In questi ultimi tempi sembra riapparire in alcuni articoli (per esempio qui o qui) la notizia che la NASA stia lavorando su un motore “WARP” che permetterebbe di viaggiare più velocemente della luce.
Lo spunto iniziale viene da un articolo pubblicato nel 1994 da Miguel Alcubierre sulla nota (nell’ambiente dei relativisti) rivista Classical and Quantum Gravity. In questo articolo, di cui non vedremo i dettagli perché estremamente tecnico, si analizza la possibilità per un’astronave di viaggiare a velocità “arbitrariamente grandi”. I più smaliziati diranno subito: e il limite della velocità della luce imposto dalla relatività? Ebbene, secondo l’autore questo limite si puo’ evitare.
L’idea su cui si basa è appunto quella di deformare lo spaziotempo davanti e dietro l’astronave, dilatandolo dietro e contraendolo davanti. In questo modo la propagazione della luce è essa stessa affetta da questa deformazione, e in modo tale che il limite relativistico sia conservato per gli osservatori. D’altra parte, la teoria della relatività impedisce di scambiare segnali (e quindi informazione) a velocità superiori a quella della luce, ma non impedisce allo spaziotempo stesso di espandersi a velocità superiori a c. In altre parole, è quello che si muove nello spaziotempo che non puo’ superare la velocità della luce, ma lo spaziotempo, lui, non ha questo limite.
Diciamo subito che questo non è il motore EM di cui si parla recentemente e spesso chiamato un po’ impropriamente “WARP”. Qui parliamo piuttosto di quello che la letteratura SF chiama “motore a curvatura”.
Si tratta di una vecchia idea presa da un articolo pubblicato nel 1994 da Miguel Alcubierre sulla nota (nell’ambiente dei relativisti) rivista Classical and Quantum Gravity. In questo articolo, di cui non vedremo qui i dettagli perché estremamente tecnico, si analizza la possibilità per un’astronave di viaggiare a velocità “arbitrariamente grandi”. Secondo l’autore, infatti, si può aggirare il limite massimo dato dalla velocità della luce nel vuoto.
L’idea su cui si basa è quella di deformare lo spaziotempo davanti e dietro l’astronave, dilatandolo dietro e contraendolo davanti. In questo modo la propagazione della luce è essa stessa affetta da questa deformazione e in maniera tale che il limite relativistico sia conservato per gli osservatori. D’altra parte, la teoria della relatività impedisce di scambiare segnali, e quindi informazione, a velocità superiori a quella della luce, ma non impedisce allo spaziotempo stesso di espandersi a velocità superiori a c. In altre parole, è quello che si muove nello spaziotempo che non può superare la velocità della luce, ma lo spaziotempo, lui, non ha questo limite.
Se tramite un dispositivo riuscissimo a contrarre lo spazio tempo davanti l’astronave e dilatarlo dietro in una sorta di guscio sferico, mentre l’astronave rimane in una bolla di spazio tempo non deformato, allora potremmo muoverci verso un punto di destinazione ad una velocità arbitraria perché la contrazione/dilatazione dello spaziotempo non è soggetta al limite di c. È come se invece di andare più veloce per fare prima, accorciassimo la distanza da percorrere. In questo modo il tempo trascorso in viaggio è ridotto anche per un osservatore al di fuori dell’astronave.
Tuttavia, non sarà facile raggiungere questo risultato e probabilmente non sarà neanche possibile. L’articolo evidenzia che per creare una perturbazione nello spaziotempo utilizzabile da una ipotetica astronave occorre un tipo di materia particolare, che l’autore Miguel Alcubierre chiama “esotica” in quanto avrebbe una densità negativa per l’osservatore in moto. Questo è sufficiente secondo alcuni per ritenere impossibile i motori WARP.
Cerchiamo di approfondire restando semplici il concetto di “materia esotica”.
Nell’articolo di M. Alcubierre si mostra che la metrica (alla quale è legata la deformazione dello spaziotempo) necessaria per effettuare i viaggi a velocità WARP ha un serio problema. Essa viola infatti tutte e tre le cosiddette “condizioni sull’energia” (=densità di materia,
=pressione):
- I condizione (debole). La densità della materia nel futuro di tutti gli osservatori è sempre non negativa, ovvero
- II condizione (dominante). In aggiunta alla condizione precedente, per tutti gli osservatori la massa e l’energia non possono mai essere viste fluire con velocità superiori a quella della luce. In formule:
- III condizione (forte). È una condizione difficile da rendere a parole, diciamo che è legata alle forze di marea e che lo stesso osservatore deve verificare le relazioni:
Queste tre condizioni sono condizioni molto generali e che in linea di principio devono essere soddisfatte da ogni teoria ragionevole della materia. Esistono situazioni cui la terza condizione è violata almeno dal punto di vista teorico, tuttavia non è chiaro se sia effettivamente possibile fisicamente. È certo comunque che questa violazione implica l’abbandono del regime classico della relatività e richiede una teoria alternativa.
Ora, se si applica la trasformazione richiesta (ovvero, la metrica di Alcubierre) allo spaziotempo si trova che per gli osservatori la densità di materia e l’energia risultano definite negative violando così in un colpo solo tutte e tre le condizioni. Questo significa che questa deformazione implicherebbe l’esistenza di una materia con proprietà molto strane e non del tutto ragionevoli, rendendo così quantomeno difficoltosa la realizzazione pratica di un simile apparato.
L’autore lascia tuttavia uno spiraglio aperto facendo notare come la teoria quantistica dei campi permetta di avere, in condizioni particolari, limitate regioni con una densità di energia negativa.
(gli interessati con una solida preparazione in fisica possono trovare l’articolo di Miguel Alcubierre qui).
Questo articolo è tradotto anche in fr_FR.