Le navicelle spaziali di Star Trek: è davvero impossibile viaggiare ‘più veloci della luce’?

La navicella di Star Trek ha ispirato il fisico Alcubierre a trovare un modo per viaggiare a velocità maggiori di quella della luce senza contraddire la relatività di Einstein.

La ricerca della conoscenza e la possibilità di espandere i propri orizzonti ha da sempre affascinato l’uomo. Molti film fantascientifici parlano di raggiungere nuovi sistemi solari, ma nella realtà ci sono molti ostacoli. Le navicelle ideate in Star Trek che modificano lo spazio-tempo attorno a loro hanno però ispirato molti scienziati.

Come funzionerebbe la navicella ispirata da Star Trek

Einstein spiega che l’universo in cui viviamo lo si può immaginare come un enorme telo di spazio-tempo elastico, che si può espandere, allargare, restringere.

La relatività di Einstein però impone un limite massimo di velocità: quello della velocità della luce. Questo limite si applica solo ad oggetti con massa, energia, o informazione. Infatti non c’è un limite di velocità a cui lo spazio si possa espandere: due galassie si possono allontanare tra loro a velocità relative maggiori di quelle della luce.

Tenendo questo a mente e dopo aver visto il film Star Trek, il fisico messicano Alcubierre fu ispirato dalle navicelle spaziali del film che per raggiungere galassie distanti piegava lo spazio-tempo con un propulsore a curvatura. Nel 1994, Alcubierre svolse dei calcoli di relatività generale ‘al contrario’ partendo da una soluzione che avrebbe permesso a navicelle simili a quelle di Star Trek di esistere. Così costruì dalla fine all’inizio un modello teorico che fosse valido per la relatività generale.

Ecco come funzionerebbe la navicella teorizzata da Alcubierre. Una bolla circonda e delimita un volume di spazio-tempo non disturbato dove giace la navicella. Sulla superficie della bolla si genera una curvatura estrema dello spazio-tempo che contrae lo spazio-tempo davanti alla navicella e che fa espandere lo spazio-tempo dietro alla stessa. Così la distanza tra un luogo e un altro davanti alla navicella si accorcerebbe, permettendo alla navicella di raggiungere lontani luoghi dell’universo ‘surfando’ nello spazio-tempo. Questo permetterebbe di viaggiare più velocemente rispetto a un raggio di luce che non attraversi la scorciatoia creata della bolla.

Uno dei grandi vantaggi di questo metodo di viaggio sarebbe che, dato che la navicella non verrebbe accelerata all’interno della bolla, la dilatazione temporale dovuta alla relatività ristretta non creerebbe problemi.

I progressi e gli ostacoli alla propulsione a curvatura di Alcubierre

Gli scienziati della Nasa hanno dato così tanta rilevanza scientifica alla teoria di Alcubierre da  arrivare a condurre esperimenti relativi alla propulsione a curvatura a partire dal 2012. Tutto ciò nel laboratorio di propulsione fisica avanzata della Nasa (Eagleworks) guidato Dr. H.S. White. Nel 2013 è stato annunciato che gli scienziati erano riusciti a creare un ‘wrap field’ (così hanno chiamato la perturbazione dello spazio-tempo) nel vuoto per 19.6 secondi. Anche se la perturbazione era di una parte su un milione, una simile modifica permetterbbe di giungere ad Alpha Centauri (lontana 4.4 anni luce) in sole 2 settimane (rispetto ad alcuni millenni con le altre tecnologie di oggi). Gli scienziati della Nasa però non sono riusciti a interpretare molti dei risultati degli esperimenti che sono quindi stati dichiarati inconcludenti.

Nel 2017 sono state osservate le onde gravitazionali previste da Einstein, che confermano le teorie della relatività generale su cui si basa la teoria di Alcubierre.

Tuttavia bisogna ricordare che con il metodo utilizzato da Alcubierre – che parte dalla soluzione che si vuole ottenere e trova il modo di renderla compatibile con l’equazione iniziale della relatività generale – il risultato ottenuto potrebbe non essere applicabile nella realtà o potrebbe rappresentare una soluzione insensata a livello fisico.

Per ottenere l’effetto desiderato da Alcubierre sarebbe necessario creare un anello di alta densità di energia negativa attorno alla navicella, e in un luogo così esteso ciò potrebbe non essere fattibile. Secondo alcuni studi, sarebbe necessaria un’ energia negativa maggiore dell’energia della massa della luna intera. E anche se fosse possibile, la bolla emetterebbe radiazioni di Hawking, che sono letali.

Un altro enorme problema è che se la teoria del ‘wrap drive’ di Alcubierre fosse valida, implicherebbe la possibilità di creare macchine del tempo. Ma questo è impossibile secondo le teorie di Stephen Hawking sulla casualità degli eventi e sulla protezione della congettura cronologica. Inoltre, se si scoprisse una ‘teoria del tutto’ che unificasse meccanica quantistica e relatività, probabilmente i ‘wrap’ (le scorciatoie spazio-temporali) non potrebbero esistere neppure a livello teorico.

In ogni caso, anche se questi ‘wrap’ dello spazio-tempo esistessero, si ipotizza che per avere le tecnologie necessarie a creare navicelle che si basano su questo principio dovremo aspettare centinaia di anni.

Altre tecnologie per esplorare altri sistemi solari

Gli scienziati stanno cercando altre vie e diverse alternative per trovare in un futuro un modo per viaggiare verso altre stelle. Con le tecnologie di oggi dei razzi a carburante, per raggiungere la stella più vicina a noi si impiegherebbero migliaia di anni e si stima che potrebbe esser necessario più carburante di tutta la massa dell’universo.

Ci sono molte altre alternative su cui si sta indirizzando la ricerca, come l’idea di rilasciare delle bombe a idrogeno alimentate da reazioni nucleari di fusione. Oppure creare una tecnologia che sfrutta l’energia liberata dall’annichilamento della massa con l’anti-massa per la particella. Un’altra possibilità (di cui S. Hawking era un gran sostenitore) sarebbe la barca solare: una vela leggerissima sarebbe accelerata e spinta dal momento dei fotoni dei laser puntati dalla terra sulla vela. La tecnologia più lontana a noi in termini di tempo di realizzazione sarebbe quella del Kugelblitz. Sarebbe necessario puntare dei laser potentissimi in una regione minuscola, creando una densità di energia così alta da fare curvare lo spazio-tempo in un buco nero. Le radiazioni prodotte potrebbero essere utilizzate da una navicella spaziale per viaggiare ad elevate velocità.

Tutte queste tecnologie sono molto lontane dall’ essere realizzabili in tempi brevi, ma magari un giorno una di queste idee potrebbe funzionare e ciò potrebbe portarci ad accrescere enormemente la nostra conoscenza dell’universo. Nella scienza è importante ed è essenziale il pensiero creativo e aperto; le idee possono persino nascere o essere ispirate da film fantascientifici. L’importante è non smettere mai di ingegnarsi e non avere paura di sbagliare, perchè banalmente senza nuove idee il progresso della scienza non potrebbe esistere.

 

 

 

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