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Le avventure di Star Trek sono davvero uno spettacolo di scienza o soltanto un mix di fantascienza senza senso? Sarà possibile arrivare a realizzare le fantastiche innovazioni che abbiamo ammirato sia nella serie originale che nei programmi successivi, o si tratta di fantasie hi-tech ideate per trascendere la realtà?

In Star Trek la scienza fa spesso da fondamento alla trama: la tecnologia è essenziale per i membri dell’equipaggio della “USS Enterprise”, affinché riescano a svolgere il loro compito. “Star Trek è scritto in modo abbastanza intelligente ed è più fedele alla scienza di qualsiasi altra serie di fantascienza mai mostrata in televisione“, ha dichiarato il fisico David A. Batchelor.

Un delicato equilibrio tra l’accuratezza scientifica e il rischio di commettere imprecisioni è costante nello spettacolo, aspetto caratterizzante di tutti gli episodi. Ecco spiegate alcune delle tecnologie standard di Star Trek, più o meno in ordine crescente di “incredibilità scientifica”.

Dispositivi di occultamento (Invisibilità)

Ad oggi esistono dispositivi di occultamento rozzi, che consistono in ingombranti strati di meta-materiali i quali possono nascondere solo piccoli oggetti dalla visibilità, in una gamma limitata di colori. Nuove varietà di meta-materiali produrranno senza dubbio effetti migliori, ma allo stato attuale non sembrano in grado di fornire una completa invisibilità.

Una foto di come appaino i meta-materiali Fonte:coscienza-universale.com

Trasportatore (Teletrasporto)

Non abbiamo ancora la minima idea di come costruire un trasportatore simile a quello che osserviamo in azione durante gli episodi di Star Trek. Questo dispositivo sfrutta un raggio che viene irradiato da un punto A a un punto B, dove si ferma precisamente e ricostruisce il soggetto trasportato. Tutti gli atomi e le molecole rimaterializzati appaiono così nella posizione corretta e adesi tra loro, come se non fosse avvenuta alcuna smaterializzazione.
Ma, nel rimaterializzarsi, come mai tutto rimane integro quando una folata di vento, così come la costante forza di gravità, dovrebbero disturbare i singoli atomi? Nessuna legge fisica dà oggi un indizio su come ciò potrebbe essere anche solo pensabile. Il massimo che è stato ottenuto finora è teletrasportare un piccolo numero di atomi e fotoni, al fine di sviluppare i computer quantistici.

Propulsione a curvatura

La capacità di manipolare lo spazio è il concetto più importante della velocità di curvatura. Nell’universo di Star Trek, essa è ottenuta tramite l’uso di una trasmissione a curvatura. Questa reazione crea del plasma altamente energetico (elettro-plasma), dotato di un proprio campo magnetico e che reagisce con le bobine di curvatura dell’astronave. Le bobine di curvatura sono tipicamente racchiuse in una navicella di curvatura. Il tutto genera un “campo di curvatura” o “bolla” attorno all’Enterprise, consentendo alla nave e al suo equipaggio di rimanere al sicuro mentre lo spazio si manipola.

Questo modello di viaggio spaziale implica l’allungamento del tessuto dello spazio-tempo in un’onda che fa contrarre lo spazio davanti a un oggetto, mentre quello dietro di esso si espande. E’ un po’ come se tale oggetto tirasse la sua destinazione verso di sé, mentre spinge indietro il suo punto di partenza. L’oggetto dovrebbe quindi essere in grado di “cavalcare” questa regione di spazio piatto.

Schema propulsione a curvatura Fonte: How Staff Works

La Metrica di Alcubierre

Questo modello rientra nella “Metrica di Alcubierre”, la quale, interpretata nel contesto della Relatività Generale, prevede che una bolla di curvatura possa formarsi in una regione precedentemente piatta dello spazio-tempo e allontanarsi a delle velocità che superano quella della luce. L’interno della bolla costituisce il sistema di riferimento inerziale per qualsiasi oggetto che la abita.

Sostanzialmente la nave non si muove all’interno di questa bolla, ma viene trasportata mentre la regione stessa si muove. Gli effetti relativistici convenzionali, come la dilatazione del tempo, non si applicherebbero. Quindi, le regole dello spazio-tempo e le leggi della relatività non sarebbero violate nel senso convenzionale.

