Warp Drive: più veloce della luce

di Stefano Castelluccio
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GALILEO
Centro Ricerche
Esobiologiche
 

Sulle possibilità effettive di realizzazione di sistemi di propulsione estremamente avanzati e del tutto innovativi, allo scopo di ottenere la cosiddetta "Warp Drive" o "propulsione a curvatura" che, sfruttando e modificando le proprietà dello spazio-tempo, permetterebbe velocità superiori a quella della luce.

 

Il sistema di propulsione interstellare ideale, così come viene rappresentato nella letteratura e nella cinematografia fantascientifiche, dovrebbe poter permettere viaggi rapidi, sicuri e confortevoli verso altre stelle, anche molto lontane. Affinché ciò possa diventare realtà, sono necessarie ben tre "rivoluzioni scientifiche", tre enormi balzi in avanti nel nostro progresso scientifico-tecnologico: l’invenzione di un sistema che permetta di superare la barriera relativistica della velocità della luce, l’invenzione di un sistema di propulsione che non richieda propellente, e la scoperta di una fonte energetica per alimentare tali dispositivi. Una tecnologia radicalmente nuova, per riuscire a superare le immense distanze che ci separano anche dalle stelle a noi più vicine.

Attraverso la presente pubblicazione verrà fornita un'illustrazione dell'attuale "stato dell'arte" nel campo delle ricerche scientifiche sulla possibilità di propulsione a velocità superiori a quella della luce, più una piccola "escursione" nel regno delle congetture, relativa al fenomeno UFO. Gli argomenti trattati sono stati distribuiti secondo il seguente schema:

  Parte I Si occupa di alcuni aspetti generali e basilari relativi al problema della Warp Drive.
     
  Parte II Espone una breve descrizione di alcune idee innovative, al limite tra scienza consolidata e pura speculazione.
     
  Parte III Fornisce una sintesi di alcune interessanti possibilità emerse nel campo della ricerca "di frontiera".
     
  Parte IV Espone alcune congetture relative alla connessione tra il fenomeno UFO e la realizzabilità "pratica" della Warp Drive.
     

Parte I

Il problema della distanza

Le distanze interstellari sono talmente enormi da risultare ai limiti delle nostre capacità di percezione e di comprensione, se non addirittura al di fuori di esse. L’esempio seguente può aiutare a farsi un’idea circa l’entità del problema con cui si ha a che fare: se il Sole avesse le dimensioni di una biglia del diametro di un centimetro, la distanza dalla Terra (detta Unità Astronomica, AU) sarebbe di poco più di un metro, il diametro della Terra sarebbe circa quello di un capello, mentre quello dell’orbita della Luna sarebbe circa di mezzo centimetro. Seguendo questa scala, la stella più vicina si troverebbe circa a 340 chilometri di distanza.
Rimanendo in questa prospettiva, la luce impiegherebbe più di 8 minuti per percorrere quella "Unità Astronomica" di un metro che separa il nostro Sole-biglia dalla Terra-capello. Le onde elettromagnetiche sono l’entità più veloce tra quelle finora conosciute, ma, nonostante questo, un raggio di luce impiegherebbe ben 4,3 anni per superare quei 340 chilometri che, nella nostra scala ridotta, ci separano dalla stella più vicina.

Il problema della velocità

L’ostacolo principale da superare per la realizzazione di viaggi interstellari "possibili" è naturalmente la velocità. La stella più vicina, come abbiamo detto, dista 4,3 anni luce. Procedendo a velocità convenzionali, un eventuale viaggio verso questa stella sarebbe proibitivamente lungo. Per esempio, un veicolo che si spostasse con la velocità di una capsula Apollo impiegherebbe più di 900.000 anni. Anche correndo all’incredibile velocità di 60.000 chilometri all’ora, che è la velocità con cui la sonda Voyager ha lasciato il nostro Sistema Solare, il viaggio richiederebbe circa 80.000 anni. In conclusione, per poter raggiungere le altre stelle impiegando tempi ragionevoli, è necessario disporre di un metodo per superare la velocità della luce.

