Un wormhole è una specie di portale. Può essere visualizzato come un tunnel con due estremità in punti separati nello spaziotempo (cioè, posizioni diverse, punti diversi nel tempo o entrambi). Un tale tunnel fungerebbe da scorciatoia tra i suoi punti finali.

La nostra ricerca per spingere in avanti la frontiera della conoscenza scientifica ha portato alla crescita della comprensione del nostro universo. Alexander Friedmann ha predetto che in passato c’è stato un tempo in cui tutto ciò che osserviamo oggi era concentrato in un punto, creando una densità infinita. Poi si verificò l’evento del Big Bang, che fece separare tutto ciò che prima era vicino.

Col passare del tempo, Hubble osservò che la luce di quasi tutte le galassie era spostata verso il rosso, indicando l’espansione del nostro universo. Presto l’idea di collegare queste regioni separate si trasformò in molte teorie. Le previsioni di queste teorie andavano dal viaggiare alla velocità della luce all’apertura di un portale chiamato wormhole, che collegava luoghi lontani.

Come dicevamo, un wormhole è una specie di portale. Un wormhole può essere visualizzato come un tunnel con due estremità in punti separati nello spaziotempo (cioè, posizioni diverse, punti diversi nel tempo o entrambi). Un tale tunnel fungerebbe da scorciatoia tra i suoi punti finali. Il modo più semplice per immaginare un wormhole è la finestra della tua stanza. Quando guardi fuori dalla finestra, sia gli ambienti interni della stanza che quelli esterni sono completamente diversi: allo stesso modo, il wormhole collega due diverse regioni nel tempo e nello spazio.

L’apertura di un wormhole è chiamata “bocca” – e ciascuna di queste bocche è collegata dalla “gola” del wormhole. La gola può espandersi nella pancia o anche in più pance.

Idea di Wormhole

Ludwig Flamm mentre studiava la già nota soluzione del buco nero di Schwarzschild, propose l’esistenza dei buchi bianchi. Entrambi descrivono due diverse regioni dello spaziotempo collegate da un condotto spaziotemporale. Ludwig Flamm li aveva proposti per la prima volta nel 1916. Poi nel 1935 Albert Einstein e Nathan Rosen predissero che la teoria della relatività permette “ponti”, chiamati ponti Einstein-Rosen, nello spazio-tempo, questi ponti sono quelli che oggi chiamiamo wormhole.

Poi venne il fisico John Wheeler nel 1955: fu un suo articolo a coniare il termine “wormhole”. Il suo articolo ha anche fornito il primo diagramma di un wormhole come un tunnel che collega due aperture in diverse regioni dello spaziotempo. Secondo il loro principio, Albert Einstein e il suo allievo Nathan Rosen hanno spiegato che la singolarità al centro di un buco nero è collegata a un’altra singolarità, questo dà origine a un oggetto teorico chiamato buco bianco.

Rendiamola semplice, un buco nero attira la materia al suo interno, mentre un buco bianco espelle la materia. In termini matematici, un buco bianco è un buco nero invertito nel tempo. Esistono i buchi bianchi? Ebbene, non ne abbiamo mai scoperto nessuno, ma le equazioni della relatività generale predicono la loro esistenza.

Alcuni scienziati ritengono che un oggetto che cade in un buco nero non svanisce ma viaggia attraverso un tunnel e, con alcune modifiche o meno, esce da un buco bianco dall’altro lato in un’altra regione dello spazio.

Punto interrogativo sulla loro esistenza

Lo stesso Einstein credeva che sarebbe stato difficile usare i suoi ponti per i viaggi nel tempo perché:

• Un wormhole dovrebbe essere una struttura estremamente instabile che tende a collassare su se stesso quasi istantaneamente.
• A causa dell’intensa forza gravitazionale all’interno del buco nero, qualsiasi oggetto che vi si muove all’interno verrebbe strappato e non riuscirebbe mai ad uscire dall’altro lato.

