Viaggio più veloce della luce: l’unità di curvatura è davvero possibile?

Nell’universo di Star Trek, l’umanità si avventura nella Galassia il 5 aprile 2063 con il primo viaggio in assoluto su una nave capace di viaggiare più velocemente della luce. L’unità di curvatura appena inventata non solo consente agli esseri umani di esplorare il cosmo, ma attira l’attenzione dei Vulcaniani e porta il nostro primo contatto con una specie aliena.,

Sono passati 54 anni da quando siamo stati introdotti per la prima volta nell’Azienda e molte delle tecnologie futuristiche di Star Trek sono state inventate, dai comunicatori portatili ai traduttori universali. Warp drive è la prossima scelta ovvia: Voyager 1, che ha viaggiato più lontano dalla Terra di qualsiasi veicolo spaziale, ha impiegato quasi 35 anni per lasciare il Sistema Solare. Non esattamente a portata di mano per i viaggi interstellari.

Fortunatamente per l’umanità, i fisici teorici ci hanno lavorato., Nel maggio 2020, lo scienziato della NASA Harold “Sonny” White ha pubblicato un rapporto di fattibilità interno che discute la tecnologia dal punto di vista della “pianificazione iniziale della missione”.,

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La prima teoria scientifica del warp drive è nata nel 1994, quando il fisico teorico Miguel Alcubierre utilizzato la teoria di Einstein della Relatività Generale di sviluppare un quadro di riferimento che permettesse più veloce della luce di viaggio entro i limiti delle leggi della fisica., La chiave che lo rende possibile è che, tecnicamente, la nave stessa non viaggia più velocemente della luce.

“Ciò che warp drive sta facendo è fondamentalmente dire che non esiste una legge della fisica che dica che lo spazio-tempo stesso non può andare più veloce della velocità della luce”, afferma la dottoressa Erin Macdonald, astrofisica e consulente scientifico per Star Trek.

“E quindi il concetto di warp drive è dire, va bene, prendiamo la nostra nave, costruiamo una bolla di spazio-tempo attorno ad essa, e poi avremo che ci spingono più velocemente della velocità della luce”, dice., È simile all’idea di un’auto da corsa che guida a bordo di un treno: qualcuno in piedi vicino ai binari vedrebbe l’auto viaggiare molto più velocemente della sua velocità massima.

Secondo la Relatività Generale, l’Universo è un foglio piatto di spazio-tempo che è deformato da qualsiasi oggetto con massa. “Pensiamo alla palla da bowling sul trampolino e quella palla da bowling immerge il trampolino verso il basso”, dice Macdonald, “e questo è ciò che la massa fa per lo spazio-tempo.”Questa distorsione dello spazio-tempo è ciò che sperimentiamo come gravità.,

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L’unità Alcubierre utilizza lo stesso concetto. La “bolla” che circonda la nave è un’area di spazio-tempo che viene compressa davanti alla nave e espansa dietro di essa. Come con la gravità, è possibile creare questa distorsione utilizzando una grande quantità di massa. In alternativa, grazie a E = mc2 di Einstein (l’energia è uguale alla massa, volte la velocità della luce al quadrato), si potrebbe ugualmente utilizzare un’enorme quantità di energia.,

All’interno della bolla, lo spazio-tempo è completamente piatto, il che significa che i viaggiatori spaziali non noterebbero effetti strani e relativistici. Il risultato è che la bolla dello spazio-tempo viene scagliata in tutto l’Universo, con i viaggiatori seduti comodamente all’interno della loro nave, tachimetro ancora leggendo lo stesso numero.

Sfortunatamente, la creazione di un’unità di curvatura è ancora più difficile di quanto sembri. ” Devi avere una quantità molto, molto grande di energia”, dice José Natário, professore associato in matematica presso l’Instituto Superior Técnico dell’Università di Lisbona.,

“Per avere la deformazione di cui hai bisogno per far funzionare questo genere di cose, avresti bisogno di molta, molta più energia del Sole o della Galassia”, dice. “Ma anche, è energia negativa.”

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L’energia negativa non è qualcosa che possiamo attualmente creare – certamente non nelle quantità necessarie per alimentare un motore a curvatura. Come potrebbe l’energia essere negativa?,

Un modo per pensarci è considerare una particella con massa negativa. Queste particelle reagirebbero alla gravità nel modo esatto opposto alle particelle di massa positiva. Invece di essere tirati verso un pianeta o una stella, sarebbero stati gettati via.

“Se avessimo una sorta di componente come quella in cui avevamo una massa negativa, qualunque cosa stia mantenendo quella massa insieme sarebbe quell’energia negativa”, dice Macdonald.

Questo non è un problema che andrà via con la raffinazione dell’idea: Natário ha dimostrato matematicamente che qualsiasi forma di trasmissione a curvatura richiederà energia negativa.,

Joseph Agnew è uno studente laureato presso l’Università dell’Alabama a Huntsville il cui lavoro di laurea su warp drive è stato pubblicato sulla rivista AIAA. Pensa che ulteriori ricerche sui fondamenti della fisica siano la via da seguire per warp drive.

“Un ulteriore studio sperimentale delle onde gravitazionali naturali e forse uno studio sul tentativo di generare onde gravitazionali artificiali farebbe davvero progredire la comprensione della gravità, e quindi dello spaziotempo e di tutta la scienza connessa”, dice Agnew.,

Natário crede che ci sia un problema ancora maggiore con il concetto dell’unità Alcubierre. Immagina un aereo supersonico che viaggia più veloce della velocità del suono. Non si sente l’aereo fino a quando non è già passato, perché le onde sonore non possono tenere il passo. L’unità di curvatura sperimenta lo stesso effetto con le onde luminose, il che significa che non c’è modo di inviare un messaggio prima di te.,

“Io lo chiamo il problema ‘hai bisogno di uno per fare uno’”, dice Natário. Come si crea la geometria spazio-temporale deformata intorno alla vostra nave? Per prima cosa, dovresti inviare un segnale davanti a te per “dire” allo spazio-tempo di deformarsi, dice Natário. “Per farlo andare più veloce della luce, hai bisogno di qualcosa che sarebbe andare più veloce della luce per cominciare in modo che si sarebbe in grado di comunicare al di fuori dell’orizzonte.”

Questi due problemi – combinati con il leggero problema che i viaggiatori sarebbero bombardati da radiazioni incredibilmente ad alta energia-sono la caduta del warp drive, crede Nátario., “La linea di fondo è, a mio parere, è completamente impossibile”, dice.

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Agnew è più ottimista. “Molti di questi concetti teorici di trasporto spaziale si basano ampiamente su una comprensione approfondita della gravità e dello spaziotempo, che al momento non è il caso”, afferma.

“Non vedo ancora alcun modo per poter dire, con assoluta certezza, che “non accadrà mai tra un milione di anni”., In caso di dubbio, la storia impone che sia meglio sbagliare dalla parte del cauto ottimismo scientifico.”

Anche Macdonald è fiducioso. ” Sono un eterno ottimista con questo perché voglio unirmi alla Flotta Stellare”, dice. “Il modo in cui penso è che è come se non sapessimo mai cosa verrà giù dal tubo con una sorta di questi strani, esotici, divertenti esperimenti di pensiero.

“Sono d’accordo in questa fase, in questo momento, è un esperimento di pensiero divertente. Ma questo non preclude qualche scoperta massiccia che potrebbe accadere che non possiamo prevedere.,”