I romanzi e i film di fantascienza sono ricchi di idee stravaganti, il più delle volte come trampolino di lancio per un’avventura ricca di azione piuttosto che un serio tentativo di prevedere le tendenze future della scienza o della tecnologia.
Alcuni dei tropi più comuni, come accelerare una navicella spaziale a velocità fantastiche in pochi secondi senza schiacciare gli occupanti, sono semplicemente impossibili secondo le leggi della fisica come le intendiamo nel nostro universo, eppure quelle stesse leggi sembrano consentire altri concetti fantascientifici apparentemente inverosimili, dai wormhole agli universi paralleli.
Ecco una carrellata di alcune delle idee fantascientifiche che potrebbero davvero essere realizzate, almeno in teoria.
Wormholes
L’idea di un wormhole, una scorciatoia attraverso lo spazio che consente viaggi quasi istantanei tra parti distanti dell’universo, suona come se fosse stata creata come una trama fittizia ma, sotto il suo nome più formale di ponte Einstein-Rosen, l’idea esiste come un concetto teorico serio da molto prima che gli scrittori di fantascienza se ne impadronissero.
L’idea esce da Albert Einstein con la teoria della relatività generale, che vede la gravità come una distorsione dello spazio-tempo causata da oggetti massicci. In collaborazione con il fisico Nathan Rosen, Einstein teorizzò, nel 1935, che punti di gravità estremamente forti, come i buchi neri, potessero essere direttamente collegati tra loro. E così è nata l’idea dei wormhole.
Le forze attorno a un buco nero dovrebbero distruggere qualunque cosa vi si avvicini, per cui l’idea di viaggiare attraverso un wormhole non è stata presa in seria considerazione fino agli anni ’80, quando l’astrofisico Carl Sagan ha deciso che avrebbe scritto un romanzo di fantascienza. Secondo la BBC, Sagan chiese a Kip Thorne, un fisico, di pensare ad un modo fattibile per percorrere distanze interstellari in un lampo.
Thorne escogità un modo – possibile in teoria, ma altamente improbabile in pratica – attraverso il quale gli umani potrebbero raggiungere il viaggio interstellare attraversando indenni un wormhole. Il risultato ha trovato la sua strada nel romanzo di Sagan “Contact” (Simon e Schuster: 1985), che è stato successivamente adattato in un film con Jodie Foster nel ruolo principale.
Sebbene sia altamente improbabile che i wormhole diventino mai i metodi di trasporto semplici e convenienti descritti nei film, gli scienziati hanno ora escogitato un modo più praticabile per costruire un wormhole rispetto al suggerimento originale di Thorne. È anche possibile che, se esistono davvero wormhole nell’universo, possano essere localizzati utilizzando la nuova generazione di rivelatori di onde gravitazionali.
Motore a curvatura per viaggiare nell’universo
Un prerequisito essenziale per la maggior parte delle storie di avventura spaziali è la capacità di andare da A a B molto più velocemente di quanto possiamo fare oggi. A parte i wormhole, ci sono diversi ostacoli per raggiungere questo obiettivo con un’astronave convenzionale, a cominciare dall’enorme quantità di carburante che sarebbe necessario stivare a bordo, gli effetti schiaccianti dell’accelerazione e il fatto che l’universo ha un limite di velocità invalicabile, la velocità della luce.
Purtroppo, la velocità della luce – precisamente un anno luce all’anno, in un contesto cosmico non è affatto molto veloce. Proxima Centauri, la stella più vicina alla Terra, si trova a 4,2 anni luce dal sole, mentre il centro della galassia è a ben 27.000 anni luce di distanza.
Fortunatamente, c’è una scappatoia al limite di velocità della luce: è solo la velocità massima a cui si può viaggiare nello spazio. Come ha spiegato Einstein, lo spazio può essere distorto, quindi forse è possibile manipolare lo spazio intorno a una nave in modo tale da sovvertire il limite di velocità. L’astronave viaggerebbe ancora attraverso lo spazio circostante a una velocità inferiore a quella della luce, ma lo spazio stesso si contrarrebbe davanti all’astronave e si dilaterebbe all sue spalle, facendo muovere la navicella ad una velocità apparente anche molto superiore a quella della luce.
Questo era ciò che avevano in mente gli autori di “Star Trek” quando hanno ideato il concetto di “motore a curvatura” negli anni ’60. Per loro era solo una frase dal suono plausibile, non fisica reale ed è stato così fino al 1994 quando il fisico teorico Miguel Alcubierre ha trovato una soluzione alle equazioni di Einstein che ha prodotto un vero effetto warp drive, contraendo lo spazio davanti a un’astronave ed espandendolo dietro.
La soluzione di Alcubierre non è meno artificiosa di un canale di wormhole attraversabile di Thorne, ma gli scienziati stanno tentando di perfezionare nella speranza che un giorno possa diventare realizzabile praticamente.
Viaggio nel tempo
Il concetto di macchina del tempo è uno dei grandi espedienti utilizzati nelle storie di fantascienza, per consentire ai personaggi di tornare indietro nel tempo e cambiare il corso della storia, nel bene e nel male. Ma questo solleva inevitabilmente dei paradossi logici.
In “Ritorno al futuro”, ad esempio, Doc avrebbe costruito la sua macchina del tempo se non fosse stato visitato dal futuro Marty usando quella stessa macchina?