Roy Kerr ha proposto una soluzione utilizzando un buco nero di Kerr, un buco nero rotante. Nella soluzione di Kerr, è effettivamente possibile viaggiare attraverso il buco nero rotante ed evitare la singolarità al centro, quindi sarebbe possibile uscire dall’altra parte. La sua soluzione si basa sul fatto che tutto nell’universo sta ruotando – le stelle, le galassie – quindi quando la stella collassa in un buco nero, è probabile che continui a ruotare.

Come rilevare un wormhole?

I fisici propongono che piccoli cambiamenti/deviazioni nell’orbita delle stelle vicino ai buchi neri supermassicci potrebbero essere usati per rilevare i wormhole.

“Nel caso, hai due stelle, una su entrambi i lati del tunnel spaziale. La stella dalla nostra parte dovrebbe sentire gli effetti gravitazionali della stella dall’altra parte. Il flusso gravitazionale attraverserà il wormhole“, afferma Dejan Stojkovic, cosmologo e professore di fisica all’Università di Buffalo, a New York.

Dice anche che, basandosi sulle perturbazioni nel percorso di una stella (S2) che gli astronomi hanno osservato in orbita attorno a Sagittarius A — l’osservazione dei dati raccolti per un periodo di tempo più lungo o lo sviluppo di tecniche per tracciarne il movimento in modo più preciso sarebbe fruttuoso nella ricerca di questi artefatti cosmici.

Tipi di wormhole

Ci sono molte divisioni di questi wormhole in base al tempo per il quale esistono (nel caso esistano nella realtà). Ad esempio, wormhole permanenti (che esistono per un certo tempo); transitori (che svaniscono velocemente); stabili (che non collassano se perturbati); statici (che non cambiano nel tempo); dinamici (che cambiano nel tempo), ecc. La divisione di base dei wormhole è la seguente (nota: in questo articolo ci occuperemo in particolare dei wormhole attraversabili):

• intra-universo: collegano due regioni che appartengono allo stesso universo.
• inter-universi: collegano due regioni che appartengono a due universi diversi.
• non attraversabili: se due particelle che entrano dai lati opposti del wormhole si incontrano da qualche parte nel tunnel, il wormhole non è attraversabile.
• attraversabili — Gli scienziati prevedono la possibilità che dopo il Big Bang, le fluttuazioni quantistiche su scala più piccola possano aver creato infiniti wormhole attraversabili, collegati attraverso stringhe cosmiche. Da qui, nei momenti iniziali di formazione del nostro universo, le estremità di questi wormhole potrebbero essersi staccate l’una dall’altra e potrebbero trovarsi a grandi distanze l’una dall’altra, diciamo miliardi di anni luce. Potrebbero essere ovunque, nel caso esistano wormhole attraversabili.
• In base alla circonferenza della “bocca” relativa alla lunghezza di Planck, i wormhole possono essere ulteriormente suddivisi in microscopici o macroscopici.

Alcuni fisici ritengono che quellimicroscopici attraversabili abbiano una possibilità di esistenza e potrebbero non richiedere alcuna materia esotica, ma richiedere materia fermionica caricata elettricamente con solo una piccola massa che non possa collassare in un buco nero carico.

Viaggi nel tempo

Alcuni scienziati ritengono che un wormhole potrebbe non solo collegare luoghi separati da uno spazio di miliardi di anni luce l’uno dall’altro, ma potrebbero anche essere utilizzati per viaggiare nel passato o nel futuro. Altri fisici credono che il viaggio nel tempo non sarebbe possibile usando un wormhole. Credono che sia solo una scorciatoia tra due punti nello spazio. Stephen Hawking ha affermato che sarebbe possibile creare wormhole, ma questi non potrebbero essere utilizzati per i viaggi nel tempo. Ha inoltre affermato che l’inserimento di una particella al suo interno lo destabilizzerebbe quasi immediatamente per impedirne l’uso: questa è nota come congettura della protezione della cronologia.

