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Si può trovare un accordo tra fisica e fantascienza? Scopriamolo con il film Interstellar

Il film di Christopher Nolan ha avuto grande successo ed è stato presentato come la nuova frontiera nella trasposizione cinematografica di idee scientifiche d’avanguardia.

 

Interstellar ha senz’altro il merito di aver avvicinato Einstein al grande pubblico, raccontando una storia basata sugli effetti della teoria generale della relatività.
Nella trama infatti hanno un ruolo-chiave le distorsioni estreme dello spazio-tempo, e in particolare la dilatazione gravitazionale che fa scorrere il tempo più lentamente là dove la gravità è più intensa.
Qui esamineremo alcuni interrogativi sulla plausibilità del film dal punto di vista scientifico, cominciando da una semplice questione di fisica classica e tecnologia.

E’ possibile attraversare un tunnel gravitazionale?

Come annunciato dal titolo, nel film gli esseri umani lasciano il Sistema solare e raggiungono stelle lontane, addirittura in un’altra galassia. Questo viaggio è impossibile con le tecnologie aerospaziali di cui disponiamo oggi.
Ecco perché c’è bisogno della scorciatoia cosmica rappresentata nel film da un wormhole, una sorta di tunnel gravitazionale, che nel film qualche misteriosa entità ha generosamente creato e posizionato vicino a Saturno.
In origine è stato Einstein nel 1935, insieme al fisico Nathan Rosen, a concepire l’idea del wormhole. Di solito lo si raffigura con disegni in cui lo spazio è ridotto a due dimensioni, come la superficie di un foglio.

 

Wormhole, conceptual artwork

 

Per andare dalla Terra a una stella lontana restando sul piano del foglio, il percorso sarebbe lunghissimo, ma può diventare molto breve se esiste un «tunnel» che collega tra loro due porzioni della superficie.
Il film introduce il concetto di wormhole con quest’analogia bidimensionale, per poi mostrare che nello spazio reale a tre dimensioni il «buco d’ingresso» di un wormhole in realtà è una sfera (e il condotto del tunnel, di conseguenza, avrebbe quattro dimensioni).

Tutto questo è scientificamente corretto, seppure molto ipotetico. Certo ci si aspetterebbe che l’intensa gravità del wormhole avesse forti effetti su Saturno, distruggendone almeno gli anelli. E non esiste nessuna prova del fatto che sia possibile attraversare fisicamente un wormhole, quand’anche questo esistesse.
Nel film dodici eroici astronauti hanno già attraversato il wormhole, avventurandosi alla ricerca di possibili pianeti da colonizzare, e sono riusciti a inviare alla base terrestre informazioni sulle loro scoperte. E’ possibile?
Dai loro nuovi pianeti, gli esploratori devono aver usato antenne super-potenti per inviare segnali verso il wormhole. Soprattutto quei segnali, una volta attraversato a ritroso il wormhole, devono aver puntato, miracolosamente, proprio verso la Terra. Uno scenario che va ben oltre il limite della plausibilità scientifica.

Come scorre il tempo nelle vicinanze di un buco nero?

Il primo pianeta extrasolare visitato dai protagonisti del film è in orbita intorno a Gargantua, un buco nero. Il pianeta dunque si trova in una regione dello spazio-tempo deformata da un campo gravitazionale intensissimo.

interstellar_gargantua

Al contrario, per gli astronauti che visitano il pianeta il tempo sull’astronave-madre scorre velocemente. Infatti essa li attende lontano dal buco nero, dove la gravità è molto minore. Così, quando si ricongiungono all’astronave-madre, dopo aver passato poche ore sul pianeta, scoprono che il loro collega li ha attesi per vent’anni.
In questo non c’è nulla di paradossale. Nel caso dei celebri gemelli della relatività speciale si ha un apparente paradosso perché, per ciascun gemello, dovrebbe essere il tempo dell’altro gemello a rallentare. La dilatazione del tempo della relatività generale, invece, è un effetto gravitazionale e non è simmetrico per i diversi osservatori.

La dilatazione gravitazionale del tempo è un fenomeno reale e del tutto distinto dalla dilatazione del tempo prevista dalla relatività speciale per chi viaggia a velocità altissima (nel film, peraltro, nulla si dice sulla velocità a cui viaggiano le astronavi, né sul loro particolare sistema di propulsione).
Sperimentiamo la sua validità ogni giorno, quando per i nostri spostamenti ci affidiamo a navigatori satellitari che dipendono da questo effetto. I satelliti della «costellazione GPS», infatti, orbitano a 20 000 km dalla Terra: a quella distanza la gravità è minore che sulla superficie del nostro pianeta, perciò gli orologi dei satelliti battono il tempo più velocemente rispetto ai nostri.
La geolocalizzazione GPS, che si basa su misure di tempo (il ritardo tra i segnali ricevuti da satelliti diversi) funziona proprio perché quelle misure vengono corrette, proprio come indicato dalla teoria generale di Einstein.

Che cosa provoca le onde sul pianeta dell’acqua?

La gravità del buco nero Gargantua si manifesta nelle gigantesche onde che spazzano il pianeta dell’acqua. Si tratta di maree come quelle che osserviamo due volte al giorno sulla Terra, dovute al fatto che la forza di gravità varia come l’inverso del quadrato della distanza.
Dal lato del globo che si affaccia verso la Luna e il Sole, la loro attrazione ha il valore massimo, mentre dal lato opposto ha il valore minimo. Perciò gli oceani formano due rigonfiamenti, le alte maree, sui lati opposti del globo, e la rotazione del pianeta ci fa attraversare ciascun rigonfiamento ogni 24 ore.

interstellar_onde

Sul pianeta dell’acqua di Interstellar il gradiente di gravità dovuto al buco nero è molto maggiore che sulla Terra, perciò le maree hanno ampiezza enorme e producono onde-killer.
L’esistenza di un pianeta così vicino a un buco nero è poco probabile (quelle stesse forze di marea non avrebbero già dovuto disintegrarlo)? E quanto può sopravvivere un pianeta del genere, prima di essere ingoiato dal buco nero?). Ma se si suppone che esista, i fenomeni descritti nel film sono plausibili.

Anche se il pianeta dell’acqua di Interstellar è esposto a una gravità intensissima, gli astronauti sulla sua superficie camminano normalmente. Non dovrebbero invece essere estremamente pesanti? La risposta è negativa, perché il pianeta è in orbita, cioè in continua “caduta libera” verso il buco nero.
La situazione è analoga a quella della nostra Stazione spaziale internazionale: a 400 km di quota la forza di gravità è ridotta soltanto del 10% rispetto al valore sulla superficie terrestre. Ma nella Stazione gli astronauti non hanno peso, perché insieme alla Stazione stanno continuamente cadendo verso la Terra.
Sul pianeta dell’acqua dunque si cammina normalmente, perché si risente soltanto della gravità dovuta alla massa del pianeta (che la sceneggiatura del film, per non aggiungere complicazioni, postula sia simile a quella terrestre).

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