Lo spazio è vasto. Davvero, davvero vasto. Così vasto, infatti, che la Voyager 1, l’oggetto artificiale più lontano dalla Terra, impiegherebbe più di 73 millenni per raggiungere la stella più vicina al nostro Sole, Proxima Centauri, alla sua attuale velocità di oltre 38.000 mph, se fosse diretto in quel modo per cominciare. In breve, se vogliamo mai trovare un modo per esplorare oltre il nostro sistema solare, dobbiamo trovare un modo per piegare le leggi della fisica per rendere possibili viaggi più veloci della luce.
Un team di scienziati che lavorano con DARPA, incluso il pioniere del motore a curvatura Dr. Harold G “Sonny” White, potrebbe averci appena avvicinato a quella realtà con l’annuncio di aver scoperto una bolla di deformazione spaziale, la cosa fondamentale necessaria per il viaggio più veloce della luce dell’universo di Star Trek.
Prima di passare a visioni romantiche del viaggio spaziale, ha detto il Dr. White, dobbiamo pensare a cosa potremmo fare con una bolla di curvatura su microscala, come quella scoperta dal suo team, prima ancora di sognare cosa potrebbe essere in futuro. Il dottor White è appassionato di viaggi nello spazio, ma dice che dobbiamo iniziare in modo semplice. “Potrebbero esserci molte altre cose lungo la strada prima che arriviamo lì che potrebbero avere implicazioni davvero interessanti”, ha detto.
Cos’è una bolla di curvatura?
Questa è una nozione piuttosto complicata che coinvolge un sacco di matematica, ma al suo livello più elementare, una bolla di curvatura è un po’ di spazio che è contratto nella parte anteriore ed espanso nella parte posteriore. La contrazione/espansione teoricamente spinge la bolla, e il suo contenuto, in avanti a velocità che superano la velocità della luce senza mai violare le leggi della fisica: tecnicamente non stai viaggiando più veloce della luce, stai navigando in una bolla di spazio condensato.
Le bolle di curvatura sono importanti anche perché eliminano un grosso problema del viaggio più veloce della luce: la dilatazione del tempo. Supponiamo che tu sia riuscito a viaggiare più veloce della luce: tutto il resto al di fuori della tua imbarcazione accelererebbe, il che significa che il tour di tre ore che hai fatto in un bel pianeta tropicale potrebbe essere equiparato a anni di tempo che passano sulla terra. In parole povere, se hai intenzione di muoverti più veloce della luce mentre segui le note leggi della fisica, faresti meglio a dire addio a tutto ciò che hai mai amato prima di uscire.
Ancora una volta, le bolle di curvatura aggirano questo problema perché lo spazio all’interno della bolla rimane inalterato, quindi un’ora di viaggio a velocità di curvatura significherebbe che solo un’ora è passata per tutti gli altri che non sono attualmente in una tasca dello spazio fantascientifico.
Le bolle di curvatura sono state a lungo il dominio della fantascienza, fino a quando il fisico teorico Miguel Alcubierre è arrivato e ha teorizzato il suo motore di curvatura Alcubierre nel 1994, che ha mantenuto la relatività generale pur consentendo viaggi più veloci della luce. La chiave su cui poggiava era un campo di densità di energia che era configurabile in una bolla di vuoto che avrebbe fatto sì che qualsiasi cosa al suo interno avesse una massa negativa.
Sfortunatamente, la quantità di energia richiesta per far funzionare un’unità Alcubierre lo ha reso impossibile, fino al 2012 quando il Dr. White ha proposto modifiche alla matematica e alla forma dell’imbarcazione progettate per creare il campo, che ha abbassato l’energia necessaria da “impossibile” a una potenza fonte delle dimensioni della navicella spaziale Voyager 1. Da allora, lo sviluppo di una vera bolla di curvatura o motore Alcubierre ha continuato a essere un sogno lontano.
Alla scoperta di una bolla di curvatura
Avanti veloce fino al 2021, e il Dr. White, il cui articolo del 2012 è stato scritto mentre lavorava alla NASA come Advanced Propulsion Theme Lead, sta svolgendo ricerche finanziate dalla DARPA su oggetti chiamati cavità di Casimir. Queste cavità sono formate da due piastre parallele con un pilastro che corre tra loro. Queste cose sono piccole – dimensioni di soli micron – e fanno qualcosa di veramente interessante: creare un vuoto negativo tra le piastre quando esposte a un vuoto normale.
“Ci si aspetterebbe pressione zero all’esterno e pressione zero nella cavità, ma ciò che troviamo quando misuriamo è una pressione negativa tra le piastre”, ha detto il dott. White.
