È difficile vivere in un universo relativistico, dove anche le stelle più vicine sono lontanissime e la velocità della luce è assoluta. Non c’è da stupirsi quindi che i franchising di fantascienza impieghino abitualmente per le astronavi fantasiosi dispositivi di propulsione FTL (Faster-than-Light) per far funzionare la trama.
Basta premere un pulsante o tirare una leva quel sofisticato sistema di propulsione, i cui meccanismi nessuno può spiegare, ci invierà in un’altra posizione nello spazio-tempo.
Tuttavia, negli ultimi anni, la comunità scientifica si è notevolmente divisa tra possibilisti e scettici riguardo alle affermazioni secondo cui un concetto particolare, l’Alcubierre Warp Drive, potrebbe effettivamente essere fattibile.
Questo è stato l’argomento di una presentazione effettuata lo scorso agosto all’American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum, che si è tenuto ad Indianapolis.
Questa presentazione è stata condotta da Joseph Agnew, un ingegnere ricercatore dell’Università dell’Alabama nel Centro di ricerca sulla propulsione di Huntsville.
Nell’ambito di una sessione intitolata “Il futuro della propulsione nucleare“, Agnew ha condiviso i risultati di uno studio che ha condotto intitolato “Esame di una teoria e una tecnologia per determinarne lo stato dell’arte e la fattibilità“.
Come ha spiegato Agnew davanti ad un sala gremita, la teoria alla base di un sistema di propulsione a curvatura è relativamente semplice.
Originariamente proposto dal fisico messicano Miguel Alcubierre nel 1994, questo concetto per un sistema FTL è visto come una soluzione altamente teorica (ma forse valida) alle equazioni di campo di Einstein, che descrivono come spazio, tempo ed energia interagiscono nel nostro Universo.
In parole povere, il motore proposto da Alcubierre realizzerebbe il viaggio spaziale a velocità superiori a quella della luce grazie ad un trucco: allungando il tessuto dello spazio-tempo in un’onda, facendo contrarre lo spazio davanti all’astronave e riespandendo lo spazio dietro.
In teoria, un veicolo spaziale all’interno di questa onda sarebbe in grado di cavalcare questa “bolla di curvatura” e percorrere le distanze interstellari molto più rapidamente della luce. Questo è noto come “Alcubierre Metric“.
Interpretato nel contesto della Relatività Generale, l’interno della bolla generata dall’onda costituirebbe il quadro di riferimento inerziale per qualsiasi cosa al suo interno. Tali bolle potrebbero essere generate in una regione dello spazio-tempo precedentemente piatta per spostarsi su enormi distanze in tempi inferiori a quanto impiegherebbe la luce.
Poiché la nave non si muoverebbe attraverso lo spazio-tempo (ma si muoverebbe nello spazio-tempo stesso), gli effetti relativistici convenzionali (come la dilatazione del tempo) non si applicherebbero.
In breve, l’Alcubierre Metric consente i viaggi FTL senza violare le leggi della relatività in senso convenzionale.
Agnew ha spiegato ad Universe Today via e-mail c he stato ispirato da questo concetto fin dalle superiori e lo persegue da allora: “Ho approfondito la matematica e la scienza e, di conseguenza, ho iniziato a interessarmi alla fantascienza e alle teorie più avanzate su una scala più tecnica. Ho iniziato a guardare Star Trek, la serie originale e The Next Generation, e ho notato come avevano ha predetto o ispirato l’invenzione di telefoni cellulari, tablet e altri servizi. Ho pensato ad alcune delle altre tecnologie, come i siluri fotonici, i phaser e il dispositivo di curvatura, e ho cercato di confrontare ciò che la “scienza di star trek” e “l’equivalente di quella scienza nel mondo reale” avevano da dire al riguardo. Poi mi sono imbattuto nel documento originale di Miguel Alcubierre e dopo averlo digerito per un po’, ho iniziato a perseguire altre parole chiave e documenti e ad approfondire la teoria “.
