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3 gennaio 2013

Signor Sulu, velocità Warp!

Quante persone avranno riconosciuto questa frase ormai famosissima? Ebbene, in un futuro più o meno lontano potrebbe non essere più fantascienza. A quanto pare infatti la NASA sta lavorando su un progetto di motore WARP, che sfrutterebbe proprio una deformazione indotta sullo spaziotempo come nella classica serie di fantascienza.

Cerchiamo di capire in parole semplici come potrebbe essere possibile.

Lo spunto iniziale viene da un articolo pubblicato nel 1994 da Miguel Alcubierre sulla nota (nell'ambiente dei relativisti) rivista Classical and Quantum Gravity. In questo articolo, di cui non vedremo i dettagli perché estremamente tecnico, si analizza la possibilità per un'astronave di viaggiare a velocità "arbitrariamente grandi". I più smaliziati diranno subito: e il limite della velocità della luce imposto dalla relatività? Ebbene, secondo l'autore questo limite si puo' evitare.



L'idea su cui si basa è appunto quella di deformare lo spaziotempo davanti e dietro l'astronave, dilatandolo dietro e contraendolo davanti. In questo modo la propagazione della luce è essa stessa affetta da questa deformazione, e in modo tale che il limite imposto dalla relatività sia conservato per i diversi osservatori. D'altra parte, la teoria della relatività impedisce di scambiare segnali (e quindi informazione) a velocità superiori a quella della luce, ma non impedisce allo spaziotempo stesso di espandersi a velocità superiori a c. In altre parole, è quello che si muove nello spaziotempo che non puo' superare la velocità della luce, ma lo spaziotempo, lui, non ha questo limite.

Se tramite un dispositivo riuscissimo a contrarre lo spazio tempo davanti l'astronave e dilatarlo dietro, mentre l'astronave rimane in una bolla di spazio tempo non deformato, allora potremmo muoverci verso un punto di destinazione ad una velocità arbitraria. E' come se invece di andare più veloce per fare prima, accorciassimo la distanza da percorrere. In questo modo, a differenza dell'effetto di dilatazione del tempo relativistico il tempo trascorso in viaggio è ridotto anche per un osservatore al di fuori dell'astronave.

L'articolo originale sottolinea che per fare questo occorrerebbero quantità di energia enormi, ma Harold White del NASA's Johnson Space Center ha capito che modificando in maniera opportuna la forma dell'astronave l'energia richiesta puo' essere ridotta notevolmente fino a raggiungere quantità "fattibili". Ebbene, la forma studiata dalla NASA è soprendentemente simile a quella ipotizzata nel film Contact! ovvero un anello rotante a forma di ciambella intorno all'astronave.

immagine presa dall'articolo http://techland.time.com/2012/09/19/nasa-actually-working-on-faster-than-light-warp-drive

Gli studiosi del problema prevedono una velocità di circa 10 c per i primi viaggi. Per gli appassionati di Star Trek, diciamo che corrisponde a circa WARP 2.

Alcuni già pensano alle procedure da attuare: il motore WARP potrà essere utilizzato solo lontano da corpi stellari, quindi la prima parte del viaggio fino all'esterno del sistema solare sarà con motori convenzionali, e in maniera analoga in prossimità del sistema destinazione. Ma personalmente vedo ancora dei problemi. Cosa succede se un corpo si trova nella regione di spazio contratta davanti l'astronave?

Chiaramente, per il momento tutto questo è ancora molto lontano e gli scienziati stanno cercando di creare delle micro distorsioni dello spaziotempo su scala microscopica tramite degli interferometri laser. Non è certo un'astronave, ma un primo passo bisogna pur farlo.

Gli scienziati tuttavia non avranno vita facile. L'articolo sottolinea che per creare una perturbazione nello spaziotempo adatta ai viaggi occorre un tipo di materia particolare, che l'autore Miguel Alcubierre chiama "esotica" in quanto avrebbe una densità negativa. Questo è sufficiente secondo alcuni per ritenere impossibile i motori WARP.

