È difficile vivere in un universo relativistico, dove anche le stelle più vicine sono così lontane e la velocità della luce è assoluta. Non c'è da stupirsi quindi perché i franchising di fantascienza impiegano abitualmente FTL (Faster-of-Light) come dispositivo per la trama. Premi un pulsante, premi un pedale e quel sistema di guida sofisticato - i cui meccanismi nessuno può spiegare - ci invierà in un'altra posizione nello spazio-tempo.
Tuttavia, negli ultimi anni, la comunità scientifica è diventata comprensibilmente eccitata e scettica riguardo alle affermazioni secondo cui un concetto particolare - Alcubierre Warp Drive - potrebbe effettivamente essere fattibile. Questo è stato il tema di una presentazione fatta all'American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum, che si è tenuto dal 19 al 22 agosto a Indianapolis.
Questa presentazione è stata condotta da Joseph Agnew, un ingegnere universitario e assistente di ricerca dell'Università dell'Alabama nel Propulsion Research Center (RC) di Huntsville. Nell'ambito di una sessione intitolata "Il futuro della propulsione nucleare e rivoluzionaria", Agnew ha condiviso i risultati di uno studio che ha condotto intitolato "Una teoria e una tecnologia di esame per determinare lo stato dell'arte e la fattibilità".
Come ha spiegato Agnew a una casa piena, la teoria alla base di un sistema di propulsione a curvatura è relativamente semplice. Originariamente proposto dal fisico messicano Miguel Alcubierre nel 1994, questo concetto per un sistema FTL è visto dall'uomo come una soluzione altamente teorica (ma forse valida) alle equazioni di campo di Einstein, che descrivono come spazio, tempo ed energia nel nostro Universo interagiscono.
In parole povere, Alcubierre Drive raggiunge il viaggio FTL allungando il tessuto dello spazio-tempo in un'onda, facendo contrarre lo spazio che lo precede mentre lo spazio dietro si espande. In teoria, un veicolo spaziale all'interno di questa onda sarebbe in grado di cavalcare questa "bolla di curvatura" e raggiungere velocità oltre la velocità della luce. Questo è ciò che è noto come "Alcubierre Metric".
Interpretato nel contesto della Relatività Generale, l'interno di questa bolla di ordito costituirebbe il quadro di riferimento inerziale per qualsiasi cosa al suo interno. Allo stesso modo, tali bolle possono apparire in una regione dello spazio-tempo precedentemente piatta e superare la velocità della luce. Poiché la nave non si muove attraverso lo spazio-tempo (ma si muove nello stesso spazio-tempo), gli effetti relativistici convenzionali (come la dilatazione del tempo) non si applicano.
In breve, Alcubierre Metric consente i viaggi FTL senza violare le leggi della relatività in senso convenzionale. Come Agnew ha detto a Space Magazine via e-mail, è stato ispirato da questo concetto fin dalle superiori e lo persegue da allora:
“Ho approfondito la matematica e le scienze e, di conseguenza, ho iniziato a interessarmi alla fantascienza e alle teorie avanzate su scala più tecnica. Ho iniziato a guardare Star Trek, la serie Original e The Next Generation e ho notato come avevano previsto o ispirato l'invenzione di telefoni cellulari, tablet e altri servizi. Ho pensato ad alcune altre tecnologie, come i siluri fotonici, i phaser e il dispositivo di curvatura, e ho cercato di ricercare sia ciò che la "scienza del trek star" e "l'equivalente della scienza del mondo reale" avevano da dire al riguardo. Mi sono quindi imbattuto nel documento originale di Miguel Alcubierre e, dopo averlo digerito per un po ', ho iniziato a perseguire altre parole chiave e documenti e ad approfondire la teoria. "
Mentre il concetto è stato generalmente respinto per essere del tutto teorico e altamente speculativo, negli ultimi anni ha avuto una nuova vita. Il merito di ciò va in gran parte al dottor Harold "Sonny" White, capo del gruppo propulsivo avanzato per il laboratorio di fisica propulsiva avanzata del NASA Johnson Space Center (alias "Eagleworks Laboratory").
