E se i wormhole esistessero davvero?

I wormhole, tunnel spazio-temporali, esistenti fino a ora solo nella fantascienza, potrebbero essere reali.

I wormhole – scorciatoie nello spazio e nel tempo

Alcuni scienziati credono che presto saremo in grado di dimostrare che i wormhole sono una parte reale dell’universo, reale come il Sole e le stelle o te e me. Il termine scientifico per questo oggetto esotico è frutto del lavoro di Einstein e Rosen, che per primi ne hanno calcolato la possibile esistenza.

I wormhole sono radicati nella teoria della relatività generale di Albert Einstein, il suo capolavoro rivoluzionario che ha ribaltato le nostre idee sulla gravità. Per secoli abbiamo creduto di sapere come funzionasse la gravità, grazie a Isaac Newton. Le mele cadono a terra e la Terra rimane in orbita attorno al sole a causa dell’attrazione gravitazionale tra gli oggetti.

Einstein la vedeva in modo diverso, suggerendo che ciò che sperimentiamo come gravità è la curvatura dello spazio-tempo provocata dalle masse.

Sotto questo regime radicalmente nuovo, la Terra orbita attorno al Sole perché la massa della nostra stella deforma lo spazio intorno ad essa, proprio come una palla da bowling deformerebbe un lenzuolo se fosse posizionata al centro di esso.

Il nostro pianeta sta semplicemente seguendo la curvatura locale di questo tessuto, che Einstein chiamò “spazio-tempo”.

Servivano prove sperimentali per sostenere un’idea del genere

Fondamentalmente, un’eclissi solare nel 1919 ha offerto proprio una tale opportunità. Quando La luna coprì il Sole, fu possibile vedere le stelle vicine. Eppure non vediamo queste stelle dove sono realmente perché la gravità del Sole piega la loro luce verso di noi.

Le immagini concorrenti della gravità di Newton ed Einstein prevedevano diverse quantità di flessione, permettendoci di vedere chi aveva ragione. Einstein ne è uscito vincitore: gli oggetti massicci effettivamente piegano lo spazio-tempo intorno a loro.

E ora veniamo ai wormholes.

Immaginiamo che lo spazio sia un enorme foglio di carta. Viviamo da una parte e desideriamo passare dall’altra parte. Normalmente dovremmo arrancare per l’intera lunghezza della pagina per arrivarci. Ma cosa succede se invece piegassimo la carta a metà?

Improvvisamente, il luogo dove siamo e quello dove vorremmo essere sono proprio uno accanto all’altro. Ci basta semplicemente saltare quel piccolo spazio. Chiamiamo questi oggetti teorici wormholes perché visivamente appaiono come il tunnel scavato da un verme all’interno di una mela.

Le nostre possibilità di trovare questi oggetti, ammesso che esistano, sono molto scarse

Nel febbraio 2016 gli scienziati dietro l’esperimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) hanno annunciato la prima rilevazione di onde gravitazionali.

Queste sono minuscole increspature nel tessuto dello spazio-tempo, previste dalla relatività generale, che si diffondono nell’universo proprio come le increspature su uno stagno. “È stato un punto di svolta“, afferma Vitor Cardoso, fisico presso l’Università di Lisbona in Portogallo.

Due buchi neri, ciascuno circa 30 volte più massiccio del sole, si erano scontrati 1,3 miliardi di anni fa. Il loro violento schianto ha inviato uno tsunami di onde gravitazionali attraverso lo spazio-tempo, raggiungendo infine lo strumento LIGO nel settembre 2015.

La ricerca di Cardoso suggerisce che due wormhole in collisione produrrebbero un simile scoppio di onde gravitazionali. In modo interessante, tuttavia, afferma che le onde risultanti sarebbero leggermente diverse, consentendoci di distinguere tra buchi neri e wormhole.

Simulazione al computer di una collisione di buchi neri

“Ringdown” è il modo in cui le onde gravitazionali si estinguono dopo la collisione iniziale. È simile al modo in cui il suono di una campana svanisce nel tempo. “Con due wormhole in collisione vedresti il ​​ringdown, proprio come per i buchi neri, ma se il tuo rilevatore è molto sensibile, allora secondi, o decine di secondi, dopo il burst principale vedresti qualcosa di diverso“.

Ciò è dovuto alla natura dei buchi neri, i Golia gravitazionali che inghiottono tutto ciò che si avvicina troppo.

Il ringdown dei buchi neri in collisione diventa sempre più silenzioso, svanendo rapidamente nel silenzio. Ma con la collisione dei wormhole, dopo il silenzio si ottiene un’eco, un segnale improvviso e in ritardo mentre le onde gravitazionali rimbalzano sulla superficie dei wormhole. Non puoi ottenerlo con i buchi neri che ingoiano tutto.