Per i più esigenti: cosa si intende qui con "materia esotica"?

Nell'articolo di M. Alcubierre si mostra che la metrica (ovvero, la particolare deformazione dello spaziotempo) necessaria per effettuare i viaggi a velocità WARP ha un serio problema. Essa viola infatti tutte e tre le cosiddette "condizioni sull'energia" (=densità di materia, =pressione):
  • I condizione (debole). La densità della materia nel futuro di un osservatore è sempre non negativa, ovvero
  • II condizione (dominante). In aggiunta alla condizione precedente, per lo stesso osservatore la massa e l'energia non possono mai essere viste fluire con velocità superiori a quella della luce. In formule:
  • III condizione (forte). E' una condizione difficile da rendere a parole, diciamo che è legata alle forze di marea e che lo stesso osservatore deve verificare le relazioni:
Queste tre condizioni sono condizioni molto generali e che in linea di principio devono essere soddisfatte da ogni teoria ragionevole della materia. Esistono situazioni cui la terza condizione è violata almeno dal punto di vista teorico, non è tuttavia chiaro pero' se questo sia effettivamente possibile fisicamente. E' certo comunque che questa violazione implica l'abbandono del regime classico della relatività e richiede una teoria alternativa.

Tornando al soggetto dell'articolo, se si applica la trasformazione richiesta per i viaggi a velocità WARP allo spaziotempo si trova che per il viaggiatore la densità di materia e l'energia risultano definite negative violando cosi' in un colpo solo tutte e tre le condizioni. Questo significa che questa deformazione implica l'esistenza di una materia con delle proprietà molto strane e a priori non particolarmente ragionevoli, rendendo cosi' quantomeno difficoltosa la realizzazione concreta di un simile apparato.

L'autore lascia tuttavia uno spiraglio aperto facendo notare come la teoria quantistica dei campi permetta di avere, in condizioni particolari, limitate regioni con una densità di energia negativa.

(gli interessati con una solida preparazione in fisica possono trovare l'articolo di Miguel Alcubierre qui).


Aggiunta posteriore

Il nostro attento lettore Marco Casolino ci ha subito segnalato questo articolo dove ci sembra capire che la notizia sui lavori della NASA sia una bufala o forse, più probabilmente, una notevole esagerazione di quanto sia realmente in corso studio.

Avevamo in effetti già esposto alcune perplessità sulla realizzazione concreta di questi motori, almeno nell'immediato futuro. Resta tuttavia valido quello che riguarda l'articolo originale di Miguel Alcubierre.

Continueremo in ogni caso ad indagare, STAY TUNED!

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12 commenti:

  1. marco casolino3 gennaio 2013 14:42

    E' una bufala.Il tizio della NASA dice cose a caso e mischia effetti di meccanica quantistica e fantomatiche deviazioni dalla rel. generale.

    http://www.scientificast.it/2012/09/21/niente-viaggi-interstellari-almeno-il-momento/

    E' confortante che i pazzi (se non il malafede) non siano solo da noi..

    RispondiElimina
  2. Faro' un'aggiunta all'articolo appena possibile.
    Fortunatamente, l'articolo non poggia troppo sulle ricerche della NASA, piuttosto sull'articolo originale!
    Dall'articolo pero' non si riesce ad accedere al rapporto NASA. Si riesce a leggere l'originale?

    RispondiElimina
  3. Ah, per amore di discussione. Non credo che l'approccio "WARP" e quello "Casimir" siano realmente diversi, questo credo sia dovuto a una confusione di base.
    Le "condizioni particolari con energia negativa" ammesse dalla QFT di cui parlo nell'articolo si realizzano proprio nell'effetto Casimir, le due cose possono quindi essere legate.

