Sognando la propulsione a curvatura

Immaginiamo di avere a disposizione una nave dotata dell'Alcubierre Drive, il motore a curvatura riuscirebbe a contrarre lo spaziotempo davanti a sé e a espanderlo dietro di sé

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Per andare lontano bisogna muoversi a grande velocità, la più alta possibile. Nel nostro Universo la massima velocità consentita è di circa 300.000 Km al secondo. In poco più di un secondo un fotone raggiunge la Luna e in otto minuti un fotone che si stacca dalla superficie del Sole giunge sulla Terra. La velocità con cui la luce viene emessa è straordinaria e se potessimo raggiungerla potremo raggiungere i pianeti del sistema solare come Marte o Venere in pochi minuti e quelli più lontani come Nettuno o Plutone in poche ore.

Ma le stelle? Le stelle sono molto più lontane, immensamente più distanti di qualsiasi pianeta del nostro sistema solare. Quelle più vicine si trovano a circa 4 anni luce, il sistema triplo di Alfa Centauri e la terza stellina, una nana rossa chiamata Proxima Centauri.

Un raggio di luce   raggiunge  Proxima Centauri  dopo circa 4 anni, e se dovessimo inviare una sonda spaziale?

La sonda Voyager 1 che si muove a 17 Km al secondo impiegherebbe quasi 75 mila anni per raggiungere il sistema Alfa Centauri, un tempo enorme, e stiamo parlando delle stelle a noi più vicine. Se prendiamo in considerazione le stelle un poco più lontane ma nel nostro quartiere galattico le cose si mettono decisamente peggio, muovendoci alla misera velocità della Voyager occorrerebbero decine di migliaia di anni per raggiungerle, e per andare in un punto distante della nostra galassia occorrerebbero milioni di anni.

Ma la Voyager è un veicolo spaziale antiquato, una nuova sonda spaziale, la Parker Solar Probe raggiunge i 190 Km al secondo. Quanto tempo ci vorrà per arrivare a Proxima Centauri stavolta? Sarebbero sufficienti “soltanto” circa 6.600 anni per arrivare a destinazione, ancora troppi.

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La fantascienza ha risolto il problema in vari modi, e forse una di quelle soluzioni potrebbe diventare realtà in un futuro non troppo lontano.

Il motore a curvatura.

Il motore a curvatura è quello che ci serve per sconfiggere le enormi distanze che ci separano dalle stelle, ma per capire questo concetto dobbiamo afferrare pienamente l’immensità dell’Universo e il concetto di “anno luce”. Poiché l’Universo è immenso, gli astronomi ne misurano le distanze utilizzando come unità di misura l’anno luce, cioè la distanza percorsa in un anno (della Terra) da un raggio di luce, che si muove a circa 300 mila Km al secondo. Un anno luce è pari a circa 9 trilioni di km, o 9 mila miliardi di Km.

Se raggiungessimo tale velocità potremo visitare in tempi ragionevoli le stelle più vicine, ma esplorare anche solamente la nostra galassia sarebbe impossibile, da un capo all’altro di essa una sonda o un’astronave con equipaggio impiegherebbe qualcosa come 100 mila anni e non stiamo prendendo in considerazione gli effetti della Relatività di Albert Einstein. Anche disponendo di un’astronave che si muove nello spaziotempo alla velocità della luce ci vorrebbero 2,5 milioni di anni per visitare la galassia di Andromeda e miliardi di anni per compiere un’esplorazione profonda dell’Universo.

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Violare il limite imposto da Einstein

L’Universo è grande e purtroppo non possiamo esplorarlo andando alla massima velocità consentita dalle leggi della natura, non ci resta che violare quelle stesse leggi. Potremo realizzare un veicolo spaziale in grado di violare quelle leggi e arrivare lontano in un tempo ragionevole? Secondo alcuni quella possibilità esiste se un giorno disporremo di un motore a curvatura. Anche se il concetto di motore a curvatura sembra fantascientifico potrebbe non essere cosi irrealistico come si riteneva tempo fa.

Per alcuni, e il compianto Hawking era tra di essi, la sopravvivenza dell’umanità è legata alla nostra capacità di espanderci nello spazio, ecco come si era espresso il famoso e geniale fisico: “Non credo che la razza umana sopravviverà nei prossimi mille anni, a meno che non ci diffondiamo nello spazio. Ci sono troppi incidenti che possono colpire la vita su un singolo pianeta. Ma sono ottimista. Raggiungeremo le stelle”.

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Una serie di fantascienza entrata nella leggenda, Star Trek, per far viaggiare tra le stelle le navi della federazione ha utilizzato la tecnologia del viaggio a curvatura, descritta come un congegno progettato “per manipolare lo spaziotempo e per violare le leggi del movimento”. In estrema sintesi un propulsore a curvatura consente agli esploratori spaziali di viaggiare più velocemente della luce. In Star Trek, funziona generando “campi di curvatura” che creano una bolla sub spaziale che avvolge l’astronave, distorcendo il continuum spazio-temporale locale e spingendo l’astronave a velocità che possono essere di molte volte la velocità della luce.

Qualcosa che più si avvicina al concetto di propulsione a curvatura è noto come Alcubierre Warp Drive, un costrutto teorico basato su un documento di fisica altamente speculativo pubblicato nel 1994 dal fisico messicano Miguel Alcubierre, che ha proposto una soluzione al modo in cui lo spazio-tempo e l’energia interagiscono. Alcubierre ritiene possibile alterare il tessuto spaziotemporale incurvandolo e distorcendolo in modo tale da superare le restrizioni imposte da un Universo relativistico.

Come funzionerebbe il motore a curvatura?

Immaginiamo di avere a disposizione una nave dotata dell’Alcubierre Drive, il motore a curvatura riuscirebbe a contrarre lo spaziotempo davanti a sé e a espanderlo dietro di sé. La nave spaziale si muoverebbe così all’interno di una bolla di curvatura trascinata in avanti dalla curvatura dello spazio tempo e, senza violare la relatività di Einstein, potrebbe viaggiare a velocità iperrelativistiche.

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La soluzione alle equazioni di campo di Einstein che consentirebbe questo viaggio a velocità di curvatura è chiamata “metrica di Alcubierre“. L’astronave all’interno della bolla di curvatura prodotta dal propulsore non sta solo deformando lo spazio, lo sta trascinando verso di sé e spingendolo dietro di se. La nave spaziale è solidale alla bolla e viene trascinata dalla regione spaziotemporale che essa stessa deforma senza subire nessun tipo di effetto relativistico.

Come realizzare la nave a curvatura

L’astronave dovrebbe avere forma sferica e dovrebbe essere circondata da un enorme anello fatto di materia esotica che farebbe deformare lo spaziotempo attorno alla sua circonferenza. Purtroppo non sappiamo come realizzare una nave spaziale del genere e non sappiamo se l’energia esotica esista. Anche la quantità di energia per far funzionare il motore a curvatura è fuori dalla nostra portata, ci servirebbe trasformare in energia una massa pari a quella di Giove.

Secondo Harold “Sonny” White del Johnson Space Center della NASA c’è speranza. Lo ha detto al 100 Year Starship Symposium, un incontro per discutere dei voli spaziali interstellari, secondo lui sarà possibile realizzare un motore a curvatura utilizzando la teoria di Alcubierre. La tecnologia del motore a curvatura potrebbe essere un passo decisivo nell’esplorazione interstellare.