Viviamo in un universo grande, freddo e in rapida espansione, composto da un numero enorme di galassie distanti tra loro milioni di anni luce. Le galassie, come la nostra sono composte da centinaia di miliardi di stelle, e la distanza media tra di esse e di diversi anni luce.
Ma cos’è l’anno luce? E’ la distanza percorsa dalla luce appunto, che si propaga a poco meno di 300 mila chilometri al secondo, percorrendo in un anno distanze difficilmente concepibili.
La velocità della luce sembra una velocità enorme e in realtà lo è, ma non abbastanza da consentirci di viaggiare comodamente da una stella all’altra come si fa nei racconti o nei films di fantascienza che per evitare di scadere nella noia utilizzano un concetto che possiamo riassumere nell’acronimo FLT o Fast-of-light “più veloce della luce”. In questo modo le astronavi, grazie a dei propulsori iperluminali, percorrono grandi distanze, dell’ordine delle decine o centinaia di anni luce in pochi secondi o in certi casi, coprono queste distanze percorrendo appositi “cunicoli iperspaziali” o Wormhole (buchi di verme).
Come sappiamo nella realtà non è affatto cosi semplice, anche solo arrivare a una percentuale significativa della velocità della luce per la nostra tecnologia oggi è impossibile. I nostri migliori propulsori possono sviluppare velocità finali di poche decine di chilometri al secondo che possono essere incrementate dalle fionde gravitazionali dei grandi pianeti o del Sole, ma nulla di più, sfortunatamente siamo confinati nei pressi del nostro pianeta e i viaggi spaziali con equipaggio umano verso Marte, Venere o verso i pianeti giganti ci sono per ora preclusi.
Ma non dobbiamo disperare, sono allo studio sistemi di propulsione che ci consentiranno di sviluppare velocità finali più elevate di quelle attuali e forse tra qualche decennio potremo compiere viaggi verso Marte o verso la fascia asteroidale in tempi accettabili. Per i viaggi iperluminali dovremo ancora attendere, anche se qualche idea non è del tutto da scartare.
Da alcuni anni un concetto di propulsione iperspaziale capace teoricamente di portarci su altri sistemi planetari ha attirato la curiosità e lo scetticismo della comunità scientifica, questo concetto è il Warp Drive di Alcubierre che è stato oggetto di una presentazione fatta all’American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum, che si è tenuto dal 19 al 22 agosto a Indianapolis.
La presentazione è stata condotta da Joseph Agnew, ingegnere laureato e assistente ricercatore dell’Università dell’Alabama nel Propulsion Research Center (RC) di Huntsville. Nell’ambito di una sessione intitolata “Il futuro della propulsione nucleare e rivoluzionaria“, Agnew ha condiviso i risultati di uno studio che ha condotto intitolato “Una teoria e una tecnologia in esame per determinare lo stato dell’arte e la fattibilità“.
Come ha spiegato Agnew, la teoria alla base del un sistema di propulsione a curvatura è relativamente semplice. Originariamente proposto dal fisico messicano Miguel Alcubierre nel 1994, questo concetto per un sistema FTL è visto come una soluzione altamente teorica (ma forse valida) nelle equazioni di campo di Einstein, che descrivono come lo spazio, tempo e l’energia interagiscono nel nostro Universo.
In breve, l’Alcubierre Drive realizza il viaggio FTL contraendo lo spazio davanti al veicolo spaziale ed espandendolo alle sue spalle generando una bolla di curvatura che trascina lo stesso veicolo a una velocità superiore a quella della luce. La relatività di Einstein non viene cosi violata in alcun modo, in quanto il veicolo rimane fermo rispetto allo spazio tempo di riferimento evitando di innescare qualsiasi effetto relativistico. Ecco come lo ha spiegato Agnew a UniverseToday:
“Ho approfondito la matematica e le scienze e, di conseguenza, ho iniziato a interessarmi alla fantascienza e alle teorie avanzate su scala più tecnica. Ho iniziato a guardare Star Trek, la serie Original e The Next Generation e ho notato come avevano previsto o ispirato l’invenzione di telefoni cellulari, tablet e altri servizi. Ho pensato ad alcune delle altre tecnologie, come i siluri fotonici, i phaser e il dispositivo di curvatura, e ho cercato di ricercare sia ciò che la “scienza di Star trek” e “l’equivalente della scienza del mondo reale” avevano da dire al riguardo. Mi sono quindi imbattuto nel documento originale di Miguel Alcubierre e, dopo averlo digerito per un po ‘, ho iniziato a perseguire altre parole chiave e documenti e ad approfondire la teoria“.