“Quello che stiamo cercando di fare è esplorare il vuoto quantistico a un livello fondamentale”, ha detto il dott. White. “Pensiamo che ci sia un po’ di più in questi vuoti di quanto sappiamo attualmente. Alcune delle caratteristiche sconosciute potrebbero essere utilizzate per creare alcune tecnologie davvero utili”. Da qui l’interesse di DARPA.
Questi usi potrebbero includere cose incredibili, come le batterie basate su ciò che il Dr. White chiama “celle solari a vuoto quantico” che non rimarrebbero mai a corto di energia. I prodotti di telecomunicazione che utilizzano onde longitudinali indisturbate da edifici o barriere naturali potrebbero essere un potenziale utilizzo, così come i fotosensori che non soffrono di aberrazione cromatica perché rilevano tutti gli elementi dello spettro EM in modo uniforme.
A parte le potenziali applicazioni, testare quelle cavità ha portato a un’interessante scoperta: un campo di energia del vuoto negativo che sembrava proprio una fetta bidimensionale di una bolla di curvatura di Alcubierre.
“Le nostre cavità Casimir personalizzate sono fondamentalmente due grandi piani con un lungo palo nel mezzo. La metrica di Alcubierre, al confronto, ha bisogno di un anello totale di densità di energia del vuoto negativa, il che significa che deve sembrare più un salvagente”, ha affermato il dott. White disse.
Avendo già fatto tutti i calcoli e raccolto tutti i dati generati dall’esperimento con la versione 2D della bolla osservata dal team, il passo logico successivo è stato prendere quei dati e cambiare la forma dell’oggetto al centro, ottenendo sbarazzarsi del palo e assumere la strana forma di astronave vulcaniana mostrata nella parte superiore dell’articolo.
Dopo aver eseguito simulazioni con la forma modificata, la matematica ha appena fatto i conti, ha detto il dott. White. “Abbiamo fatto un’analisi mirata usando [la forma della nave a curvatura], e wow – ehi, che corrispondeva ai requisiti della metrica di Alcubierre.”
Il team delle bolle di curvatura ha pubblicato un articolo sulle loro scoperte , che secondo il Dr. White non è in alcun modo illustrativo di un analogo della bolla di curvatura: i loro dati mostrano che, data la giusta forma collocata nelle stesse cavità fisiche con cui stanno sperimentando ora, si creerebbe una bolla di curvatura onesta verso Dio.
“Possiamo identificare per la comunità dei fisici che esiste un tipo di struttura del mondo reale che possiamo realizzare che l’analisi prevede. Manifesterà una densità di energia del vuoto negativa, in modo tale da manifestare una vera bolla di curvatura su scala nanometrica, non un analogo … questa sarebbe una vera e propria bolla di curvatura su nanoscala”, ha detto il dott. White.
La domanda da 299.792.458 m/s: quando avviene il primo contatto?
Nel mondo di Star Trek, la bolla di curvatura funziona sostanzialmente allo stesso modo: l’Enterprise non sta effettivamente viaggiando più veloce della luce, sta solo navigando su un’onda spaziale cosmica generata dal suo nucleo di curvatura di materia/antimateria.
Zefram Cochrane era responsabile della costruzione della prima nave funzionale in grado di curvare nell’universo di Trek nel 2063, a quel punto i Vulcaniani, che passavano per caso, decisero che era tempo di stabilire il primo contatto e accogliere gli umani nella comunità galattica. Potremmo essere sulla buona strada, quindi, con il team del Dr. White che getta le basi pratiche per concetti teorici che ci portano lontano dalla Terra e verso le stelle.
Quindi, quando gli umani possono aspettarsi di andare in vacanza su Risa, fare affari su Ferenginar e studiare all’Accademia delle Scienze di Vulcano (a condizione che soddisfino i severi requisiti di ingresso)? Non anticipiamo noi stessi, dice il dottor White.
“Molte persone vogliono entrare subito nell’applicazione: quando faremo volare qualcosa di simile? Ho la motivazione per questo, ma la scienza è un processo lento e arduo”. Il dottor White dice che il suo motto è “striscia, cammina, corri”, quando si tratta di questo tipo di cose all’avanguardia. Sognare è importante, dice, ma lo è anche fare la ricerca di base per trovare applicazioni aggiuntive che siano pratiche e preziose ora, nell’era in cui siamo ancora legati alla terra.
“Non ho una sfera di cristallo più di chiunque altro. Non so quando questa idea potrebbe essere applicata ai viaggi nello spazio, o anche se potrebbe diventare una realtà”, ha detto il dott. White. Questo è comprensibile dato che attualmente stiamo parlando di bolle di curvatura generate in cavità più piccole della larghezza di un capello umano.
“La scienza continuerà a girare la manovella e martellare la roccia, scalzando lentamente alcune delle cose sconosciute per arrivare a più cose conosciute”, ha detto il dottor White. Considera questa scoperta solo un chip nella giusta direzione.