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Le strane possibilità del viaggio a curvatura

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Il fisico Miguel Alcubierre propose nel 1994 una non tanto nuova idea di propulsione che se sviluppata adeguatamente avrebbe permesso il viaggio a curvatura. Con questa tecnica, inventata dalla fantascienza, sarebbe possibile percorrere le enormi distanze che ci separano dalle stelle a velocità superiori a quella della luce.

Il viaggio a curvatura, o warp drive, avrebbe la capacità di aggirare il limite di velocità dell’universo distorcendo il tessuto dello spaziotempo.

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L’idea di Alcubierre attirò l’attenzione persino della NASA che la studiò nel laboratorio Eagleworks. Nonostante l’entusiasmo iniziale e la prospettiva di trasformare il sogno dei viaggi a curvatura in realtà la proposta di Alcubierre conteneva problemi che sembravano impossibili da superare. 

Ora, un recente studio dei fisici statunitensi Alexey Bobrick e Gianni Martire ha eliminato molti di questi problemi e aperto molte discussioni.

Se è vero che Bobrick e Martire sono riusciti a portare su un pieno di realtà in modo sostanziale la tecnologia di curvatura, il loro studio tuttavia suggerisce che il viaggio a curvatura rimane fuori dalla nostra portata, almeno per il momento. Ci sono comunque delle notizie interessanti, la tecnologia warp può avere applicazioni radicali che si spingono oltre i viaggi nello spazio.

Viaggiare tra le stelle

L’idea di viaggio a curvatura nasce dalla relatività di Einstein. Le equazioni della relatività generale spiegano il modo in cui lo spaziotempo, considerato come un tessuto, si piega in risposta alla presenza di materia ed energia. La materia (o l’energia, che sono la stessa cosa) dicono allo spaziotempo come deformarsi e lo spaziotempo dice alla materia o all’energia come muoversi.

La relatività generale pone due vincoli al viaggio interstellare. Il primo dice che nulla può superare la velocità della luce (circa 300.000 km al secondo). Anche viaggiando a questa velocità fantastica ci vorrebbero quattro anni per arrivare a Proxima Centauri, la stella più vicina al nostro Sole.

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Il secondo. il tempo all’interno di un’astronave che viaggia a una velocità prossima alla velocità della luce rallenterebbe rispetto al tempo sulla Terra. In via puramente teorica, il viaggio verso una stella sarebbe possibile, il tempo che gli astronauti impiegherebbero sarebbe tanto più breve tanto più vicini alla velocità della luce viaggiano.

Tuttavia il viaggio di ritorno li consegnerebbe a un pianeta a loro sconosciuto, si troverebbero sulla Terra ma nel futuro. Un viaggio verso una stella distante 150 anni luce si potrebbe compiere nell’arco di una vita umana, ma al loro ritorno, sulla Terra sarebbero passati comunque 300 anni.

Nuova fisica del viaggio a curvatura

Alcubierre ha sostenuto che la matematica della relatività generale consente di creare “bolle di curvatura”, regioni in cui materia ed energia erano disposte in modo tale da contrarre lo spaziotempo davanti alla bolla ed espanderlo nella parte posteriore in modo tale da consentire a un’area “piatta” all’interno della bolla stessa di viaggiare più velocemente della luce.

Per capire cosa si intende per spazio piatto, immaginiamo che lo spaziotempo sia un tappeto elastico. Questo tappeto si incurva in presenza di una massa (o energia). Questo spiega la gravità, la tendenza che hanno gli oggetti dotati di massa o l’energia di percorrere lo spazio incurvato. La regione piatta è una porzione di spaziotempo privo di questi avvallamenti.

Un’astronave concepita per realizzare il viaggio a curvatura di Alcubierre non risentirebbe della dilatazione del tempo in quanto all’interno della bolla e in uno spazio relativamente piatto. In questo modo è concepibile pensare di compiere un viaggio interstellare rientrando sulla Terra senza effettuare un viaggio nel futuro.

