Ultimo aggiornamento: 23/04/2025 • 23:34
Ultimo aggiornamento: 23/04/2025 • 23:34

Tag: wormhole

Il Viaggio nel Tempo: tra finzione e realtà

Posted on by Redazione Scienza&Salute

Il viaggio nel tempo è sempre stato un argomento popolare per la fantascienza ed i suoi adattamenti cinematografici. Ogni film ha le proprie teorie sui viaggi nel tempo.

INDICE

Viaggio nel Tempo: nella finzione di Hollywood

Nella realtà, come si potrebbe viaggiare nel tempo?

Capire il tempo

Teorie alternative sui viaggi nel tempo

Buchi neri

Stringhe cosmiche

Principio di autoconsistenza di Novikov (“Paradosso del nonno”)

Quindi è possibile viaggiare nel tempo?

Viaggio nel Tempo: nella finzione di Hollywood

La maggior parte dei metodi usati nel cinema per viaggiare nel tempo sono teoricamente riconosciuti. Per esempio, in “Interstellar” il protagonista affronta un viaggio di sola andata verso il futuro: il viaggiatore parte, ma le persone che ha lasciato potrebbero invecchiare o essere morte al suo ritorno. Sempre nel medesimo film, ci sono “tesseract” in cui gli astronauti si ritrovano a viaggiare, perché la loro nave rappresenta il tempo in quanto dimensione dello spazio-tempo, costituendo un esempio di viaggio nel tempo muovendosi attraverso dimensioni superiori.

Invece, in “Doctor Who” il TARDIS viaggia in un vortice spazio-temporale per attraversare il tempo, mentre i viaggiatori all’interno percepiscono il tempo scorrere normalmente. Concetto molto diverso dall’iconico “Ritorno al Futuro“, dove la DeLorean, raggiunti gli 88 miglia orari, salta istantaneamente nel tempo. Salto possibile anche rimanendo fermi come avviene in “The Time Machine” o in “Harry Potter” attraverso la Giratempo di Hermione Granger.

Ancora, in “Tenet”, per ogni minuto di viaggio indietro nel tempo, deve trascorrere un minuto, così come per tornare indietro nel tempo di un giorno, devono passare 24 ore (Viaggio lento nel tempo).

In “Superman“, il kryptoniano vola più veloce della luce per tornare indietro nel tempo. Stessa cosa che fa l’Enterprise in “Star Trek“, o che ammiriamo nel fumetto e nella serie TV “The Flash“, dove il velocista scarlatto usa un tapis roulant cosmico per viaggiare nel tempo.

Tuttavia, ci sono metodi difficili da classificare, come in “Terminator“, dove il Time Displacement Equipment mostra come combattere una guerra in quattro dimensioni (tempo compreso). Menzione onorevole al film campione d’incassi “Avengers: Endgame“: gli Avengers viaggiano attraverso il Mondo Quantico, dentro speciali tute dotate di un “gps temporale”, dove si assume che il tempo non scorra come nel mondo reale.

Albero genealogico dei vari tipi di viaggi temporali nei film  ©Jacopo Burgio

Nella realtà, come si potrebbe viaggiare nel tempo?

La realtà, tuttavia, è più contorta. Non tutti gli scienziati credono che il viaggio nel tempo sia possibile. Secondo alcuni, il solo tentativo sarebbe fatale per qualsiasi essere umano che tentasse di intraprenderlo.

Capire il tempo

Mentre la maggior parte delle persone pensa al tempo come ad una costante, il fisico Albert Einstein ha dimostrato che il tempo è un’illusione, è relativo: può variare per diversi osservatori a seconda della loro velocità nello spazio. Secondo lui, il tempo non è altro che la “quarta dimensione“. Lo spazio è un’area tridimensionale, che fornisce le coordinate che descrivono la posizione. Il tempo fornisce un’altra coordinata, la direzione, anche se convenzionalmente si muove solo in avanti.

La teoria della relatività speciale di Einstein dice che il tempo rallenta o accelera a seconda della velocità con cui ci si muove rispetto a qualcos’altro. Avvicinandosi alla velocità della luce, una persona all’interno di un’astronave invecchierebbe molto più lentamente di un suo gemello rimasto a casa. Inoltre, secondo la teoria della relatività generale di Einstein, la gravità può piegare il tempo.