Il problema della massa

Un ostacolo meno ovvio di quello relativo alla velocità è quello che riguarda il propellente. Fino ad oggi l’unico sistema di propulsione alla portata delle tecnologie umane, almeno quelle di dominio pubblico, utilizzato per i veicoli spaziali, è quello basato sul principio di azione - reazione (la Terza Legge di Newton): un flusso di propellente (prodotti di combustione, gas compresso, ioni, plasma, particelle) viene spinto fuori dal veicolo lungo una direzione, ed il veicolo si muove per reazione nella direzione opposta. La spinta che si ottiene dipende dalla velocità di emissione del propellente e dalla sua densità: in generale, più lontano o veloce si vuole viaggiare, più propellente occorre per poterlo fare.
Per lunghi viaggi verso le stelle vicine, la quantità di propellente necessaria sarebbe enorme. Ad esempio, se si volesse mandare un oggetto delle dimensioni di un autobus verso la stella più vicina, e se si volesse compiere il viaggio in 900 anni, usando un motore chimico come quello dello Shuttle, allora non ci sarebbe abbastanza massa nell’universo per fornire la quantità di propellente necessaria.
Usando un motore a fissione nucleare (mini bombe atomiche a fissione utilizzate per fornire la spinta) servirebbero circa un miliardo di serbatoi di propellente, ciascuno della dimensione di una superpetroliera, mentre sfruttando la fusione nucleare (mini bombe all’idrogeno) ne occorrerebbero circa un migliaio delle stesse dimensioni.
Utilizzando sistemi di propulsione più avanzati, ma ancora in fase di studio, come i motori ionici o i propulsori ad antimateria, occorrerebbero circa una decina di serbatoi di propellente, ciascuno della dimensione di un vagone ferroviario. Non impossibile da realizzare, ma ancora troppo: basterebbe, infatti, richiedere la possibilità di fermare il veicolo, una volta a destinazione, oppure di aumentare anche solo leggermente la velocità di crociera, per tornare alla situazione della "flotta di superpetroliere".
In conclusione, ciò che occorre per compiere viaggi interstellari è una forma di propulsione che non richieda propellente. Questo implica la necessità di disporre di qualche tecnologia che permetta di alterare le forze gravitazionali o inerziali, se non addirittura di modificare la struttura stessa dello spazio-tempo.

Il problema dell’energia

La terza sfida è quella dell’energia. Anche disponendo di un sistema di navigazione non a reazione, capace di convertire direttamente l’energia in movimento senza l’ausilio di un propellente, il consumo richiesto sarebbe comunque enorme. Ad esempio, volendo inviare un veicolo della taglia di uno Shuttle verso la stella più vicina, impiegando 50 anni (quindi viaggiando a velocità ancora sub-relativistiche, cioè inferiori a quella della luce), occorrerebbe una quantità di energia di oltre 70 miliardi di miliardi di Joule, che è circa pari alla quantità di energia consumata da un paese come l’Italia in 100.000 anni (al ritmo attuale di consumo). Per superare questa difficoltà, occorre un modo per poter utilizzare l’energia naturale presente nel vuoto dello spazio, oppure una qualche scoperta eccezionale nella fisica della produzione dell’energia, oppure un metodo per superare il vincolo imposto dalle leggi dell’energia cinetica.

Gli ingredienti della Warp Drive

Ciò che emerge da quanto finora detto è l’impossibilità pratica di realizzare viaggi interstellari, almeno utilizzando le tecnologie ufficialmente disponibili. Ma non è abbastanza per considerare chiusa la questione. "Non realizzabile oggi" non necessariamente significa "impossibile", la storia del progresso scientifico è piena di esempi a riguardo. Inoltre, nuovi e recenti sviluppi della fisica, nuove e rivoluzionarie teorie, nuove osservazioni sperimentali stanno aprendo incredibili spiragli su di un Universo i cui segreti sono ben lungi dall’essere completamente rivelati, a dispetto delle affermazioni di alcuni presunti scienziati (troppi), cocciutamente chiusi e arroccati dentro alle loro fortezze adamantine di dogmi.
Rifiutando il concetto di scienza come collezione di atti di fede, accettando ciò che essa in realtà è, cioè un insieme di modelli più o meno accurati della realtà, accettando la sua natura intrinsecamente caduca, dinamica ed in continua evoluzione, e tenendo sempre presente il famoso aforisma di Sherlock Holmes, ossia "Escludendo tutto ciò che è palesemente impossibile, quello che rimane, per quanto incredibile, deve essere la verità", di seguito affronteremo il problema della Warp Drive, dal punto di vista di ciò che abbiamo, di ciò che vorremmo avere, e di ciò che probabilmente avremo.
Per la realizzazione di un sistema Warp Drive si possono individuare tre ingredienti fondamentali: un sistema di propulsione super-relativistico, che superi, cioè, i vincoli imposti dalla Teoria della Relatività di Einstein; un sistema di controllo dell’inerzia e della gravità; una sorgente di energia adeguata.