Sfortunatamente, LIGO attualmente non è abbastanza sensibile per raccogliere queste ultime modifiche. Tuttavia, i ricercatori stanno aggiornando gli strumenti di LIGO e potrebbe essere possibile tra “dieci anni circa”, afferma Cardoso.

Un altro progetto entusiasmante all’orizzonte è la Laser Interferometer Space Antenna (LISA) dell’Agenzia spaziale europea (ESA). Questo è un osservatorio di onde gravitazionali nello spazio che ha una data di lancio provvisoria del 2034.

Tuttavia, nel 2015 l’ESA ha lanciato LISA Pathfinder, una missione di prova per sviluppare alcune tecnologie chiave che sono vitali per il successo di LISA. Nell’aprile 2016, l’ESA ha annunciato che LISA Pathfinder aveva effettivamente dimostrato che LISA era fattibile.

Diego Rubiera-Garcia, ex collega di Cardoso e la sua teoria

Ma gli anelli di collisione potrebbero non essere l’unica strada per trovare un wormhole. Diego Rubiera-Garcia, ex collega di Cardoso all’Università di Lisbona, ha un’altra idea.

Sta studiando cosa succede nel profondo di un buco nero. L’immagine convenzionale dei buchi neri, come descritta dalla relatività generale, ha tutta la massa in caduta schiacciata in un punto infinitamente piccolo, infinitamente denso: una singolarità.

“Qualsiasi osservatore che si avvicini a questo punto viene distrutto“, dice Rubiera-Garcia. “Dopo di che scompare dallo spazio-tempo… non c’è nessun altro posto dove andare“.

È la singolarità è qualcosa in cui la relatività generale si rompe: le sue equazioni smettono di avere senso. Questo fa ritenere a molti fisici che abbiamo bisogno di una nuova serie di regole per sostituire la relatività generale in un ambiente così estremo.

Ed è qui che entrano in gioco i wormhole.

Quando Rubiera-Garcia ha applicato una delle serie alternative di regole alla fisica dei buchi neri, la singolarità è scomparsa e la matematica ha prodotto un wormhole al suo posto. “Allora sarebbe possibile per un osservatore passare attraverso questo wormhole e uscire in un’altra regione dell’universo“, ha detto.

Il problema è che questa scorciatoia attraverso il cosmo potrebbe essere solo una teoria della matematica: l’alternativa alla relatività generale che Rubiera-Garcia ha usato per trovarla potrebbe non essere il modo in cui funziona davvero il nostro universo.

Come tutte le buone teorie scientifiche, ha bisogno di essere testato, proprio come quella di Einstein nel 1919. È qui che tornano in gioco le onde gravitazionali.

La dimostrazione della teoria

Una volta creata una libreria significativa di rilevamenti di onde gravitazionali, possiamo esaminare i dati alla ricerca di scostamenti da ciò che la relatività generale prevede che dovremmo vedere.

Se queste deviazioni verranno trovate e corrisponderanno a ciò che prevede la teoria alternativa, potrebbe significare che i wormhole si nascondono davvero all’interno dei buchi neri.

Il primo rilevamento di onde gravitazionali ha inaugurato una nuova era, in cui potremmo scoprire che i wormhole non sono solo fantascienza, dopotutto.

Nel 2015 ricercatori italiani hanno suggerito che potrebbe esserci un wormhole in agguato nel centro della Via Lattea a circa 27.000 anni luce di distanza. Normalmente, un wormhole avrebbe bisogno di materia esotica per tenerlo aperto, ma i ricercatori ritengono che potrebbe essere la materia oscura a fare il lavoro.

Anche lo spazio vuoto non è veramente vuoto: alle scale più piccole è un calderone di energia ribollente che entra e scompare dall’esistenza. Alcuni pensano che possano essere creati continuamente buchi neri virtuali fugaci in questa “schiuma quantistica“. Tuttavia, avremmo bisogno di molta energia se volessimo renderne uno permanente.

Piuttosto che avere una singolarità al centro, come prevede la relatività generale, alcuni ricercatori credono che troveremmo un wormhole. Tuttavia, non è ancora chiaro se potrebbe essere abbastanza grande da essere attraversato.

La gravità di galassie e stelle può distorcere e ingrandire le immagini di oggetti lontani dietro di loro, il cosiddetto effetto lente gravitazionale.

Se un wormhole passasse davanti a una stella lontana, piegherebbe leggermente la luce della stella in un evento chiamato “microlensing”. Questa tecnica è già stata utilizzata per trovare pianeti.