Immaginiamo un tessuto quadridimensionale chiamato spazio-tempo. Quando qualcosa che ha massa si trova su una porzione di tessuto, provoca una “fossetta” o una flessione dello spazio-tempo. Tale flessione fa sì che gli oggetti si muovano su un percorso curvo e quella curvatura dello spazio è ciò che conosciamo come gravità.

Rappresentazione dello spazio-tempo Fonte: LabEx

Sia la teoria della relatività generale che quella speciale sono state dimostrate con la tecnologia satellitare GPS, che ha a bordo orologi atomici molto precisi. Gli effetti della gravità, così come la maggiore velocità dei satelliti orbitanti attorno alla Terra rispetto agli osservatori a terra, fanno sì che gli orologi, non regolati, guadagnino 38 microsecondi al giorno.

Questo effetto, chiamato dilatazione del tempo, sta a significare che gli astronauti effettivamente viaggiano nel tempo e tornano sulla Terra leggermente più giovani dei loro gemelli identici che rimangono sul pianeta. Quindi, si potrebbe viaggiare solo in avanti nel tempo.

Teorie alternative sui viaggi nel tempo

Mentre le teorie di Einstein sembrano rendere difficile il viaggio nel tempo, alcuni gruppi hanno proposto soluzioni alternative per saltare avanti e indietro nel tempo.

Buchi neri

Secondo la relatività generale, avvicinandosi ad un buco nero, il tempo rallenta sempre di più, dato che esso possiede un’enorme massa gravitazionale. Quindi, se spostassimo rapidamente una nave attorno ad un buco nero, o creassimo artificialmente questa condizione con un’enorme struttura rotante, si potrebbe viaggiare nel futuro. Tuttavia, l’equipaggio dovrebbe viaggiare alla velocità della luce affinché funzioni.

Stringhe cosmiche

Si tratta di stretti tubi di energia estesi per tutta la lunghezza dell’universo in continua espansione. Si prevede che queste regioni sottili, lasciate dal cosmo primordiale, contengano enormi quantità di massa, quindi potrebbero deformare lo spazio-tempo intorno ad esse. Le stringhe cosmiche sono infinite o in loop, senza fine. L’avvicinamento di due di tali stringhe, parallele l’una all’altra, piegherebbe lo spazio-tempo in modo così vigoroso e in una configurazione così particolare da rendere possibile il viaggio nel tempo.

Principio di autoconsistenza di Novikov (“Paradosso del nonno”)

Il principio afferma, in sostanza, che il passato è immutabile. Più precisamente, in un anello temporale chiuso, gli eventi devono essere determinati non solo dagli eventi passati, ma anche da quelli futuri: per questo motivo è impossibile impedire un evento già avvenuto dal suo futuro; tutt’al più si può far sì che si verifichi.

Un classico esempio è il paradosso del nonno, in cui un viaggiatore del tempo torna indietro ed uccide i suoi genitori, o suo nonno, o altrimenti interferisce nella loro relazione; così lui non potrebbe essere mai nato, o la sua vita sarebbe cambiata per sempre.

Se ciò accadesse, secondo alcuni fisici, non si creerebbe una linea temporale alternativa, quindi non saresti nato in un universo parallelo, ma andando nel passato andresti in un altro universo diverso dal quello in cui sei nato (non potresti influenzare la tua nascita). Secondo altri, i fotoni che compongono la luce preferiscono l’autoconsistenza nelle linee temporali, ciò ci fa capire che il viaggio nel passato è vietato/impossibile.

Illustrazione del paradosso ©Jacopo Burgio

Gli esseri umani potrebbero non essere in grado di resistere affatto al viaggio nel tempo. Viaggiare quasi alla velocità della luce sarebbe letale. Anche l’uso della gravità sarebbe mortale. Per sperimentare la dilatazione del tempo, si potrebbe stare in vicinanza ad una stella di neutroni, ma le forze che una persona sperimenterebbe la farebbero a pezzi.

Quindi è possibile viaggiare nel tempo?

