Un wormhole è considerato come un mezzo attraverso il quale un veicolo spaziale può viaggiare con velocità più elevate di quella della luce e muoversi istantaneamente da un punto dello spazio-tempo a un altro.
Nonostante la Teoria della Relatività generale non ammetta l’esistenza di wormhole attraversabili, una recente ricerca ha dimostrato che invece questi oggetti potrebbero esistere nell’ambito della fisica quantistica.
L’unico aspetto negativo è che in realtà impiegherebbero più tempo per attraversare lo spazio normale e, inoltre, sarebbero microscopici.
Wormhole, oltre il modello standard
In uno studio sviluppato da una coppia di ricercatori della Ivy League, l’esistenza di una fisica che supera il modello Standard potrebbe significare che esistano dei wormhole che, non solo sono abbastanza ampi da essere attraversati, ma assolutamente sicuri per quei viaggiatori umani che vogliano andare da un punto A a un punto B.
i ricercatori che hanno condotto lo studio, dal titolo Human traversable wormholes (Wormhole attraversabili dagli esseri umani), sono Juan Maldacena (Institute of Advandec Study) e Alexey Milekhin (Princeton University). Entrambi, nel passato, hanno scritto diversi articoli sui wormhole e su come questi oggetti possano essere utilizzati per viaggiare con sicurezza attraverso lo spazio.
La teoria dei wormhole è emersa nei primi anni del 20° secolo, come risposta alla Teoria Generale della Relatività di Einstein. Il primo a ipotizzare la loro esistenza è stato Karl Schwarzschild, un fisico e astronomo tedesco, le cui soluzioni dell’equazione di campo di Einstein (la metrica di Schwarzschild) hanno rappresentato la prima base teorica per l’esistenza dei buchi neri.
Sulla base di questa metrica, Schwarzschild sosteneva l’esistenza di buchi neri eterni, ovvero delle connessioni tra punti differenti dello spazio-tempo. Però, i wormhole di Schwarzschild non sono stabili, in quanto essi collasserebbero molto velocemente per qualunque oggetto che li attraversi da un’estremità all’altra.
Gli stessi Maldacena e Milekhin hanno spiegato che l’esistenza dei wormhole attraversabili richiede delle condizioni speciali, tra le quali l’ipotesi di un’energia negativa, che, come noto, non è ammessa nella fisica classica – ma che diventa possibile nel mondo della fisica quantistica.
Un esempio di questa condizione è l’Effetto Casimir, in cui campi magnetici producono energia negativa, mentre si propagano lungo un cerchio chiuso. Si tratta di un effetto comunque piccolo in quanto realizzato nella scala quantistica.
In un loro precedente articolo, dal titolo Traversable wormholes in four dimensions (Wormhole attraversabili in quattro dimensioni), i due autori hanno constatato che questo effetto può diventare rilevante per quei buchi neri che presentano un intenso campo magnetico. L’idea innovativa era quella di utilizzare le particolari proprietà dei fermioni carichi privi di massa (particelle come gli elettroni, ma senza massa). Per un buco nero dotato di campo magnetico, queste particelle viaggerebbero lungo le linee del campo magnetico (in un modo simile a come le particelle cariche del vento solare creano le aurore vicino le regioni polari della Terra).
Il fatto che queste particelle possano viaggiare in un cerchio, entrando in un punto ed emergendo da dove hanno iniziato nello spazio piatto, comporta che l’energia del vuoto viene modificata e, quindi, può essere negativa.
La presenza di questa energia negativa può spiegare l’esistenza di un wormhole stabile, un ponte tra punti dello spazio-tempo, che non collassa prima che qualcosa lo possa attraversare.
Questi wormhole sarebbero ammessi anche dalla fisica delle particelle del Modello Standard. L’unico problema è che questi wormhole avrebbero dimensioni microscopiche ed esisterebbero solo su distanze molto piccole.
Affinché i wormhole possano essere attraversati da un essere umano, però, essi devono essere più ampi, il che richiede una fisica che va oltre il Modello Standard.
Secondo Maldacena e Milekhin, a questo punto entra in gioco il modello Randall-Sundrum II. Questo modello, che prende il nome dai fisici teorici Lisa Randall e Raman Sundrum, ipotizza un universo a cinque dimensioni, e fu originariamente proposto per risolvere un particolare problema di fisica delle particelle.