Durante il Simposio sui 100 anni della nave stellare nel 2011, il Dr. White ha condiviso alcuni calcoli aggiornati della Alcubierre Metric, che sono stati oggetto di una presentazione intitolata "Warp Field Mechanics 101" (e uno studio con lo stesso nome). Secondo il dottor White, la teoria di Alcubierre era solida ma necessitava di alcuni test e sviluppi seri. Da allora, lui e i suoi colleghi hanno fatto proprio queste cose attraverso l'Eagleworks Lab.
Allo stesso modo, Agnew ha trascorso gran parte della sua carriera accademica alla ricerca della teoria e della meccanica alla base della meccanica di curvatura. Sotto la guida del dott. Jason Cassibry - professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale e membro della facoltà del Propulsion Research Center della UAH - il lavoro di Agnew è culminato in uno studio che affronta i principali ostacoli e opportunità presentati dalla ricerca sulla meccanica della curvatura.
Come riferito da Agnew, uno dei più grandi è il fatto che il concetto di "ordito di curvatura" non è ancora preso molto sul serio nei circoli scientifici:
“Nella mia esperienza, la menzione di warp drive tende a far ridere la conversazione perché è così teorica e fuori dalla fantascienza. In effetti, spesso viene accolto con commenti sprezzanti e usato come esempio di qualcosa di totalmente stravagante, il che è comprensibile. Lo so nel mio caso, inizialmente l'avevo raggruppato, mentalmente, nella stessa categoria dei tipici concetti superluminali, poiché ovviamente tutti violano la "velocità della luce è la massima velocità". Solo quando ho approfondito la teoria con maggiore attenzione ho capito che non aveva questi problemi. Penso che ci sarebbe / sarà molto più interesse quando gli individui approfondiranno i progressi che sono stati fatti. Anche la natura storicamente teorica dell'idea è di per sé un fattore dissuasivo, poiché è molto più difficile vedere progressi sostanziali quando si osservano le equazioni anziché i risultati quantitativi.“
Mentre il campo è ancora agli inizi, ci sono stati numerosi sviluppi recenti che hanno aiutato. Ad esempio, la scoperta delle onde gravitazionali (GWS) presenti in natura da parte degli scienziati di LIGO nel 2016, che hanno entrambi confermato una previsione fatta da Einstein un secolo fa e dimostrano che le basi per la curvatura sono presenti in natura. Come indicato da Agnew, questo è forse lo sviluppo più significativo, ma non l'unico:
“Negli ultimi 5-10 anni circa, ci sono stati molti progressi eccellenti sulla falsariga di prevedere gli effetti previsti del disco, determinare come si potrebbe metterlo in atto, rafforzare i presupposti e i concetti fondamentali e, il mio preferito personale , modi per testare la teoria in un laboratorio.
"La scoperta di LIGO alcuni anni fa è stata, secondo me, un enorme balzo in avanti nella scienza, dal momento che ha dimostrato, sperimentalmente, che lo spaziotempo può" deformarsi "e piegarsi in presenza di enormi campi gravitazionali, e questo si diffonde in tutto il universo in un modo che possiamo misurare. Prima, era chiaro che questo era probabilmente il caso, grazie a Einstein, ma ora lo sappiamo con certezza. "
Poiché il sistema si basa sull'espansione e la compressione dello spaziotempo, ha affermato Agnew, questa scoperta ha dimostrato che alcuni di questi effetti si verificano in modo naturale. "Ora che sappiamo che l'effetto è reale, la domanda successiva, nella mia mente, è:" come lo studiamo e possiamo generarlo da soli in laboratorio? "", Ha aggiunto. "Ovviamente, qualcosa del genere sarebbe un enorme investimento di tempo e risorse, ma sarebbe enormemente vantaggioso."
