Gravità negativa per la propulsione

di Avi Loeb

Dato che il sole sorge tardi nella stagione autunnale, la mia corsa mattutina di oggi è iniziata nella completa oscurità con le stelle ancora visibili in cielo. Le stelle apparivano come luci remote della città. Alzando lo sguardo, desideravo che la gravità non tenesse i miei piedi incollati a Terra, permettendomi di continuare la mia corsa fino alle stelle. Ciò sarebbe possibile se la gravità fosse negativa.

Cos’è la gravità negativa

Secondo le equazioni della relatività generale di Albert Einstein, la gravità è generata non solo dalla massa o dalla sua energia equivalente, ma anche dalla pressione. In un mezzo uniforme, la forza di gravità è dettata dalla densità di energia più tre volte la pressione. Per la radiazione, la pressione è un terzo della densità di energia e quindi la gravità è raddoppiata rispetto alla materia fredda della stessa densità di energia.

Ma il vuoto è qualitativamente diverso dalla materia o dalla radiazione. Ha una pressione negativa con una magnitudine uguale alla sua densità di energia. Di conseguenza, la sua densità di energia più tre volte la sua pressione induce una gravità repulsiva.

Se Isaac Newton si sedesse sotto un melo in uno sfondo gravitazionale dominato dal vuoto, la mela si solleverebbe invece di cadere. Inoltre, la velocità della mela continuerebbe ad aumentare man mano che sale fino alla velocità della luce.

Questa non è fantasia. L’attuale bilancio di massa dell’Universo è dominato dal vuoto e la sua gravità repulsiva fa sì che le galassie si allontanino l’una dall’altra a una velocità sempre crescente. Come con la mela di Newton, l’accelerazione cosmica separerà le galassie fino alla velocità della luce entro dieci miliardi di anni.

Non vedremo la luce emanare da queste lontane galassie dopo che avranno raggiunto la velocità della luce. In quel momento, usciranno dal nostro orizzonte degli eventi proprio come una lampadina che cade in un buco nero. Ho riassunto questa cupa previsione cosmica in un articolo, poco dopo la scoperta dell’accelerazione cosmica un quarto di secolo fa.

Potremmo spingerci verso le stelle manipolando l’energia oscura cosmica che crea il vuoto? Ovviamente, non c’è modo per noi di scavare o progettare una sostanza che non capiamo. Finora, i cosmologi non hanno idea della natura dell’energia oscura cosmica. Ma forse gli eso-cosmologi sui pianeti abitabili attorno ad altre stelle l’hanno capito. Se è così, dovrebbero essere pagati più dei nostri cosmologi.

In linea di principio, potremmo controllare nel cielo la presenza di veicoli extraterrestri che si muovono senza che nulla esca dai loro scarichi. Se mai identificheremo tali oggetti attraverso la loro interazione con la luce, essi interagiranno anche con l’aria o l’acqua in modi che possiamo rilevare perché tutte queste interazioni sono mediate dall’elettromagnetismo. Indipendentemente dal metodo di propulsione, qualsiasi oggetto osservato attraverso rilevatori ottici, infrarossi o radio, ci apparirà sotto forma di una palla di fuoco se si muove attraverso l’atmosfera o attraverso l’acqua a velocità estreme.

Ma anche se la gravità negativa del vuoto non potesse essere utilizzata per la propulsione, la normale gravità attrattiva potrebbe essere imbrigliata attraverso aiuti gravitazionali.

Nelle immediate vicinanze delle stelle, la gravità può lanciare un veicolo spaziale fino a una parte per mille della velocità della luce (fionda gravitazionale). I resti compatti di stelle morte possono fornire un aumento di velocità maggiore.

Ad esempio, molte stelle che si sono formate al culmine della storia della formazione stellare cosmica dieci miliardi di anni fa, hanno ormai consumato il loro combustibile nucleare e i loro nuclei si sono trasformati in freddi resti metallici. Queste cosiddette nane bianche hanno le dimensioni della Terra e la massa del Sole. Una civiltà evoluta potrebbe sfruttare una nana bianca per perseguire assistenza gravitazionale fino a una percentuale rilevante della velocità della luce.

Un decimo della velocità della luce è accessibile con una fionda gravitazionale composta da due stelle di neutroni in un’orbita stretta. Le coppie di buchi neri possono fare anche meglio.

Gli esperimenti LIGO hanno rilevato potenti onde gravitazionali da entrambi i tipi di sistemi. A parte il normale calcio gravitazionale, si può immaginare un veicolo che cavalca la cresta di un’onda gravitazionale e ne trae energia come un surfista su un’onda dell’oceano.

Il surfista sperimenta un’accelerazione finché alla fine non scivola fuori sincronia con la cresta dell’onda a causa della sua differenza di velocità. Nella mia tesi di dottorato, ho mostrato che una particella carica in un movimento elicoidale attorno a un campo magnetico potrebbe bloccarsi in una risonanza permanente con la fase di un’onda elettromagnetica planare ed essere accelerata indefinitamente a energie estremamente elevate. Anche questa auto-risonanza si applica a un’onda gravitazionale planare.

Il miglior lanciatore è una fionda composta da una coppia stretta di buchi neri supermassicci. Come ho mostrato in un articolo con il mio ex post-dottorato, James Guillochon, questo flipper gravitazionale può lanciare un oggetto denso a velocità prossime a quella della luce.

Un altro percorso per un lancio assistito dalla gravità è associato a una coppia di stelle che passa vicino al buco nero supermassiccio, ad esempio, SgrA*, che si trova al centro della nostra galassia, la Via Lattea. Come ho mostrato in un articolo con il mio ex studente, Idan Ginsburg, questo processo potrebbe produrre un sistema di ipervelocità costituito da un pianeta abitabile attorno a una stella, accelerato fino a una percentuale della velocità della luce.

L’innovazione risiede nelle giovani menti. Questo mi fa sperare che il futuro sarà migliore del passato. Nuove stelle potrebbero dare vita a civiltà tecnologiche ancora più avanzate nel nostro vicinato cosmico.

Il telescopio Webb ha appena rilasciato una bellissima immagine di giovani stelle, nate in un vicino vivaio stellare. Guardando questa immagine, i miei desideri per le civiltà future là fuori sono stati sintetizzati dalle parole di Bob Dylan: “Possa tu costruire una scala verso le stelle / E salire su ogni gradino / Possa tu rimanere per sempre giovane“.

CIRCA L’AUTORE

Avi Loeb è il capo del Progetto Galileo, direttore fondatore della Black Hole Initiative dell’Università di Harvard, direttore dell’Institute for Theory and Computation presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ed ex presidente del dipartimento di astronomia dell’Università di Harvard (2011 –2020). Presiede il comitato consultivo per il progetto Breakthrough Starshot ed è un ex membro del President’s Council of Advisors on Science and Technology ed ex presidente del Board on Physics and Astronomy delle National Academies. È l’autore bestseller di “Extraterrestre: il primo segno di vita intelligente oltre la Terra” e coautore del libro di testo “La vita nel cosmo“, entrambi pubblicati nel 2021.