I romanzi e i film di fantascienza sono pieni di idee stravaganti. Spesso sono usate come trampolino di lancio per un’avventura ricca di azione, in altri casi sono un serio tentativo di prevedere le tendenze future della scienza o della tecnologia. Alcuni delle idee più comuni, come accelerare una navicella spaziale a velocità fantastiche in pochi secondi senza schiacciare gli occupanti, sono semplicemente impossibili secondo le leggi della fisica.
Eppure quelle stesse leggi sembrano consentire altri concetti fantascientifici apparentemente inverosimili, dai wormhole agli universi paralleli. Ecco una carrellata di alcune delle idee fantascientifiche che potrebbero davvero essere realizzate, almeno in teoria.
Wormholes
L’idea di un wormhole, una scorciatoia attraverso lo spazio che consente viaggi istantanei tra parti distanti dell’universo, suona come se fosse un effetto speciale. Dietro il suo nome formale di “Cunicolo di Einstein-Rosen”, parliamo di un concetto teorico serio molto, prima che gli scrittori di fantascienza se ne impadronissero. L’idea nasce dalla relatività generale di Einstein, che vede la gravità come una distorsione dello spazio-tempo causata da oggetti massicci. In collaborazione con il fisico Nathan Rosen, Einstein teorizzò nel 1935 che punti di gravità estremamente forte, come i buchi neri, potessero essere direttamente collegati tra loro.
In realtà l’idea di viaggiare attraverso un wormhole non è stata presa in seria considerazione fino agli anni ’80, quando l’astrofisico Carl Sagan decise che avrebbe scritto un romanzo di fantascienza. Secondo la BBC, Sagan incoraggiò il collega fisico Kip Thorne a scovare un modo fattibile per percorrere distanze interstellari in un lampo. Thorne escogitò un modo, possibile in teoria, ma altamente improbabile in pratica, in cui gli umani potrebbero raggiungere il viaggio interstellare attraversando indenni un wormhole.
Il risultato ha funzionato nel romanzo di Carl Sagan “Contact” (Simon e Schuster – 1985) che è stato successivamente adattato in un film con Jodie Foster nel ruolo principale. Sebbene sia altamente improbabile che i wormhole diventino mai i metodi di trasporto abituali, gli scienziati non hanno escluso la loro esistenza. È possibile che, se esistono già wormhole e potrebbero essere localizzati utilizzando la nuova generazione di rivelatori di onde gravitazionali.
Motori a curvatura
In tutte le storie di fantascienza spaziali è sempre presente e indispensabile la capacità di andare da A a B più velocemente di quanto possiamo fare oggi. Esclusi i wormhole, ci sono diversi ostacoli che impediscono ad un’astronave convenzionale di raggiungere quelle velocità. C’è l’enorme quantità di carburante richiesta, gli effetti schiaccianti dell’accelerazione ed il fatto che in natura non è possibile superare la velocità della luce.
Fortunatamente, c’è una scappatoia nel limite di velocità cosmica. Come spiegato Einstein, lo spazio stesso può essere distorto. Quindi forse è possibile manipolare lo spazio intorno a una nave in modo tale da sovvertire il limite di velocità. L’astronave viaggerebbe ancora attraverso lo spazio circostante a una velocità inferiore a quella della luce, ma lo spazio stesso si muoverebbe più velocemente di così. Questo era ciò che avevano in mente gli autori di “Star Trek” quando hanno ideato il concetto di “motore a curvatura” negli anni ’60. Ma per loro era solo una frase che suonava plausibile, non fisica reale.
Lo è stato fino al 1994 quando il fisico teorico Miguel Alcubierre ha trovato una soluzione alle equazioni di Einstein giustificando un vero effetto warp drive, contraendo lo spazio davanti a un’astronave ed espandendolo nella parte posteriore. Nonostante la soluzione di Alcubierre non è meno artificiosa del wormhole attraversabile di Thorne, gli scienziati stanno tentando di perfezionare le equazioni nella speranza che un giorno possa essere realizzato.
Viaggio nel tempo
Il concetto di macchina del tempo è uno dei grandi espedienti della fantascienza. Molti personaggi dei film hanno avuto la possibilità di tornare indietro e cambiare il corso della storia, nel bene e nel male. Ma questo solleva inevitabilmente dei paradossi logici. In “Ritorno al futuro”, ad esempio, Doc avrebbe costruito la sua macchina del tempo se non fosse stato visitato dal futuro Marty usando quella stessa macchina? È a causa di paradossi come questi che molte persone ritengono che il viaggio nel tempo debba essere impossibile nel mondo reale, eppure, secondo le leggi della fisica è teoricamente possibile.