Inizialmente il concetto espresso da Alcubierre è stato respinto in quanto ritenuto altamente speculativo, ma negli ultimi anni ha preso nuova vita. Il merito di ciò va attribuito in parte al Dr. Harold “Sonny” White, a capo del team di propulsione avanzata della NASA allo Johnson Space Center (alias “Eagleworks Laboratory”).
Durante il “100 Year Starship Simposium” del 2011 il Dr. White ha condiviso alcuni calcoli aggiornati della Metrica di Alcubierre, oggetto di una presentazione intitolata “Warp Field Mechanics 101” (e uno studio con lo stesso nome). Secondo il Dr. White, la teoria di Alcubierre è solida, avendo bisogno solamente di alcuni test e sviluppi seri. Dal 2011 ad oggi sia White che i suoi colleghi si sono impegnati a questo.
Anche Agnew ha trascorso gran parte della sua carriera accademica alla ricerca della teoria e della meccanica della curvatura. Sotto la guida del Dr. Jason Cassibry – professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale e membro della facoltà del Propulsion Research Center della UAH, il lavoro di Agnew è culminato in uno studio che affronta i principali ostacoli e presentati dalla ricerca sulla meccanica della curvatura.
Come riferito da Agnew, uno dei più grandi ostacoli è il fatto che il concetto di “ordito di curvatura” non è ancora preso molto sul serio nei circoli scientifici:
“Nella mia esperienza, la menzione dello warp drive tende a far ridere. In effetti, spesso viene accolto con commenti sprezzanti e usato come esempio di qualcosa di totalmente stravagante, il che è comprensibile. So che nel mio caso, inizialmente l’avevo raggruppato, mentalmente, nella stessa categoria dei tipici concetti superluminali, dal momento che, ovviamente, per tutti la ‘velocità della luce è la massima velocità’. Solo quando ho approfondito la teoria con più attenzione ho capito che non aveva questi problemi. Penso che ci sarebbe / sarà molto più interesse quando gli individui approfondiranno i progressi che sono stati fatti. Anche la natura storicamente teorica dell’idea è di per sé un fattore dissuasivo“.
Questo settore di ricerca è ancora nella sua fase iniziale, ma ci sono stati numerosi sviluppi recenti che sono stati utili. Ad esempio, la scoperta delle onde gravitazionali (GWS) presenti in natura da parte degli scienziati di LIGO nel 2016, che hanno confermato una previsione fatta da Einstein un secolo fa e dimostrato che le basi per la curvatura esistono in natura. Come indicato da Agnew, questo è forse lo sviluppo più significativo, ma non l’unico:
“Negli ultimi 5-10 anni circa, ci sono stati molti progressi eccellenti, determinando come si potrebbe metterlo in atto, rafforzando ipotesi e concetti fondamentali e, il mio personale preferito, modi per testare la teoria in un laboratorio”.
“La scoperta di LIGO alcuni anni fa è stata, secondo me, un enorme balzo in avanti nella scienza, dal momento che ha dimostrato, sperimentalmente, che lo spaziotempo può deformarsi e piegarsi in presenza di enormi campi gravitazionali, e questo si diffonde in tutto il universo in un modo che possiamo misurare. Prima, era chiaro che questo era probabilmente il caso, grazie a Einstein, ma ora lo sappiamo con certezza. ”
Poiché il sistema si basa sull’espansione e la compressione dello spaziotempo, ha affermato Agnew, questa scoperta ha dimostrato che alcuni di questi effetti si verificano in natura. “Ora che sappiamo che l’effetto è reale, la domanda successiva, nella mia mente, è, ‘come lo studiamo e possiamo generarlo da soli in laboratorio?’“, Ha aggiunto. “Ovviamente, qualcosa del genere sarebbe un enorme investimento di tempo e risorse, ma sarebbe di grande beneficio“.