Questo metodo non si basa su un movimento più veloce della luce in senso stretto, poiché un raggio di luce all’interno di questa bolla si muoverebbe sempre più velocemente della nave. È invece “più veloce della luce” nel senso che la nave raggiunge la sua destinazione più velocemente di un raggio di luce che viaggia fuori dalla bolla di curvatura.

Ma è davvero possibile costruire un’astronave del genere?

Il fisico Miguel Alcubierre ha suggerito l’uso della cosiddetta “materia esotica“, un tipo teorico di materia con energia negativa. Se potesse essere scoperta o creata, la materia esotica potrebbe respingere lo spazio e il tempo e creare un campo gravitazionale.

Le difficoltà

Per prima cosa, non esistono metodi noti per creare una bolla di curvatura di questo tipo in una regione dello spazio che non ne contenga già una. In secondo luogo, supponendo che ci sia un modo per generare tale bolla, non esiste ancora alcun modo noto per abbandonarla una volta entratici. Di conseguenza, la “Metrica di Alcubierre” rimane, almeno fino a questo momento, solo una teoria.

Nel 2012 l’Advanced Propulsion Physics Laboratory della NASA (Eagleworks) ha annunciato di aver iniziato a condurre esperimenti per capire se un “motore a curvatura” fosse effettivamente realizzabile. Durante il progetto è stato sviluppato un interferometro per rilevare le distorsioni spaziali prodotte dall’espansione e dalla contrazione dello spazio-tempo della Metrica. Nel 2013 sono stati pubblicati i risultati del loro test sul campo di curvatura, durato 19,6 secondi in condizioni di vuoto, ma tali risultati sono stati inconcludenti.

Attualmente una tecnologia del genere sembra ancora possibile e i tentativi di provare il contrario sono stati finora infruttuosi. Come possiamo però ambire a diventare una specie interstellare, quando tutte le sperimentazioni necessarie richiederebbero secoli?
Per fortuna, come la storia ci ha insegnato, ciò che è considerato impossibile cambia nel tempo.

Conclusione

Star Trek è una divertente combinazione di scienza reale e scienza immaginaria. La scienza reale rappresenta lo sforzo di omaggiare le più grandi conquiste dell’umanità, mentre la scienza immaginaria è un campo di gioco che espande e stimola la mente.
Si tratta senz’altro dell’unica serie di fantascienza realizzata con un grande rispetto per la vera scienza e per la scrittura intelligente.

Live long and prosper 🖖

Gabriele Galletta

Se cercate la parola ”invisibilità” su Google, vi renderete subito conto di come l’idea di molti (soprattutto dei più giovani) riguardo l’argomento sia legata alla possibilità di realizzare il famoso “mantello” in grado di rendere qualsiasi cosa invisibile. Troverete inoltre tra i primi risultati un video realizzato in Cina nel quale un uomo scompare dopo avere indossato proprio un mantello, poi del tutto smentito in quanto falso (realizzato al computer).

Quanto c’è di scientifico nel concetto di invisibilità? Esiste concretamente al giorno d’oggi tale possibilità?

Numerosi ricercatori stanno e hanno tentato di realizzare tali dispositivi, principalmente con l’impiego dei cosiddetti metamateriali, ovvero materiali creati in laboratorio con proprietà del tutto sorprendenti. Ma quali sono le problematiche principali riscontrate negli anni riguardo tale possibile tecnologia? Innanzitutto la difficoltà di rendere un oggetto invisibile a tutte le lunghezze d’onda (ovvero a tutti i “colori”) della luce naturale (a ogni colore corrisponde una diversa lunghezza d’onda, figura sotto).

Inoltre, restano irrisolte le questioni legate all’ombra e alla direzione della sorgente. In poche parole, anche se oggi è possibile rendere ad esempio una penna invisibile alla luce blu proveniente da una sola direzione, queste condizione non si verificano praticamente mai nella vita quotidiana. Infatti, la luce “bianca” solare contiene tutti i “colori” ovvero tutte le lunghezze d’onda dello spettro e viene da ogni direzione.

Capite bene che simili tecnologie non servirebbero praticamente a nulla!

Un esperimento molto vicino alla soluzione del problema è stato fatto nel 2018 presso l’Institut National de la Recherche Scientifique—Énergie, Matériaux et Télécommunications (INRS-EMT) di Montreal, in Canada. La ricerca è stata poi pubblicata su Optica, tra le più importanti riviste di ottica e fotonica.