Anche se il viaggio nel tempo non sembra possibile con la fisica che conosciamo oggi, il campo è in continua evoluzione. I progressi delle teorie quantistiche potrebbero forse fornire una certa comprensione di come superare i paradossi del viaggio nel tempo.

Una possibilità potrebbe essere risolvere il mistero di come certe particelle riescano a comunicare istantaneamente tra loro, più velocemente della velocità della luce. Nel frattempo, tuttavia, i viaggiatori appassionati al tempo possono almeno sperimentare il viaggio indirettamente, attraverso i libri e il mondo del cinema.

GREAT SCOTT!

Gabriele Galletta

Interstellar: un viaggio nello spazio tempo, tra fisica e fantascienza

Posted on by Redazione Scienza&Salute

L’amore per la fisica di Nolan ritorna con Interstellar. Ma avrà commesso errori scientifici anche questa volta?

Christopher Nolan, lo sappiamo, nella fisica ci sguazza. E con Interstellar è voluto andare oltre. Si, perché ha coinvolto addirittura Kip Thorne, premio Nobel per la fisica nel 2017 per la scoperta delle onde gravitazionali. Quindi sarà fisicamente perfetto, direte voi… Non esattamente, perché, in genere, dove comincia Hollywood si ferma la fisica.

Siamo sulla Terra, dove una calamità naturale ha stravolto l’ecosistema, tanto da permettere come unica coltivazione quella del mais, mettendo così a rischio la sopravvivenza del genere umano. La NASA ha riscontrato vicino all’orbita di Saturno un cunicolo spazio-temporale, il cosiddetto wormhole, che si pensa sia stato creato da esseri penta-dimensionali. Esso, teoricamente, conduce da tutt’altra parte dell’Universo, precisamente vicino ad un gigantesco buco nero, Gargantua, attorno a cui orbitano ben dodici pianeti, che si spera possano ospitare la vita. La NASA decide così di inviare, nella missione spaziale Lazarus, dodici scienziati, uno per pianeta, per riportare dati sulla loro abitabilità.

Il protagonista è Joseph Cooper (Matthew McConaughey), ingegnere ed ex pilota della NASA, ridottosi a gestire delle piantagioni di mais. Durante una tempesta di sabbia, Cooper nota sul pavimento della camera di sua figlia Murph delle strisce di sabbia ben definite. Egli intuisce subito che si tratta di un codice binario che cela delle coordinate geografiche. Seguendo queste indicazioni giunge, insieme alla figlia dodicenne, ad una base NASA, dove il professor Brand gli mostra i dati ricevuti dagli scienziati della missione Lazarus, iniziata più di dieci anni prima. Cooper, nonostante le resistenze di Murph, parte quindi in missione per verificare la vivibilità di tre dei dodici pianeti.

Tutto il film si basa sull’esistenza del wormhole. Ma che cos’è, in fisica, un wormhole?

Il wormhole Lorentziano, o ponte di Einstein-Rosen, è una scorciatoia, un cunicolo, che per l’appunto squarcia lo spazio-tempo e unisce due punti remoti dell’Universo. Il wormhole dovrebbe essere composto da un buco nero d’entrata, che assorbe tutta la materia a sé circostante, e un buco bianco d’uscita, che al contrario la emette. Interessante a leggersi, ma abbiamo prove certe della loro esistenza? Purtroppo no. Infatti, mentre i buchi neri si basano su solide teorie e riscontri sperimentali (per i quali Penrose, Genzel e Ghez hanno vinto il premio Nobel per la fisica nel 2020, ne parliamo qui), i buchi bianchi costituiscono ancora una mera speculazione.

I primi wormhole attraversabili, che rispettano la Relatività Generale, furono ipotizzati per la prima volta proprio da Kip Thorne, consulente scientifico del film, e da un suo studente, Mike Morris (essi infatti presero il nome di wormhole di Thorne-Morris). Questo tipo di wormhole, tuttavia, pur essendo ammissibile nella Relatività Generale, richiederebbe la presenza di un particolare tipo di materia esotica con densità negativa di energia. Si presume, inoltre, che alcuni paradossi circa i viaggi nel tempo, insiti nella relatività generale, comportino l’irrealizzabilità dei viaggi tramite wormhole.

Quindi, per il momento, più che di scienza stiamo parlando di fantascienza.