Il modello Randall-Sundrum II era basato sulla congettura che lo spazio-tempo pentadimensionale potrebbe descrivere la fisica a energie più basse rispetto a quelle che si era soliti esplorare, ma che questo (lo spazio-tempo) non poteva essere rilevato perché si accoppia con la nostra materia solo attraverso la gravità. Infatti, la fisica descritta da questo modello consiste nell’aggiungere dei campi senza massa, fortemente interagenti, alla fisica già nota. E per questa ragione da esso potrebbe scaturire l’energia negativa richiesta.
Maldacena e Milekhin affermano che questi wormhole sarebbero simili a dei buchi neri, carichi e di dimensioni intermedie, che andrebbero a generare delle forze di marea altrettanto intense, che i veicoli spaziali farebbero meglio a evitare. Per giungere a ciò, conferma la coppia di scienziati, un potenziale viaggiatore avrebbe bisogno di un fattore di spinta molto elevato mentre passa attraverso il centro dei wormhole.
Anche supponendo che ciò possa essere realizzato, rimane la domanda se questi wormhole possano funzionare da scorciatoia tra due punti nello spazio-tempo. Una ricerca precedente, condotta da Daniel Jafferis della Harvard University, ha dimostrato che, sebbene possibili, dei wormhole stabili impiegherebbero di fatto un tempo più lungo per attraversare lo spazio normale.
Secondo lo studio sviluppato dal Maldacena e Milekhin, i loro wormhole avrebbero un tempo di attraversamento quasi nullo, visto dalla prospettiva del viaggiatore. Da una prospettiva esterna, il tempo di viaggio dovrebbe essere più lungo, il che è consistente con la Relatività Generale – nella quale chi viaggia a una velocità prossima a quella della luce sperimenterà una dilatazione del tempo.
Come riscontrato da Maldacena e Milekhin, se degli astronauti viaggiassero attraverso un wormhole, essi impiegherebbero solo 1 secondo del loro tempo per coprire una distanza di 10.000 anni luce. Per un osservatore che non viaggia attraverso un worhole, e quindi si trova in una posizione esterna a esso, gli astronauti impiegherebbero 10.000 anni per coprire la medesima distanza.
Inoltre, l’attraversamento di questi wormhole verrebbe eseguito senza l’uso di carburante, poiché la forza gravitazionale dello stesso wormhole accelererebbe e decelererebbe il veicolo spaziale. In uno scenario di esplorazione spaziale, un pilota dovrebbe navigare le forze di marea del wormhole per posizionare adeguatamente il veicolo, e lasciare fare il resto alla natura.
Un secondo dopo, la navicella emergerebbe dall’altra parte della galassia!
Anche se la situazione sopra descritta potrebbe fornire speranze a chi pensa che i wormhole possano veramente essere dei mezzi per viaggi spaziali, il lavoro di Maldacena e Milekhin presenta comunque degli svantaggi non indifferenti.
Innanzitutto, i wormhole attraversabili dovrebbero essere progettati utilizzando massa negativa, in quanto non esiste alcun meccanismo plausibile perché vengano formati naturalmente.
Sebbene ciò sia possibile (almeno in via teorica), è necessario che le necessarie configurazioni dello spazio-tempo siano predisposte in anticipo. E comunque, la massa e le dimensioni di questa configurazione sono così grandi, che la realizzazione andrebbe oltre ogni tecnologia oggi prevedibile. Inoltre, questi wormhole sarebbero sicuri solo se lo spazio fosse freddo e piatto.
Oltre a tutto ciò, ogni oggetto che entra dentro il wormhole subirebbe un’accelerazione, e persino la presenza di una radiazione cosmica di fondo pervasiva rappresenterebbe un rischio non indifferente.
Comunque, Maldacena e Milekhin sottolineano che il loro studio è stato condotto con l’obiettivo di dimostrare che possono esistere wormhole attraversabili come risultato della sottile interazione tra la relatività generale e la fisica quantistica.
In breve, è improbabile che i wormhole diventino dei mezzi pratici per viaggiare nello spazio – almeno non in un modo al momento prevedibile, ma nello stesso tempo, è certamente incoraggiante sapere che un fattore chiave della fantascienza possa rientrare nell’ambito delle possibilità reali!