Naturalmente, il concetto di Warp Drive ha bisogno di molto altro ancora, servono numerosi progressi prima che sia possibile la ricerca sperimentale:
“In sostanza, ciò che è necessario per un ordito di curvatura è un modo per espandere e contrarre lo spaziotempo a piacimento, e in modo locale, come intorno a un piccolo oggetto o una nave. Sappiamo per certo che densità di energia molto elevate, sotto forma di campi EM o massa, ad esempio, possono causare curvatura nello spazio-tempo. Ci vogliono enormi quantità energia per farlo da quanto risulta dalla nostra analisi del problema“.
“D’altra parte, le aree tecniche dovrebbero cercare di perfezionare le attrezzature e il processo il più possibile, rendendo queste quantità di energia più plausibili. Credo che ci sia la possibilità che una volta che l’effetto possa essere duplicato su una scala di laboratorio, porterà a una comprensione molto più profonda di come funziona la gravità e può aprire la porta ad alcune teorie o scappatoie ancora da scoprire. Riassumendo, il più grande ostacolo è l’energia, e con ciò arrivano gli ostacoli tecnologici, che richiedono campi EM più grandi, attrezzature più sensibili, ecc“.
L’enorme quantità di energia positiva e negativa necessaria per creare una bolla di curvatura rimane la più grande sfida associata al concetto di Warp drive di Alcubierre. Attualmente, gli scienziati ritengono che l’unico modo per mantenere la densità di energia negativa richiesta per produrre la bolla sia attraverso un tipo di materia chiamata “esotica”. Gli scienziati stimano inoltre che il fabbisogno energetico totale sarebbe equivalente alla massa di Giove.
Le stime effettuate in precedenza erano maggiori, infatti si riteneva necessaria una massa equivalente pari a quella dell’intero universo. Sotto questo aspetto devono essere compiuti progressi notevoli per arrivare a capire se le quantità di energia in gioco possono essere ridimensionate. L’unica strada possibile, secondo Agnew è quella che porterà a nuovi progressi nella fisica quantistica, nella meccanica quantistica e nei metamateriali.
Anche dal punto di vista tecnico sono necessari passi avanti in diversi settori, nella realizzazione dei superconduttori, nell’interferometria e nei generatori magnetici. Da non trascurare anche i finanziamenti, mai semplici da trovare in campi ostici della ricerca come questo. Ma come afferma Agnew, questa non è una sfida insormontabile. Considerando i progressi fatti finora, ci sono motivi per essere positivi riguardo al futuro:
“La teoria ha dimostrato finora che vale la pena perseguire, ed è ora più facile che mai fornire prove che sia legittimo. In termini di giustificazioni per l’allocazione delle risorse, non è difficile vedere che la capacità di esplorare oltre il nostro Sistema Solare, anche oltre la nostra galassia, sarebbe un enorme salto per l’umanità. E la crescita della tecnologia derivante dal superamento dei limiti della ricerca sarebbe sicuramente vantaggiosa“.
Come l’avionica, la ricerca nucleare, l’esplorazione dello spazio, le auto elettriche e i razzi riutilizzabili, il Warp Drive pensato da Alcubierre sembra destinato a essere uno di quei concetti che dovranno superare molte difficoltà prima di vedere la luce. Ma se questi altri casi storici sono indicativi, alla fine potrebbe passare un punto di non ritorno e improvvisamente sembrare del tutto possibile!
E data il nostro crescente interesse per gli esopianeti (un altro campo esplosivo dell’astronomia), non mancano le persone che sperano di inviare missioni verso le stelle vicine per cercare pianeti potenzialmente abitabili. E come dimostrano certamente gli esempi di cui sopra, a volte tutto ciò che serve per far rotolare la palla è una buona spinta…