Proprio come con i wormhole e i warp drive, la fisica che ci dice che è possibile viaggiare indietro nel tempo deriva dalla teoria della relatività generale di Einstein. Questo tratta lo spazio e il tempo come parte dello stesso continuum “spazio-tempo” ed indissolubilmente legati. Proprio come parliamo di distorcere lo spazio con un wormhole, anche il tempo può essere distorto. A volte può diventare così distorto da ripiegarsi su se stesso, in quella che gli scienziati chiamano “una curva chiusa del tempo” comunemente chiamata macchina del tempo.
Un progetto concettuale per una tale macchina del tempo è stato pubblicato nel 1974 dal fisico teorico Frank Tipler. Chiamato cilindro Tipler, deve essere grande 97 chilometri di lunghezza, ed estremamente denso, con una massa totale paragonabile a quella del sole. Per farlo funzionare come una macchina del tempo, il cilindro deve ruotare abbastanza velocemente da distorcere lo spazio-tempo al punto in cui il tempo si ripiega su se stesso. Non deve essere semplice come installare un condensatore di flusso in una DeLorean, ma ha il vantaggio che funzionerebbe se fosse possibile realizzarlo.
Teletrasporto
L’archetipo fantascientifico di teletrasporto è in “Star Trek”. Come suggerisce il nome, è un modo conveniente per trasportare il personale da un luogo all’altro. Ma il teletrasporto è totalmente diverso da qualsiasi altra forma di trasporto. Invece del viaggiatore che si muove nello spazio dal punto A a B, il teletrasporto crea un duplicato esatto a destinazione mentre l’originale viene distrutto. Visto in questi termini, il teletrasporto è davvero possibile, secondo IBM.
Il processo in realtà è chiamato “teletrasporto quantistico”. Questo copia lo stato quantistico preciso di una particella, in un’altra che potrebbe trovarsi a centinaia di chilometri di distanza. La distruzione dello stato quantico del primo fotone, sembra davvero che il fotone sia stato trasportato magicamente da un luogo all’altro. La teoria si basa su ciò che Einstein chiamava “azione spettrale a distanza”, ma è più formalmente noto come entaglement quatistico.
È un processo complicato anche per una singola particella. Al momento non c’è modo che possa essere scalato fino al tipo di sistema di trasporto istantaneo visto in “Star Trek”. Anche così, il teletrasporto quantistico ha comunque implicazioni nel mondo reale, come le comunicazioni a prova di hacker e il calcolo quantistico super veloce.
Universi paralleli
L’universo è tutto ciò che ci circonda. Miliardi di galassie che si espandono verso l’esterno dal istante del Big Bang. Ma è tutto qui? La teoria dice che forse no. Potrebbe esserci un intero multiverso di universi là fuori. L’idea di “universi paralleli” è un altro tema fantascientifico familiare. Quando vengono rappresentati sullo schermo in genere differiscono dal nostro universo solo per pochi particolari. Ma la realtà potrebbe essere molto più strana della fantascienza.
Basti pensare che potrebbero variare i parametri di base della fisica, come la forza di gravità o le forze nucleari. Un classico ritratto di un universo di questo tipo veramente diverso, e delle creature che lo abitano, è il romanzo di Isaac Asimov “Neanche gli Dei”. La chiave per la moderna comprensione degli universi paralleli è il concetto di “inflazione eterna”. Questo rappresenta il tessuto infinito dello spazio in uno stato di espansione perpetua e incredibilmente rapida.
Ogni tanto un punto localizzato in questo spazio, un Big Bang autonomo, esce dall’espansione generale e inizia a crescere a un ritmo più calmo, consentendo la formazione di oggetti materiali come stelle e galassie al suo interno. Secondo questa teoria, il nostro universo è una di queste regioni, ma potrebbero essercene innumerevoli altre. Come nella storia di Asimov, questi universi paralleli potrebbero avere parametri fisici completamente diversi dai nostri. Un tempo gli scienziati credevano che solo universi con praticamente gli stessi parametri dei nostri sarebbero stati in grado di supportare la vita, ma studi recenti suggeriscono che la situazione potrebbe non essere così restrittiva come questa.
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