Ma Cooper e la sua navicella, l’Endurance, attraversano comunque il fantomatico wormhole e arrivano nei pressi di Gargantua. Il film offre a questo punto una rappresentazione molto realistica di un buco nero supermassiccio, tanto da valergli il premio Oscar per gli effetti speciali, oltre che uno straordinario sforzo da parte degli scienziati.

Arrivano quindi sul pianeta di Miller, uno dei dodici scienziati della missione Lazarus. Distruttivi moti ondosi imperversano sulla superficie del pianeta, ricoperta unicamente da acqua. Questi moti ondosi sono prodotti dalla forte attrazione gravitazionale di Gargantua. Talmente forte, però, che avrebbe dovuto attrarre a sé, inesorabilmente, la stessa Endurance. Inoltre, come se non bastasse, nel film viene sottolineato come un’ora passata sul pianeta di Miller corrisponda a sette anni passati sulla Terra. Questo è un errore: infatti, affinché ciò si realizzi, il pianeta dovrebbe essere così vicino al buco nero da venirne irrimediabilmente risucchiato e, di conseguenza, distrutto.

Ma un’altra domanda sorge spontanea: qual è la fonte di calore di questi pianeti? Non c’è nessuna stella attorno ad essi. Come la Terra viene riscaldata dai raggi del Sole, anche i pianeti che orbitano attorno a Gargantua dovrebbero godere del calore di una Stella per permettere la vita: così non è, risultando freddi e inospitali.

Dopo mille peripezie, comunque, Cooper decide di entrare dentro Gargantua. Ma nella realtà dei fatti, non è possibile. L’incredibile forza di gravità di un buco nero comporterebbe un fenomeno chiamato spaghettificazione che, come suggerisce il nome, fa sì che un corpo, superato l’orizzonte degli eventi, si disintegri, tanto da ridursi alle dimensioni di uno spaghetto. Anche se decidessimo di ignorare questo fenomeno, saremmo comunque soggetti ad una spaventosa e letale dose di radiazioni fortemente energetiche (raggi X e raggi gamma), che non ci lascerebbero scampo. Infine, una forza gravitazionale così intensa, in pratica, fermerebbe il tempo! Quindi Cooper, una volta entrato nel buco nero, morirebbe di vecchiaia senza raggiungerne mai il centro. Ma andiamo oltre e parliamo del tesseract, un evergreen dei film di fantascienza.

Cooper giunge in una struttura a cinque dimensioni, il tesseract. Si accorge molto presto, però, che questa è una proiezione penta-dimensionale della stanza di sua figlia Murph. Capisce così che può inviare dei dati nel passato, per convincere sé stesso prima della partenza a restare a casa. Invia infine i dati relativi al buco nero a Murph, che nel frattempo è diventata una brillante fisica, affinché possa utilizzarli per risolvere l’annoso problema della sopravvivenza sulla Terra. Che sia una cosa tecnicamente irrealizzabile è chiaro, ma le motivazioni fisiche di ciò sono radicate nella teoria, più precisamente nei paradossi insiti nella stessa.

Facciamo finta che io inventi la macchina del tempo. Torno indietro nel passato e uccido mio nonno prima che possa nascere mio padre. Come ho fatto a nascere, inventare la macchina del tempo e uccidere mio nonno? Intrigante, vero? Benvenuti nel magico mondo dei viaggi nel tempo.

Il film si conclude con la visione di una stazione spaziale che sfrutta la penta-dimensionalità, realizzata grazie agli studi di Murph basati sui dati di Cooper.

Nonostante gli errori scientifici, la simulazione del buco nero ha rappresentato una delle più veritiere rappresentazioni mai realizzate. Saremo in grado di viaggiare nello spazio e nel tempo? Riusciremo, un giorno, a sfruttare i wormhole per raggiungere i posti più remoti dell’Universo? Non possiamo ancora saperlo, la scienza è ancora troppo giovane. Ma sognare non costa nulla.

Giovanni Gallo

Giulia Accetta

La Scienza di Star Trek tra Teletrasporto e Viaggio Interstellare

Posted on by Redazione Scienza&Salute

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.

Metrica di Alcubierre Fonte: Çetin BAL

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