È a causa di paradossi come questi che molte persone ritengono che il viaggio nel tempo debba essere impossibile nel mondo reale, eppure, secondo le leggi della fisica, potrebbe davvero essere possibile.
Proprio come con i wormhole e le deformazioni spaziali, la fisica che ci dice che è possibile viaggiare indietro nel tempo deriva dalla teoria della relatività generale di Einstein. Questo tratta lo spazio e il tempo come parte dello stesso continuum “spazio-tempo”, con queste due dimensioni indissolubilmente legate. Proprio come parliamo di distorcere lo spazio con un wormhole o un’unità di curvatura, anche il tempo può essere distorto.
A volte può diventare così distorto da ripiegarsi su se stesso, in quella che gli scienziati definiscono una curva chiusa.
Un progetto concettuale per una tale macchina del tempo è stato pubblicato nel 1974 dal fisico Frank Tipler, secondo il fisico David Lewis Anderson, che descrive la ricerca all’Anderson Institute, un laboratorio di ricerca privato. Chiamato cilindro Tipler, deve essere grande – almeno 97 chilometri di lunghezza, secondo Humble – ed estremamente denso, con una massa totale paragonabile a quella del Sole.
Per farlo funzionare come una macchina del tempo, il cilindro deve ruotare abbastanza velocemente da distorcere lo spazio-tempo fino al punto in cui il tempo si ripiega su se stesso. Potrebbe non sembrare semplice come installare un condensatore di flusso in una DeLorean, ma ha il vantaggio che potrebbe funzionare davvero, almeno sulla carta.
Teletrasporto
L’archetipo fantascientifico di teletrasporto è il teletrasporto di “Star Trek “, che, come suggerisce il nome, è rappresentato semplicemente come un modo conveniente per trasportare il personale da un luogo all’altro.
Il teletrasporto, in realtà, è abbastanza diverso da qualsiasi altra forma di trasporto: invece del viaggiatore che si muove attraverso lo spazio dal punto di partenza alla destinazione, il teletrasporto provoca la creazione di un duplicato esatto a destinazione mentre l’originale viene distrutto. Visto in questi termini – e a livello di particelle subatomiche piuttosto che di esseri umani – il teletrasporto è davvero possibile, secondo IBM.
Il processo nel mondo reale è chiamato teletrasporto quantistico. Questo processo copia lo stato quantistico preciso di una particella, come un fotone, in un’altra che potrebbe trovarsi a centinaia di chilometri di distanza. Il teletrasporto quantistico distrugge lo stato quantico del primo fotone, quindi sembra davvero che il fotone sia stato trasportato magicamente da un luogo all’altro.
Il trucco si basa su ciò che Einstein chiamava “azione spettrale a distanza“, ma è più formalmente noto come entanglement quantistico. Se il fotone che deve essere “teletrasportato” viene messo in contatto con una coppia di fotoni entangled e una misurazione dello stato risultante viene inviata all’estremità ricevente – dove si trova l’altro fotone entangled – allora quest’ultimo fotone può essere commutato nello stesso stato del fotone teletrasportato.
È un processo complicato anche per un singolo fotone, e non c’è modo che possa essere scalato fino al tipo di sistema di trasporto istantaneo visto in “Star Trek”. Anche così, il teletrasporto quantistico ha importanti applicazioni nel mondo reale, come le comunicazioni a prova di hacker e il calcolo quantistico super veloce.
Universi paralleli
L’universo è tutto ciò che i nostri telescopi ci rivelano: tutti i miliardi di galassie che si espandono verso l’esterno dal Big Bang. Ma è tutto qui? La teoria dice che, forse, no: potrebbe esserci un intero multiverso di universi là fuori. L’idea di “universi paralleli” è un altro tema fantascientifico familiare, ma quando vengono rappresentati sullo schermo, in genere differiscono dal nostro universo solo in piccoli dettagli.
La realtà, inveve, potrebbe essere molto più strana, con i parametri di base della fisica in un universo parallelo – come la forza di gravità o le forze nucleari – che differiscono da quelli del nostro. Un classico ritratto di un universo di questo tipo veramente diverso, e delle creature che lo abitano, è il romanzo di Isaac Asimov “The Gods Themselves” ( Doubleday :1972).
La chiave per la moderna comprensione degli universi paralleli è il concetto di “inflazione eterna“. Questo rappresenta il tessuto infinito dello spazio in uno stato di espansione perpetua e incredibilmente rapida. Ogni tanto un punto localizzato in questo spazio – un Big Bang autonomo – esce dall’espansione generale e inizia a crescere a un ritmo più calmo, consentendo la formazione di oggetti materiali come stelle e galassie al suo interno. Secondo questa teoria, il nostro universo è una di queste regioni, ma potrebbero essercene innumerevoli altre.
Come nella storia di Asimov, questi universi paralleli potrebbero avere parametri fisici completamente diversi da quelli del nostro universo. Un tempo gli scienziati credevano che solo universi con praticamente gli stessi parametri nostri sarebbero stati in grado di supportare la vita, ma studi recenti suggeriscono che la situazione potrebbe non essere così restrittiva come prospetta questa ipotesi.
C’è, quindi, ancora speranza per gli alieni di Asimov, anche se forse non per entrare in contatto con loro, come accade nel romanzo. Tuttavia, le tracce di altri universi potrebbero essere rilevabili per noi con altri mezzi. È stato anche suggerito che il misterioso “punto freddo” nel fondo cosmico a microonde sia la cicatrice di una collisione con un universo parallelo.
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