In Star Trek e in molte altre opere di fantascienza, il viaggio a velocità di curvatura è essenziale per andare dove nessun essere umano è mai giunto prima. Sfortunatamente, la velocità di curvatura non esiste nel mondo reale, nemmeno lontanamente. Ma questo non significa che non sia possibile.
“Possiamo dire che è probabilmente improbabile“, dice in un’intervista a Popular Mechanics Miguel Alcubierre, professore presso l’Istituto di scienze nucleari dell’Università nazionale del Messico. Ma “al momento non possiamo dire che non sia possibile“.
Alcubierre è un appassionato di fantascienza di lunga data e un abile astrofisico. All’inizio degli anni ’90, mentre studiava fisica gravitazionale per il suo dottorato, un episodio di Star Trek lo ispirò a esaminare la possibilità teorica di sviluppare un motore a curvatura.
Alcubierre ha escogitato un modo per modificare la geometria dello spazio “che in linea di principio ci permetterebbe di viaggiare più veloci della luce” e, allo stesso tempo, non viola le leggi della fisica.
La sua soluzione si basa sul fatto che l’universo si sta espandendo, qualcosa che gli scienziati sanno da circa 100 anni. Alcubierre ha pensato che se tutto lo spaziotempo stesso può espandersi, allora dovrebbe anche essere in grado di espandersi anche in un piccolo spazio regionale. E se può espandersi, allora deve essere in grado di contrarsi.
I limiti delle bolle di curvatura
“L’idea di base è quella di creare un’espansione dello spazio dietro, diciamo, un’astronave o qualsiasi oggetto tu voglia spostare, e una contrazione opposta dello spazio davanti“, spiega. In altre parole, una bolla di curvatura.
Alcubierre ha spiegato la sua teoria in un famoso articolo del 1994 che descrive quello che ora viene chiamato il disco di Alcubierre. “Lo chiamo sempre e solo motore a curvatura“, dice.
Il modo più semplice per comprendere la bolla di curvatura è immaginare lo spaziotempo come un trampolino, spiega Erin Macdonald, astrofisica e attuale consulente scientifico per il franchise di Star Trek. “Metti una palla da bowling su quel trampolino, e si immergerà nello spaziotempo, ed è proprio ciò che la massa di un sole o di un pianeta o di qualcosa di simile fa allo spaziotempo“, spiega.
Quando gli oggetti con una massa significativa devono muoversi, il tessuto dello spaziotempo ne limita la velocità. Più qualcosa è leggero, più facilmente può muoversi attraverso il tessuto. “Poi alla fine, se non hai massa, non stai affatto ribaltando [il tessuto]. E ti muovi in linea retta a questa velocità fissa, che è la velocità della luce, perché la luce non ha massa“.
Questo è attualmente il limite alla velocità con cui qualsiasi cosa può viaggiare, perché non appena introduci la massa – e qualcosa come un’astronave ha sicuramente massa – fisicamente non può viaggiare più veloce di una certa velocità perché sta piegando lo spaziotempo. “Ma nulla dice che lo spaziotempo stesso non possa andare più veloce della velocità della luce“, dice Macdonald, “e questa è la bolla di curvatura“.
Un’astronave che viaggia a velocità di curvatura non accenderebbe i suoi motori per viaggiare così velocemente; è solo trasportata da una bolla spaziotemporale. Quindi,per aumentare esponenzialmente la velocità, basta costruire un’altra bolla attorno a quella bolla, che nel mondo di Star Trek viene chiamata fattore di curvatura due, e poi fattore di curvatura tre e così via, dice Macdonald.
Lo spaziotempo così come lo conosciamo è finito e, come tale, esiste un limite al numero di bolle di curvatura o al livello di velocità di curvatura che si potrebbe teoricamente raggiungere. In alcuni spettacoli, questo è arbitrariamente chiamato fattore di curvatura 10, che è quando tutto lo spaziotempo è avvolto attorno all’astronave. A quel punto, “hai infranto tutte le leggi dell’infinito e sperimenti tutto il tempo in ogni momento”, dice Macdonald.
Sfruttare l’energia negativa
Il motivo principale per cui la velocità di curvatura probabilmente non è possibile è perché sviluppare una bolla di curvatura richiederebbe una quantità di energia attualmente impossibile. Einstein ha dimostrato che E=MC², il che significa che energia e massa sono intercambiabili. Ciò significa che per viaggiare più velocemente della velocità della luce, l’oggetto dovrebbe avere massa negativa e quindi energia negativa, due cose che, per quanto ne sappiamo, non esistono.
L’energia negativa è un concetto consentito nella teoria quantistica che descrive uno stato energetico inferiore a zero e richiederebbe una massa negativa. Poiché le masse positive si attraggono, la gravità dovrebbe diventare una forza repulsiva nel caso di masse negative.
E anche se potessimo trovare un modo per creare massa negativa o energia negativa, ne avremmo bisogno di enormi quantità per muovere un’astronave. “Per muovere un normale aeroplano alla velocità della luce, nemmeno più veloce, sarà necessario trasformare 60 volte la massa del pianeta Giove in energia negativa“, spiega Alcubierre. Non è esattamente pratico.
Anche allora, ci vorrebbero ancora quattro anni per raggiungere la stella più vicina, Proxima Centauri. Tuttavia, se la velocità di curvatura fosse possibile, renderebbe improvvisamente tutte le stelle e i pianeti dell’universo molto più accessibili.
“Adoro il fatto che sia teoricamente possibile“, afferma Macdonald. “La matematica funziona. Non è una di quelle cose che la fisica dice semplicemente che non potranno mai accadere”.