In realtà, questo concetto che è stato generalmente respinto come del tutto teorico e altamente speculativo, negli ultimi anni ha avuto una nuova vita. Il merito di ciò va in gran parte a Harold “Sonny” White, a capo del team di propulsione avanzata del laboratorio di fisica propulsiva avanzata del NASA Johnson Space Center (alias “Eagleworks Laboratory“).
Durante il 100 Year Starship Symposium tenutosi nel 2011, White condivise alcuni calcoli aggiornati sulla Alcubierre Metric, oggetto di una presentazione intitolata “Warp Field Mechanics 101” (e uno studio con lo stesso nome).
Secondo White, la teoria di Alcubierre è solida, ma necessita di alcuni test e sviluppi seri. Da allora, lui e i suoi colleghi hanno fatto proprio queste cose attraverso l’Eagleworks Lab.
Allo stesso modo, Agnew ha trascorso gran parte della sua carriera accademica alla ricerca della teoria e della meccanica alla base della meccanica di curvatura. Sotto la guida di Jason Cassibry, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale e membro di facoltà del Propulsion Research Center della UAH, il lavoro di Agnew è culminato in uno studio che affronta i principali ostacoli e opportunità presentati dalla ricerca sulla meccanica di curvatura.
Come riferito da Agnew, uno dei più grandi problemi è il fatto che il concetto di “ordito di curvatura” non è ancora preso molto sul serio nei circoli scientifici: “Nella mia esperienza, la menzione del warp drive tende rendere surreale la conversazione perché è un concetto altamente teorico e considerato legato alla fantascienza. In realtà, questo discorso spesso viene accolto con commenti sprezzanti e usato come esempio di qualcosa di totalmente stravagante, cosa, tutto sommato, comprensibile. So che nel mio caso, inizialmente, l’avevo raggruppato mentalmente nella stessa categoria dei tipici concetti superluminali, dal momento che ovviamente tutti violano l’idea che la ‘velocità della luce è la massima velocità’. Solo quando ho approfondito la teoria con più attenzione ho capito che non aveva questi problemi. Penso che ci sarà molto più interesse sull’argomento quando verranno approfonditi i progressi che sono stati fatti. Anche la natura storicamente teorica dell’idea è di per sé un fattore dissuasivo, poiché è molto più difficile vedere progressi sostanziali quando si osservano le equazioni anziché i risultati quantitativi“.
Mentre le ricerche nel settore sono ancora agli inizi, ci sono stati numerosi sviluppi recenti. Ad esempio, la scoperta delle onde gravitazionali (GWS) effettuata dagli scienziati di LIGO nel 2016, che hanno confermato una previsione fatta da Einstein un secolo fa e dimostrano che le basi per la curvatura sono presenti in natura.
Come indicato da Agnew, questo è forse lo sviluppo più significativo, ma non l’unico: “Negli ultimi 5-10 anni, ci sono stati molti progressi eccellenti in linea con la previsione degli effetti previsti per l’azione del motore, determinando come si potrebbe metterlo in atto, rafforzando ipotesi e concetti fondamentali e modi per testare la teoria in un laboratorio. La scoperta di LIGO è stata, secondo me, un enorme balzo in avanti nella scienza, dal momento che ha dimostrato, sperimentalmente, che lo spaziotempo può ‘deformarsi’ e piegarsi in presenza di enormi campi gravitazionali, e questo si propaga in tutto l’Universo in un modo che possiamo misurare. In precedenza, era chiaro che questo era probabilmente il caso, grazie a Einstein, ma ora lo sappiamo con certezza“.
Poiché il sistema si basa sull’espansione e la compressione dello spaziotempo, questa scoperta ha dimostrato che alcuni di questi effetti si verificano in natura.
“Ora che sappiamo che l’effetto è reale, la domanda successiva, nella mia mente, è: ‘come lo studiamo e possiamo generarlo da soli in laboratorio?’“, Ha aggiunto. “Ovviamente, una cosa del genere comporterebbe un enorme investimento di tempo e risorse, ma sarebbe di grande beneficio“.
