi produttori di energia negativa. Stephen Hawking, una delle menti più geniali di questo secolo, ha ipotizzato una base per la creazione dell’energia negativa. Hawking postula, che, nel momento in cui certe stelle iniziano a collassate e quindi a morire, si vengono a sprigionare forze incredibili.
Tali forze condensano la materia a tal punto da portare stelle enormemente più grandi del nostro sole a raggiungere il raggio di qualche chilometro e la gravità diventa talmente forte da trattenere qualsiasi radiazione. Si viene così a creare, per un fenomeno a noi ancora ignoto, un buco nero che continua ad irradiare radiazione (la radiazione di Hawking) e a contrarsi fino a che l’orizzonte degli eventi scompare e la singolarità interna viene esposta all’universo. Dal punto di vista teoretico, Hawking ha osservato che la singolarità nuda (così viene chiamata la singolarità di un buco nero quando viene esposta all’universo circostante) presenta una massa negativa.
A conclusione di quanto detto, la scienza talvolta osteggia teorie nuove, molte volte bollando gli stessi ricercatori come “scienziati eretici”. L’unica speranza è che nel momento in cui tali tecnologie saranno possibili non si interpongano ragioni di stato o militari che ne vincolino o precludano l’utilizzo. Come affermò Max Planck, grande ricercatore di questo secolo: ” …l’ortodossia scientifica è tutt’altro che immutabile e i fenomeni che vengono derisi come assurdità in una data generazione possono diventare oggetto di serio studio in quella successiva”. E’ doveroso sottolineare, per l’ultima volta, tuttavia, che allo stato attuale delle conoscenze scientifico-tecnologiche, non è possibile realizzare sistemi propulsivi spaziali non convenzionali che sfruttino la distorsione del continuum spazio-temporale al fine di compiere viaggi interstellari.Qualora i ricercatori fossero in grado di bypassare, in qualche modo, le fastidiose e noiose disuguaglianze quantistiche, la realizzazione di tali sistemi propulsivi diverrebbe verosimile e possibile. Nel momento in cui le disuguaglianze quantistiche venissero aggirate e quindi i sistemi di propulsione non convenzionale venissero realizzati, nessuno potrebbe più ragionevolmente escludere la possibilità che civiltà aliene tecnologicamente avanzate abbiano interagito, interagiscano o interagiranno con il pianeta terra e l’umanità.
Enrico Baccarini
Bibliografia:
– Lawrence M. Krauss, “La fisica di Star Trek”, ed. TEA 1995
– John Gribbin, “Costruire la macchina del Tempo, viaggio attraverso i buchi neri ed i cunicoli spazio-temporali”, ed. Aporie 1999
– “Le Scienze” numero 379 marzo 2000
– Physic Review, Quantum Gravity 11 (1994) L73-L77m Printed in UK
– Materiale inviato da Marc G. Millis del NASA Breakthrough Propulsion Physic Program