Naturalmente, il concetto di Warp Drive richiede ulteriore supporto e numerosi progressi prima che sia possibile la ricerca sperimentale. Questi includono progressi in termini di quadro teorico e progressi tecnologici. Se questi sono trattati come problemi di "morso" invece di una sfida enorme, ha detto Agnew, allora i progressi saranno sicuramente fatti:
“In sostanza, ciò che è necessario per un ordito di curvatura è un modo per espandere e contrarre lo spaziotempo a piacimento e in modo locale, come intorno a un piccolo oggetto o nave. Sappiamo per certo che densità di energia molto elevate, sotto forma di campi o massa EM, ad esempio, possono causare curvatura nello spazio-tempo. Ci vogliono enormi quantità per farlo, tuttavia, con la nostra attuale analisi del problema. "
“D'altra parte, le aree tecniche dovrebbero cercare di affinare le attrezzature e elaborare il più possibile, rendendo più plausibili queste alte densità di energia. Credo che ci sia la possibilità che una volta che l'effetto può essere duplicato su una scala di laboratorio, porterà a una comprensione molto più profonda di come funziona la gravità e può aprire la porta ad alcune teorie o scappatoie ancora da scoprire. Suppongo di riassumere, il più grande ostacolo è l'energia, e con ciò arrivano gli ostacoli tecnologici, che richiedono campi EM più grandi, attrezzature più sensibili, ecc.“
L'enorme quantità di energia positiva e negativa necessaria per creare una bolla di curvatura rimane la più grande sfida associata al concetto di Alcubierre. Attualmente, gli scienziati ritengono che l'unico modo per mantenere la densità di energia negativa richiesta per produrre la bolla sia attraverso la materia esotica. Gli scienziati stimano inoltre che il fabbisogno energetico totale sarebbe equivalente alla massa di Giove.
Tuttavia, ciò rappresenta un calo significativo rispetto alle precedenti stime energetiche, secondo le quali avrebbe richiesto una massa di energia equivalente all'intero Universo. Tuttavia, una quantità di massa esotica di Giove è ancora proibizionalmente grande. A questo proposito, devono ancora essere compiuti progressi significativi per ridimensionare i requisiti energetici a qualcosa di più realistico.
L'unico modo prevedibile per farlo è attraverso ulteriori progressi nella fisica quantistica, nella meccanica quantistica e nei metamateriali, afferma Agnew. Per quanto riguarda il lato tecnico delle cose, saranno necessari ulteriori progressi nella creazione di superconduttori, interferometri e generatori magnetici. E, naturalmente, c'è il problema del finanziamento, che è sempre una sfida quando si tratta di concetti che sono considerati "là fuori".
Ma come afferma Agnew, questa non è una sfida insormontabile. Considerando i progressi fatti finora, ci sono
“La teoria ha dimostrato finora che vale la pena perseguire, ed è ora più facile che mai fornire prove che sia legittimo. In termini di giustificazioni per l'allocazione delle risorse, non è difficile vedere che la capacità di esplorare oltre il nostro Sistema Solare, anche oltre la nostra galassia, sarebbe un enorme salto per l'umanità. E la crescita della tecnologia derivante dal superamento dei limiti della ricerca sarebbe sicuramente vantaggiosa. "
Come l'avionica, la ricerca nucleare, l'esplorazione dello spazio, le auto elettriche e i ripetitori di razzi riutilizzabili, Alcubierre Warp Drive sembra destinato a essere uno di quei concetti che dovranno combattere in salita. Ma se questi altri casi storici sono indicativi, alla fine potrebbe passare un punto di non ritorno e improvvisamente sembra del tutto possibile!
E data la nostra crescente preoccupazione per gli esopianeti (un altro campo esplosivo dell'astronomia), non mancano le persone che sperano di inviare missioni alle stelle vicine per cercare pianeti potenzialmente abitabili. E come dimostrano certamente gli esempi di cui sopra, a volte tutto ciò che è necessario per far rotolare la palla è una buona spinta ...
Immagine in alto - "IXS Starship ". Credito e ©: Mark Rademaker (2016)