Naturalmente, il concetto di Warp Drive richiede ulteriore supporto e numerosi progressi prima che sia possibile la ricerca sperimentale. Questi includono progressi in termini di quadro teorico e progressi tecnologici.
Se questi saranno trattati come problemi “di dimensioni ridotte” anziché come una grande sfida, ha affermato Agnew, allora i progressi saranno sicuramente fatti: “In sostanza, ciò che è necessario per un ordito di curvatura è un modo per espandere e contrarre lo spaziotempo a piacimento e in modo locale, come intorno a un piccolo oggetto o nave. Sappiamo per certo che densità di energia molto elevate, nella forma dei campi EM o della massa, ad esempio, può causare la curvatura nello spazio-tempo, ma, per quanto ne sappiamo attualmente, sono necessarie enormi quantità per farlo. D’altro canto, le aree tecniche dovrebbero cercare di perfezionare le attrezzature e il processo il più possibile, rendendo più plausibili queste alte densità di energia. Credo che ci sia la possibilità che una volta che l’effetto potrà essere duplicato su scala di laboratorio, porterà a una comprensione molto più profonda di come funziona la gravità e potrà aprire la porta ad alcune teorie o scappatoie ancora da scoprire. In sostanza, il più grande ostacolo è l’energia, e con ciò arrivano gli ostacoli tecnologici, che richiedono campi EM più grandi, attrezzature più sensibili, ecc“.
L’enorme quantità di energia positiva e negativa necessaria per creare una bolla di curvatura rimane la più grande sfida associata al concetto di Alcubierre.
Attualmente, gli scienziati ritengono che l’unico modo per mantenere la densità di energia negativa richiesta per produrre la bolla sia utilizzando la materia esotica. Gli scienziati stimano inoltre che il fabbisogno energetico totale sarebbe equivalente alla massa di Giove.
Tuttavia, ciò rappresenta già un calo significativo rispetto alle precedenti stime energetiche, secondo le quali avrebbe richiesto una massa di energia equivalente all’intero Universo. Certo, una quantità di massa esotica equivalente alle dimensioni di Giove è ancora grande in modo proibitivo. A questo proposito, devono ancora essere compiuti progressi significativi per ridimensionare i requisiti energetici a qualcosa di più realistico.
L’unico modo prevedibile per farlo è attraverso ulteriori progressi nella fisica quantistica, nella meccanica quantistica e nei metamateriali, afferma Agnew. Per quanto riguarda il lato tecnico delle cose, saranno necessari ulteriori progressi nella creazione di superconduttori, interferometri e generatori magnetici. E, naturalmente, c’è il problema del finanziamento, che è sempre una sfida quando si tratta di concetti che sono considerati “oltre“.
Ma come afferma Agnew, questa non è una sfida insormontabile. Considerando i progressi compiuti finora, ci sono motivi per essere ottimisti riguardo al futuro: “La teoria ha dimostrato finora che vale la pena proseguire, ed è ora più facile che mai fornire prove che sia legittimo. In termini di giustificazioni per l’allocazione delle risorse, non è difficile dimostrare che la capacità di poter esplorare mondi oltre il nostro Sistema Solare, anche oltre la nostra Galassia, comporterebbe un enorme salto per l’umanità. E la crescita della tecnologia derivante dal superamento dei limiti della ricerca sarebbe sicuramente vantaggiosa in molti altri campi“.
Come l’avionica, la ricerca nucleare, l’esplorazione dello spazio, le auto elettriche e i missili lanciatori riutilizzabili, l’Alcubierre Warp Drive sembra destinato a essere uno di quei concetti che dovranno combattere in salita. Ma se questi altri casi storici sono indicativi, alla fine si potrebbe passare un punto di non ritorno e improvvisamente tutto sembrerà possibile!
E data il crescente interesse per gli esopianeti (un altro campo in crescita dell’astronomia), non mancano le persone che sperano di inviare missioni alle stelle vicine per cercare pianeti potenzialmente abitabili.
E come dimostrano certamente gli esempi di cui sopra, a volte tutto ciò che serve per far rotolare la palla è una buona spinta…
Fonte: Universe Today