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Una stranezza dello spaziotempo

Vediamo come funziona il motore per il viaggio a curvatura ideato da Alcubierre. Immaginate un tappeto con sopra una tazza. Siete sul tappeto e volete arrivare alla tazza. Potreste semplicemente camminare sul tappeto o tirare il tappeto verso di voi. Il motore a curvatura “tira” lo spaziotempo per avvicinare la destinazione all’astronave.

Un motore a curvatura in realtà non trascina la destinazione verso il punto dove vi trovate. E’ lo spaziotempo che si contrae rendendo il viaggio più breve. Quanto proposto da Alcubierre, sebbene matematicamente ineccepibile, è difficile da comprendere a livello intuitivo. Il lavoro di Bobrick e Martire è destinato a cambiare quanto finora esposto..

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Viaggio a curvatura

Bobrick e Martire spiegano che un motore a curvatura deve essere un guscio di materiale in uno stato di movimento costante, che racchiude una regione piatta dello spaziotempo. L’energia del guscio modifica le proprietà dello spaziotempo al suo interno.

Il lavoro di Bobrik e Martire afferma che un motore il viaggio a curvatura è, in qualche modo, simile a un’automobile. Un’auto è anche un guscio di energia (sotto forma di materia) che racchiude una regione piatta dello spaziotempo. La differenza è che entrare in un’auto non fa invecchiare più velocemente. 

Bobrick e Martire dimostrano un metodo per utilizzare le equazioni della relatività generale di Einstein per trovare uno spaziotempo che consenta disposizioni di materia ed energia che agirebbero come bolle di curvatura. Questo ci fornisce una chiave matematica per trovare e classificare le tecnologie del viaggio a curvatura.

Il loro lavoro elimina uno dei problemi principali per il viaggio a curvatura. Per bilanciare le equazioni, il motore di Alcubierre funziona con “energia negativa”, che sembra non esistere nel mondo reale.

Inoltre, il fabbisogno di energia negativa del motore di Alcubierre è immenso. Secondo alcune stime, sarebbe necessaria l’intera energia nell’universo conosciuto (anche se il lavoro successivo riduce l’energia alla massa di Giove).

Bobrick e Martire mostrano che una spinta a curvatura potrebbe essere prodotta da normale energia o da una miscela di energia negativa e positiva. Detto questo, il fabbisogno energetico sarebbe comunque gigantesco.

Se Bobrick e Martire hanno ragione, allora un motore per il viaggio a curvatura è proprio come qualsiasi altro oggetto in movimento. Sarebbe soggetto al limite di velocità della luce imposto dalla relatività generale di Einstein e avrebbe bisogno di un qualche tipo di sistema di propulsione convenzionale per farlo accelerare.

Molti tipi di propulsione a curvatura sembrano modificare lo spaziotempo all’interno rallentando l’orologio del passeggero esattamente nel modo che rende un viaggio a nello spazio profondo un problema a livello temporale.

Bobrick e Martire dimostrano che alcuni motori a curvatura potrebbero viaggiare più velocemente della luce, ma a patto che vengono realizzati già a quella velocità. Questo non fa ben sperare i tanti che agognano il turismo interstellare.

Come detto un motore a curvatura può modificare la regione dello spaziotempo che racchiude. Può accelerare o rallentare un orologio all’interno del dispositivo. Con un oggetto simile potremo comunque fare cose interessanti. Volete salvare la vita di qualcuno (o la vostra) a causa di una malattia terminale? Mettetelo nel dispositivo a curvatura.

In base all’energia immessa, per l’occupante passeranno mesi o anni, mentre sulla Terra trascorrerebbero secoli. Nel futuro forse l’occupante potrebbe trovare una cura alla malattia che lo affligge. Certo, dovrebbe fare molte rinunce, troppe, ma forse qualcuno lo farebbe.

Allo stesso modo, il dispositivo potrebbe essere utilizzato per esplorare il futuro, ma gli esploratori devono aver chiaro in mente che non potrebbero tornare a casa.

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