    RispondiElimina
  4. marco casolino3 gennaio 2013 15:21

    Ciao!
    Il link che avevo preso al tempo è questo: http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20110023492

    Prova a leggerlo, magari io sono stato troppo severo. Però lui prima parla dell'effetto Casimir, poi parte per la tangente con generalizzazioni della RG. In sostanza (ma cito a memoria) aveva solo un interferometro o giù di lì.

    Poi intendiamoci, io sono un altro che aspetta "in trepida e virginale attesa" (blues brothers) il WARP.... è che temo che lui faccia come Belushi

    RispondiElimina
  5. marco casolino3 gennaio 2013 15:30

    probabilmente sì, il problema è come fai a farci viaggiare qualcosa più grande di una particella elementare.... Tra l'altro non ho capito se l'exotic matter che dice lui è "l'exotic quark matter" ossia quella postulata e fatta con mappazza di quark ud e strange....

    RispondiElimina
  6. No, no il termine "esotico" secondo me va inteso nel contesto specifico dell'articolo, è proprio l'autore che lo usa.
    Esotico andrebbe inteso nel senso di "materia mai vista prima e che non si sa neanche come potrebbe essere".
    Il che significa che potebbe benissimo essere che quella metrica non è realizzabile fisicamente.

    RispondiElimina
  7. E' il link che ho, ma mi dice:

    "Access forbidden!
    You don't have permission to access the requested file or directory on this server.
    ecc.ecc."

    RispondiElimina
  8. @google-cb45c5889d2c72571dc5e06657918ac9:disqus : Ok, da casa l'ho scaricato, era in uffico che era bloccato.
    Strano, ci sono cose sconce è vero :-) ma non credevo la NASA fosse filtrata.

    RispondiElimina
  9. marco casolino4 gennaio 2013 03:41

    curioso! Non vorrei che foste finiti per errore su qualche filtro strano.
    Stasera riprovo da casa per curiosità....

    RispondiElimina
  10. marco casolino : che ne pensi invece di questo articolo?

    http://www.technologyreview.com/view/424111/first-observation-of-the-dynamical-casimir-effect/

    RispondiElimina
  11. @google-cb45c5889d2c72571dc5e06657918ac9:disqus

    ho letto tutto l'articolo insieme a qualche referenza bibliografica.

    La tua impressione generale è corretta, però sarei un po' meno severo e per un semplice motivo. Ho la fortissima impressione che l'equipe stia facendo alcune esperienze magari anche interessanti, ma che nell'articolo abbiano un tono (volutamente) pomposo e giornalistico per catturare l'attenzione (e fondi), forse proprio della NASA in primo luogo. Sennò come interpreteresti questa frase finale?
    "one of the important challenges for the Agency in the pursuit of developing bold exploration missions is to ensure that there is
    a sustained level of modest funding for the “seed corn” advanced propulsion and power technologies that must be explored to identify greatly enabling technologies. The Advanced Propulsion Physics Laboratory, Eagleworks at JSC is a step back into this tradition of the Agency and should be pursued by other centers and other Agencies."


    Per quanto riguarda le referenze, hai perfettamente ragione. Ho notato che nei punti cruciali del lavoro ci sono praticamento solo autocitazioni, mentre la bibliografia "accreditata" è solo su aspetti di base e non strettamente collegati al lavoro che svolgono.

    In pratica hanno solo un interferometro in corso di costruzione, ma non lo negano. Dicono che è il primo passo da fare, per poter avere uno strumenti di sensibilità adeguata.

    Quanto alle digressioni RG e QFT, beh, probabilmente ricadono nel tono giornalistico di cui parlavo sopra. Certo, mettersi a parlare di radiazione di Unruh, brane etc. dando tutto come scontato e verificato fa un certo... effetto.

    RispondiElimina
  12. marco casolino5 gennaio 2013 05:26

    quello è serio e geniale! (almeno per quanto ho capito io)

    RispondiElimina

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