Immagine riassuntiva: in basso, si osserva come un dispositivo tra oggetto (in verde) e fascio luminoso “annulli” la luce in ingresso. Un secondo dispositivo, posto dietro l’oggetto, la ricompone successivamente, dando l’idea di continuità dell’immagine e mascherando l’oggetto. Tuttavia, gli stessi ricercatori ammettono che sono ben lontani dalla creazione del famoso mantello.

Quali potrebbero essere, quindi, le nuove prospettive offerte dalla scienza?

Le risposte sulla questione invisibilità potrebbero arrivare da un campo nato da pochissimi anni: i quasicristalli. La scoperta di questi nuovi materiali è valsa a Dan Shechtman il premio Nobel per la chimica nel 2011. Curiosamente, nonostante la loro esistenza fosse stata teorizzata già nel 1982, Shechtman guadagnò oltre il Nobel anche aspre critiche e derisioni dalla comunità scientifica, che non credeva all’esistenza di tali materiali.

Ma quali sono le caratteristiche dei quasicristalli che potrebbero risolvere il nostro “problema” invisibilità? Perché gli scienziati del settore erano così scettici a riguardo?

Modello atomico di un quasicristallo di argento e alluminio.

Per capirlo meglio dobbiamo prima definire i comuni cristalli: essi hanno una struttura ordinata e periodica, ovvero formata dalla stessa “unità fondamentale” ripetuta più volte ordinatamente. Esempio: un cubo con ai vertici determinati atomi si ripeterà per tutta la struttura con gli stessi atomi. In altre parole in qualsiasi punto guardi il cristallo avrà la stessa composizione, come nella figura sotto. Totalmente diversi sono invece i cosiddetti materiali amorfi (letteralmente “senza forma”) che non hanno una struttura ordinata.

Il termine “quasicristallo” nasce dall’esigenza di definire un materiale che è ordinato come i cristalli, ma non periodico: esiste la possibilità di trovare nella sua struttura dei punti che differiscono, senza che venga persa la simmetricità (altra caratteristica fondamentale dei cristalli). Anzi, ed è questo il punto cruciale, hanno una simmetria particolarissima detta pentagonale, ritenuta prima della loro scoperta impossibile.

È tale simmetria a conferire ai quasicristalli “proprietà fisiche sorprendenti”, a detta del geologo e ricercatore italiano dell’università di Firenze Luca Bindi, tra i massimi esperti nel settore. Lo stesso Bindi ha scoperto nel 2009 i quasicristalli di origine naturale studiando alcuni meteoriti (scoperta pubblicata da Science e inserita tra le migliori 100 del 2009 dal Washington Post) . Infatti, gli unici quasicristalli naturali che conosciamo provengono dallo spazio e si sono formati in seguito a collisioni ad altissima energia. Molto comuni sono invece i quasicristalli artificiali creati in laboratorio, che contengono perlopiù alluminio.

Sapete quali applicazioni hanno attualmente?

Rivestimento di alcune comuni padelle, lame di strumenti chirurgici e… rendere invisibili alcuni jet militari ai radar. Di fatto un radar è una sorgente di onde elettromagnetiche (onde radio/microonde) esattamente come il sole è fonte di luce (anche essa un’onda elettromagnetica). La differenza? Quella che definiamo luce è composta da onde con lunghezze d’onda e frequenze visibili dal nostro occhio e diverse dalle onde radio/microonde emesse dai radar.

Potrebbe dunque essere questo il materiale tanto ricercato per ottenere l’invisibilità?

Non c’è ancora una risposta certa: ad oggi ci sono soltanto 50-60 persone in tutto il mondo che si occupano di quasicristalli. Cosa ci permette di essere fiduciosi? Lo stesso Bindi ammette: “se c’è qualcosa che caratterizza la ricerca scientifica in questo settore sono le continue sorprese”. E come dargli torto? Un materiale che a detta di molti non sarebbe mai potuto esistere, può essere non solo creato in laboratorio, ma anche trovato in natura in meteoriti provenienti dallo spazio. Ha anche poi aggiunto il ricercatore italiano, in un’intervista rilasciata recentemente a Wired Italia, che a breve verrà annunciata la scoperta di un altro nuovo materiale: i quasi-quasicristalli.

Morale della favola: riguardo l’invisibilità non ci resta altro che farci sorprendere, ancora una volta, dai progressi della ricerca scientifica.

Emanuele Chiara

Tag: invisibilità

La Scienza di Star Trek tra Teletrasporto e Viaggio Interstellare