Creare wormhole artificialmente

I wormhole, se anche esistessero, sarebbero intrinsecamente instabili, infatti tenderebbero a crollare in un batter d’occhio, quindi non rappresentano un’opzione giusta per viaggiare. Sebbene siano stati proposti schemi di stabilizzazione esotici, non ci sono ancora prove che possano funzionare o che da qualche parte gli wormhole esistano.

Gli scienziati prevedono che per stabilizzare tali wormhole avremmo bisogno di materia esotica — Questo termine è spesso usato per descrivere la materia che si comporta in modo diverso dalla materia ordinaria. La materia esotica è un tipo ipotetico di materia che ha sia una densità di energia negativa che una pressione o tensione negativa che supera la densità di energia. Tutte le forme conosciute di materia hanno densità di energia positiva e pressioni o tensioni che sono sempre inferiori alla densità di energia in grandezza. La materia esotica (se esiste) può stabilizzare il wormhole in misura tale da permettere che rimanga aperto per periodi più lunghi.

Il vuoto dello spazio-tempo è pieno di campi quantistici, i mattoni quantistici fondamentali che sono responsabili della formazione delle altre forze e particelle che sperimentiamo, e questi campi quantistici hanno una quantità intrinseca di energia. È possibile costruire scenari in cui l’energia quantistica in una particolare regione è inferiore a quella circostante, rendendo quell’energia negativa a livello locale.

Tale energia negativa esiste nel mondo reale sotto forma dell’effetto Casimir.

L’effetto Casimir implica due piastre conduttrici parallele separate da uno spazio impercettibile in cui l’energia all’esterno delle piastre sarebbe maggiore dell’energia all’interno delle piastre. Entrambi i piatti sono ben imballati e sono vicini l’uno all’altro nel vuoto. Entrambe le piastre subiscono una pressione che produce attrazione. Durante queste interazioni può essere creata energia negativa, ma su scale estremamente piccole. L’effetto Casimir è stato provato e testato.

Comprendere il concetto di massa/energia negativa

La materia che conosciamo ha energia positiva e quindi provoca una curvatura positiva dello spazio-tempo. Sarebbe necessaria una regione con una curvatura estremamente negativa per stabilizzare un wormhole usando materia con energia negativa perché questo dà origine a una gravità repulsiva.

La massa negativa non esiste in realtà in quanto viola la 2a e la 3a legge di Newton (F=ma – seconda legge di Newton).

Quando la massa è negativa nell’equazione precedente, anche la forza sarà negativa. Quindi, si comporterà in un modo opposto alla sua natura originale. Infatti, la massa negativa reagisce in modo opposto a tutte le forze. Vale a dire: quando spingiamo sulla massa negativa, questa si muove verso di noi. Allo stesso modo, se proviamo a tirarla verso di noi, ci respinge e si allontana.

Alcuni scienziati credono che la massa negativa sia esistita durante i primi momenti del nostro Universo in quantità uguali alla massa positiva. Predicono inoltre che se attualmente esistono nell’Universo particelle di materia positive e negative, queste devono formare un plasma.

Ci troviamo in un cosmo sconcertante. Per dare un senso a ciò che percepiamo, abbiamo cercato di rispondere a tali fenomeni ponendoci domande come perché, come e cosa e cercando le loro soluzioni siamo arrivati alla scoperta di molti concetti.

Di tutti questi concetti, il concetto di wormhole appare continuamente nei romanzi di fantascienza e negli articoli scientifici. L’intera fisica è opera di curiosità, immaginazione e creatività. La nostra comprensione tridimensionale dell’universo non ci permette di teorizzare il fenomeno ed i concetti che prosperano nella realtà extradimensionale.

Dovremmo lasciare il pensiero tridimensionale e pensare oltre questo schema di pensiero convenzionale. La scoperta di questi tunnel non solo risponderebbe a problemi come i viaggi nel tempo, ma ci porterebbe anche faccia a faccia con altre civiltà e variazioni di tempo, spazio e cosmo.