Relatività speciale. È stata la rovina di esploratori dello spazio, futuristi e autori di fantascienza da quando Albert Einstein l'ha proposta per la prima volta nel 1905. Per quelli di noi che un giorno sognano che gli umani diventino una specie interstellare, questo fatto scientifico è come una coperta bagnata. Fortunatamente, sono stati proposti alcuni concetti teorici che indicano che un giorno un viaggio più veloce della luce (FTL) potrebbe essere ancora possibile.
Un esempio popolare è l'idea di un wormhole: una struttura speculativa che collega due punti distanti nel tempo spaziale che consentirebbe il viaggio nello spazio interstellare. Di recente, un team di scienziati della Ivy League ha condotto uno studio che ha indicato come i “wormhole attraversabili” possano effettivamente essere una realtà. La cattiva notizia è che i loro risultati indicano che questi wormhole non sono esattamente scorciatoie e potrebbero essere l'equivalente cosmico di "prendere la strada lunga"!
Inizialmente, la teoria dei wormhole è stata proposta come possibile soluzione alle equazioni di campo della Teoria della relatività generale (GR) di Einstein. Poco dopo che Einstein pubblicò la teoria nel 1915, i fisici tedeschi Karl Schwarzschild trovarono una possibile soluzione che non solo prevedeva l'esistenza di buchi neri, ma di corridoi che li collegavano.
Sfortunatamente, Schwarzschild ha scoperto che qualsiasi wormhole che collegasse due buchi neri sarebbe crollato troppo rapidamente perché qualcosa passasse da un'estremità all'altra. L'unico modo in cui potrebbero essere attraversabili sarebbe se fossero stabilizzati dall'esistenza di materia esotica con densità di energia negativa. Daniel Jafferis, professore associato di fisica Thomas D. Cabot all'università di Harvard, aveva un approccio diverso.
Come ha descritto la sua analisi durante l'incontro di aprile 2019 dell'American Physical Society a Denver, in Colorado:
“La prospettiva di configurazioni attraversabili di wormhole è stata a lungo una fonte di fascino. Descriverò i primi esempi coerenti in una teoria della gravità completabile con UV, che non coinvolge alcuna materia esotica. La configurazione prevede una connessione diretta tra le due estremità del wormhole. Discuterò anche le sue implicazioni per l'informazione quantistica in gravità, il paradosso dell'informazione del buco nero e la sua relazione con il teletrasporto quantico. "
Ai fini di questo studio, Jafferis ha esaminato il lavoro svolto da Einstein e Nathan Rosen nel 1935. Cercando di ampliare il lavoro di Schwarszchild e altri scienziati alla ricerca di soluzioni per GR, hanno proposto la possibile esistenza di "ponti" tra due punti distanti in spazio-tempo (noto come "ponti di Einstein-Rosen" o "wormholes") che potrebbe teoricamente consentire alla materia e agli oggetti di passare tra di loro.
Nel 2013, questa teoria è stata utilizzata dai fisici teorici Leonard Susskind e Juan Maldacena come possibile risoluzione per GR e "entanglement quantico". Conosciuta come congettura ER = EPR, questa teoria suggerisce che i wormhole sono il motivo per cui uno stato di particelle elementari può rimanere impigliato con quello di un partner, anche se separati da miliardi di anni luce.
Fu da qui che Jafferis sviluppò la sua teoria, postulando che i wormhole potevano effettivamente essere attraversati da particelle di luce (alias fotoni). Per verificare ciò, Jafferis ha condotto un'analisi con l'assistenza di Ping Gao e Aron Wall (rispettivamente uno studente laureato di Harvard e uno scienziato della Stanford University).
Ciò che hanno scoperto è che, sebbene teoricamente sia possibile che la luce di abete attraversi un wormhole, non sono esattamente la scorciatoia cosmica che tutti speravamo che fossero. Come ha spiegato Jafferis in un comunicato stampa dell'AIP, "Ci vuole più tempo per attraversare questi wormhole che per andare direttamente, quindi non sono molto utili per i viaggi nello spazio".
Fondamentalmente, i risultati della loro analisi hanno mostrato che una connessione diretta tra i buchi neri è più corta di quella di una connessione wormhole. Mentre questo suona sicuramente come una brutta notizia per le persone che sono eccitate dalla prospettiva di un viaggio interstellare (e intergalattico) un giorno, la buona notizia è che questa teoria fornisce alcune nuove intuizioni nel regno della meccanica quantistica.
"La vera importanza di questo lavoro è nella sua relazione con il problema delle informazioni sul buco nero e le connessioni tra gravità e meccanica quantistica", ha detto Jafferis. Il "problema" a cui si riferisce è noto come il paradosso delle informazioni sul buco nero, qualcosa con cui gli astrofisici hanno lottato dal 1975, quando Stephen Hawking ha scoperto che i buchi neri hanno una temperatura e rilasciano lentamente radiazioni (ovvero radiazioni Hawking).
Questo paradosso riguarda il modo in cui i buchi neri sono in grado di preservare qualsiasi informazione che vi passa. Anche se qualsiasi materia accumulata sulla loro superficie si comprime fino al punto di singolarità, lo stato quantico della materia al momento della sua compressione verrebbe preservato grazie alla dilatazione del tempo (si congela nel tempo).
Ma se i buchi neri perdono massa sotto forma di radiazione e alla fine evaporano, questa informazione alla fine andrà persa. Sviluppando una teoria attraverso la quale la luce può viaggiare attraverso un buco nero, questo studio potrebbe rappresentare un mezzo per risolvere questo paradosso. Invece delle radiazioni dei buchi neri che rappresentano una perdita di energia di massa, potrebbe essere che la radiazione Hawking provenga effettivamente da un'altra regione del tempo spaziale.
Può anche aiutare gli scienziati che stanno tentando di sviluppare una teoria che unifica la gravità con la meccanica quantistica (alias la gravità quantistica o una "Teoria di tutto"). Ciò è dovuto al fatto che Jafferis ha usato gli strumenti della teoria dei campi quantistici per postulare l'esistenza di buchi neri attraversabili, eliminando così la necessità di particelle esotiche e massa negativa (che sembrano incompatibili con la gravità quantistica). Come ha spiegato Jafferis:
“Fornisce una sonda causale di regioni che altrimenti sarebbero state dietro un orizzonte, una finestra sull'esperienza di un osservatore all'interno di uno spazio-tempo, accessibile dall'esterno. Penso che ci insegnerà cose profonde sulla corrispondenza calibro / gravità, gravità quantistica e forse anche un nuovo modo di formulare la meccanica quantistica. "
Come sempre, le scoperte della fisica teorica possono essere un'arma a doppio taglio, che dà con una mano e porta via con l'altra. Quindi, mentre questo studio potrebbe aver gettato più acqua fredda sul sogno del viaggio FTL, potrebbe benissimo aiutarci a sbloccare alcuni dei misteri più profondi dell'Universo. Chissà? Forse alcune di queste conoscenze ci consentiranno di trovare un modo per aggirare questo ostacolo noto come Relatività speciale!