1. Propulsione super-relativistica

Il concetto di "propulsione super-relativistica", o "propulsione iperspaziale", o "propulsione a curvatura", è ormai uscito dal regno delle semplici congetture, e comincia ad essere oggetto di speculazioni ai confini con le teorie scientifiche più avanzate. In sintesi, sappiamo ciò che conosciamo e ciò che non conosciamo, ma non sappiamo con sicurezza se i viaggi a velocità superiori a quella della luce (super-relativistiche) siano o non siano possibili.
L’ostacolo principale è rappresentato da un costrutto della Teoria Speciale della Relatività di Einstein, il quale afferma che, in condizioni normali, la velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto (che è di circa 300.000 chilometri al secondo) non può essere superata. Esiste una notevole mole di dati sperimentali a sostegno di questa legge. Nondimeno, esistono altre prospettive, alcune "situazioni anomale". Concetti come tachioni, wormhole, universo inflazionistico, curvatura spaziotemporale, paradossi quantici, sono abbastanza comuni nella letteratura scientifica "credibile", pur essendo però ancora troppo presto per stabilire l’effettiva percorribilità delle vie che sembrano suggerire.
Un argomento correlato con il superamento della velocità della luce è quello dei paradossi temporali, cioè la violazione del principio di causalità ("Ogni causa precede i propri effetti") e il viaggio nel tempo. è possibile elaborare scenari complessi nei quali uno spostamento a velocità super-relativistiche induce spostamenti nel tempo.

Relatività Speciale. In sintesi, la Teoria Speciale della Relatività, o Relatività Speciale, è basata su due semplici assiomi:

  1. La distanza percorsa (d) dipende dalla velocità (v) e dal tempo di percorrenza (t), in particolare . (Semplice)
  2. Indipendentemente da quanto velocemente si muova, un osservatore vede sempre la luce viaggiare con la stessa velocità. (Questo lascia un po’ più sconcertati)

Le complicazioni nascono quando questi due concetti vengono combinati per studiare i moti relativi (di alcuni oggetti rispetto ad altri), con velocità prossime a quella della luce: appaiono allora fenomeni come il rallentamento del tempo o la contrazione dello spazio. Tali fenomeni nascono dal fatto che tutti gli eventi, comprese le nostre percezioni sensoriali, avvengono attraverso interazioni che al massimo possono manifestarsi alla velocità della luce. Se cominciamo ad avvicinarci alla velocità con la quale riceviamo le informazioni, le informazioni percepite risulteranno distorte.

Il limite della velocità della luce. Una conseguenza della Relatività Speciale è il limite rappresentato dalla velocità della luce. Il problema può essere affrontato anche da un altro punto di vista: per aumentare la velocità di un oggetto occorre fornirgli più energia. Se la velocità aumenta, anche la massa aumenta: l’energia necessaria per accelerare l’oggetto, quindi, cresce al crescere della velocità. Quando la velocità si avvicina a quella della luce, la massa dell’oggetto risulta così grande che per ottenere accelerazioni anche piccolissime occorrerebbero quantitativi enormi di energia.
Nonostante il problema della propulsione super-relativistica appaia così ostico, esistono fondamenti teorici sufficienti a giustificare studi e ricerche attorno a tale argomento. Il cammino è ancora agli inizi, ma il lavoro di alcuni fisici come Matt Visser, Michael Morris, Miguel Alcubierre, per citarne alcuni, o quello di alcuni gruppi di ricerca come il prestigioso NASA Breakthrough Propulsion Physics Program, sono un forte incoraggiamento a proseguire per chiunque si occupi di questi argomenti.

