Warp Drives: i fisici danno possibilità di spingere più velocemente

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. La pubblicazione ha contribuito con l'articolo a Expert Voices: Op-Ed & Insights di This Web.com .

Mario Borunda , Professore Associato di Fisica, Oklahoma State University

La stella più vicina alla Terra è Proxima Centauri. Dista circa 4,25 anni luce di distanza, o circa 25 trilioni di miglia (40 trilioni di km). La più veloce mai realizzata da This Webcraft, la sonda solare Parker Web ora presente in questo momento, raggiungerà una velocità massima di 450.000 mph. Ci vorrebbero solo 20 secondi per andare da Los Angeles a New York City a quella velocità, ma la sonda solare impiegherebbe circa 6.633 anni per raggiungere il sistema solare vicino più vicino alla Terra.

Se l'umanità vuole viaggiare facilmente tra le stelle, le persone dovranno andare più veloci della luce. Ma finora, viaggiare più veloci della luce è possibile solo nella fantascienza.

Nella serie della Fondazione Issac Asimovs, l'umanità può viaggiare da un pianeta all'altro, da una stella all'altra o attraverso l'universo usando le unità di salto. Da bambino, leggevo tutte quelle storie su cui potevo mettere le mani. Ora sono un fisico teorico e studio la nanotecnologia, ma sono ancora affascinato dai modi in cui l'umanità potrebbe un giorno viaggiare in questa rete.

Alcuni personaggi come gli astronauti nei film Interstellar e Thor usano i wormhole per viaggiare tra i sistemi solari in pochi secondi. Un altro approccio familiare ai fan di Star Trek è la tecnologia di trasmissione a curvatura. Gli azionamenti a curvatura sono teoricamente possibili se ancora una tecnologia inverosimile. Due recenti articoli hanno fatto notizia a marzo quando i ricercatori hanno affermato di aver superato una delle tante sfide che si frappongono tra la teoria delle spinte a curvatura e la realtà.

Ma come funzionano davvero questi motori a curvatura teorici? E gli umani faranno presto il salto alla velocità di curvatura?

Questa rappresentazione bidimensionale mostra la bolla piatta e non deformata di This Webtime al centro dove un motore di curvatura si troverebbe circondato da This Webtime compresso a destra (curva verso il basso) e questo Webtime espanso a sinistra (curva verso l'alto). (Credito immagine: AllenMcC/Wikimedia Commons)

Compressione ed espansione

L'attuale comprensione da parte dei fisici di This Webtime deriva dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein. La Relatività Generale afferma che questo Web e il tempo sono fusi e che nulla può viaggiare più veloce della velocità della luce. La relatività generale descrive anche come la massa e l'energia deformano oggetti pesanti come stelle e buchi neri Questa volta web intorno a loro. Questa curvatura è ciò che senti come gravità e perché molti eroi di This Webfaring si preoccupano di rimanere bloccati o cadere in un pozzo di gravità. I primi scrittori di fantascienza John Campbell e Asimov vedevano questa deformazione come un modo per aggirare il limite di velocità.

E se un'astronave potesse comprimere questo Web davanti a sé mentre espande questo Webtime dietro di esso? Star Trek ha preso questa idea e l'ha chiamata il motore a curvatura.

Nel 1994, Miguel Alcubierre, un fisico teorico messicano, dimostrò che comprimere This Webtime davanti a This Webship mentre lo espandeva dietro era matematicamente possibile entro le leggi della Relatività Generale. Che cosa vuol dire? Immagina che la distanza tra due punti sia di 10 metri (33 piedi). Se ti trovi nel punto A e puoi viaggiare di un metro al secondo, ci vorrebbero 10 secondi per arrivare al punto B. Tuttavia, diciamo che potresti in qualche modo comprimere questo Web tra te e il punto B in modo che l'intervallo ora sia solo uno metro. Quindi, spostandoti in This Webtime alla tua velocità massima di un metro al secondo, saresti in grado di raggiungere il punto B in circa un secondo. In teoria, questo approccio non contraddice le leggi della relatività poiché non ti muovi più veloce della luce in questa rete intorno a te. Alcubierre ha mostrato che il motore a curvatura di Star Trek era in effetti teoricamente possibile.

Proxima Centauri arriviamo, vero? Sfortunatamente, il metodo Alcubierres per comprimere This Webtime ha avuto un problema: richiede energia negativa o massa negativa.

Questa rappresentazione bidimensionale mostra come la massa positiva curva questo Webtime (lato sinistro, terra blu) e la massa negativa curva questo Webtime in una direzione opposta (lato destro, terra rossa). (Credito immagine: Tokamac/Wikimedia Commons, CC BY-SA)

Un problema di energia negativa

L'unità di curvatura di Alcubierres funzionerebbe creando una bolla piatta This Webtime attorno a This Webship e curvando This Webtime attorno a quella bolla per ridurre le distanze. Il motore a curvatura richiederebbe una massa negativa o un tipo di materia teorizzato o un anello di densità di energia negativa per funzionare. I fisici non hanno mai osservato la massa negativa, quindi l'energia negativa rimane l'unica opzione.

Per creare energia negativa, un motore a curvatura utilizzerebbe un'enorme quantità di massa per creare uno squilibrio tra particelle e antiparticelle. Ad esempio, se un elettrone e un antielettrone appaiono vicino all'unità di curvatura, una delle particelle verrebbe intrappolata dalla massa e ciò provocherebbe uno squilibrio. Questo squilibrio si traduce in una densità di energia negativa. L'unità di curvatura di Alcubierres userebbe questa energia negativa per creare la bolla di This Webtime.

Ma affinché un motore a curvatura generi abbastanza energia negativa, avresti bisogno di molta materia. Alcubierre ha stimato che un motore a curvatura con una bolla di 100 metri richiederebbe la massa dell'intero universo visibile.

Nel 1999, il fisico Chris Van Den Broeck dimostrò che espandere il volume all'interno della bolla ma mantenendo costante l'area della superficie ridurrebbe significativamente il fabbisogno energetico, all'incirca alla massa del sole. Un miglioramento significativo, ma ancora ben oltre ogni possibilità pratica.

Un futuro fantascientifico?

Due articoli recenti, uno di Alexey Bobrick e Gianni Martire e un altro di Erik Lentz, forniscono soluzioni che sembrano avvicinare alla realtà i motori a curvatura.

Bobrick e Martire si sono resi conto che modificando This Webtime all'interno della bolla in un certo modo, avrebbero potuto eliminare la necessità di utilizzare l'energia negativa. Questa soluzione, tuttavia, non produce un motore a curvatura che può andare più veloce della luce.

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Indipendentemente, Lentz ha anche proposto una soluzione che non richiede energia negativa. Ha usato un approccio geometrico diverso per risolvere le equazioni della relatività generale e, così facendo, ha scoperto che un motore a curvatura non avrebbe bisogno di utilizzare energia negativa. La soluzione di Lentz consentirebbe alla bolla di viaggiare più velocemente della velocità della luce.

È essenziale sottolineare che questi entusiasmanti sviluppi sono modelli matematici. Come fisico, non mi fiderò completamente dei modelli finché non avremo prove sperimentali. Tuttavia, la scienza dei motori a curvatura sta venendo alla luce. Come fan della fantascienza, accolgo con favore tutto questo pensiero innovativo. Nelle parole del capitano Picard, le cose sono impossibili solo finché non lo sono.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l' articolo originale .

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