2. Controllo dell’inerzia e della gravità

Per proteggere l’equipaggio e le strutture di un’ipotetica astronave dotata di Warp Drive dalle incredibili accelerazioni che tale sistema propulsivo produrrebbe, un sistema per creare un ambiente con gravità ed inerzia controllate risulta indispensabile. Inoltre, se si potessero manipolare la forza di gravità e le forze inerziali, avremmo anche la possibilità di ottenere un sistema propulsivo non a reazione, e una quantità di altre cose utili come ambienti a gravità sintetica nello spazio, ambienti a gravità zero sulla terra, veicoli terrestri senza ruote, e così via.
Analogamente alla propulsione super-relativistica, anche questo argomento è al livello della speculazione confinante con la scienza. In questo caso però, a differenza del precedente, non c’è nulla nelle conoscenze scientifiche attuali che affermi l’impossibilità di manipolare la forza di gravità.
Non solo. Siamo ormai relativamente sicuri che gravità ed elettromagnetismo sono fenomeni correlati. La nostra capacità di controllo sui fenomeni elettromagnetici è considerevole, quindi è ragionevole presumere che tale correlazione potrebbe un giorno portare ad utilizzare il controllo dell’elettromagnetismo come mezzo indiretto di controllo sulla gravità. Le connessioni tra i due fenomeni sono ampiamente illustrate nella Teoria Generale della Relatività di Einstein, o Relatività Generale. Teorie più recenti, provenienti dalla Meccanica Quantistica, sembrano collegare la gravità e l’inerzia ad entità chiamate "fluttuazioni del vuoto". L’argomento è attualmente materia di studio nell’ambito del NASA Breakthrough Propulsion Physics Program.

3. Sorgente di energia

Per alimentare i propulsori e i generatori di gravità della nostra ipotetica astronave, occorre una sorgente di energia estremamente efficiente e sufficientemente potente. I reattori a fusione nucleare, ancora in fase di sperimentazione, potrebbero essere buoni candidati. Ancora di più potrebbero esserlo ipotetici reattori materia – antimateria.
L’antimateria è qualcosa di assolutamente reale. Si tratta di materia con carica elettrica invertita (anti-elettroni o positroni con carica positiva, anti-protoni con carica negativa, e così via). Accade che, se una particella collide con la sua corrispondente antiparticella, avviene un fenomeno detto di annichilazione, in cui entrambe le particelle si tramutano in energia, seguendo la nota legge di equivalenza di Einstein, dove c è la velocità della luce, m è la massa ed E è l’energia. Per comprendere l’efficienza di tale processo di produzione di energia, basta considerare che, per generare i 70 miliardi di miliardi di Joule sopra menzionati basterebbe annichilire 389 chilogrammi di materia con 389 di antimateria.
Positroni, anti-protoni e altre antiparticelle sono normalmente prodotte dagli acceleratori presso laboratori come il CERN, e possono essere intrappolate ed immagazzinate per tempi relativamente lunghi. Nel 1997 è stato prodotto artificialmente, per la prima volta, un atomo di anti-idrogeno. Sono attualmente in fase di studio applicazioni mediche e sistemi di propulsione basati sull’uso di antimateria, nonché contenitori portatili per il suo trasporto.
Il grosso problema sta nei costi e nell’efficienza degli odierni sistemi di produzione. Attualmente, il costo per la produzione di un milligrammo di antimateria si aggira attorno ai 100 miliardi di dollari. Per poter prendere in considerazione eventuali applicazioni commerciali, questo costo dovrebbe almeno essere ridotto di un fattore 10.000. Non solo, ma attualmente il processo di generazione richiede più energia di quanta se ne possa ottenere dall’antimateria prodotta. Le applicazioni pratiche come nuova sorgente di energia sono quindi ancora lontane.

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Parte II

Alcune idee basate su ciò che conosciamo

Ci occuperemo ora di dare una breve descrizione di alcune idee, emerse nel corso della seconda metà di questo secolo, circa la possibilità di viaggi interstellari. Queste idee sono basate su conoscenze scientifiche già acquisite e consolidate.

  1. Progetto ORION (anni ’50 e ‘60) – Uso di bombe nucleari come sistema di propulsione
    Circa 5 bombe nucleari al secondo verrebbero sganciate dalla poppa del veicolo e fatte esplodere per ottenere la propulsione. Un enorme scudo dovrebbe proteggere la nave ed assorbire la spinta. Esperimenti condotti con esplosivi convenzionali furono condotti per dimostrare la fattibilità di tale sistema. Sebbene questo propulsore fosse stato concepito per inviare una missione su Marte, fu anche preso in considerazione per l’invio di piccole sonde verso le stelle vicine. Il progetto fu terminato a causa del trattato sulla riduzione dei test nucleari stipulato negli anni ’60.

  2. Progetto DÆDALUS (anni ’70)
    Sul finire degli anni ’70 la British Interplanetary Society recuperò il metodo propulsivo del progetto ORION, ridimensionandolo ad un livello più ragionevole, ed orientandolo esclusivamente verso applicazioni in spazio esterno. Il progetto DÆDALUS fu finalizzato all’invio di una sonda verso la Stella di Barnard (6 anni luce di distanza dalla Terra), con un viaggio della durata di 50 anni. Esso avrebbe dovuto impiegare micro – detonazioni nucleari a fusione, ottenute da un isotopo appropriato recuperabile dall’atmosfera del pianeta Giove, che la sonda avrebbe incrociato lungo la sua rotta di fuoriuscita dal Sistema Solare.


  3. Reattore interstellare di Bussard (anni '60)
    L'idea, introdotta negli anni '60, si basa sul principio di recuperare il propellente lungo il cammino, piuttosto che trasportarlo all'interno dell'astronave. Catturando i protoni isolati che fluttuano nello spazio interstellare, ed in qualche modo utilizzandoli in un processo di fusione nucleare, si dovrebbe poter ottenere una propulsione. Un'ampia serie di limitazioni, purtroppo, rendono questa idea difficilmente realizzabile: la difficoltà di catturare un numero sufficiente di protoni, e il problema di attivare con questi protoni una reazione nucleare, sono solo le due più evidenti.

  4. Vela laser interstellare di Robert Forward (anni '80)
    Le vele elettromagnetiche sono un'altra possibilità. La luce, teoricamente, può sostituire i propulsori a reazione: quando la luce colpisce un oggetto, essa esercita sull'oggetto una spinta, anche se molto piccola (detta pressione di radiazione). Usando sorgenti luminose molto intense su superfici molto ampie, le forze diventano apprezzabili. Robert Forward ha proposto di utilizzare un laser da 10 milioni di miliardi di watt di potenza, con cui illuminare una vela di un migliaio di chilometri di diametro, passando attraverso una lente di Fresnel delle stesse dimensioni. Con questi numeri, è stata dichiarata la possibilità di inviare un veicolo di un centinaio di tonnellate dotato di equipaggio verso la stella più vicina, con un viaggio della durata di soli 10 anni. Il problema principale, ovviamente, consiste nella reperibilità di un laser da 10 milioni di gigawatt. Questo livello di potenza è, infatti, 10.000 volte più grande della potenza attualmente consumata su tutto il pianeta Terra. A causa di ciò, Forward ha ridimensionato il concetto verso livelli più ragionevoli. La potenza del laser è scesa a 10 gigawatt, e il veicolo si è ridotto ad una fragile ragnatela di fili del peso di 16 grammi e del diametro di un chilometro. Tutti i dispositivi ed i sensori del veicolo sono integrati all'interno della ragnatela. Esistono molte altre idee basate sull'uso di onde elettromagnetiche come mezzo propulsivo. Molto lavoro è però ancora necessario prima di poter raggiungere qualche risultato pratico apprezzabile.

  5. Progetto ICAN-II di Gerald Smith (anni '90) - Veicolo a propulsione catalizzata con antimateria
    Missioni ad alta velocità con equipaggio verso i pianeti del Sistema Solare, oppure missioni con sonde automatiche verso le stelle vicine, potrebbero essere compiute grazie al progetto Ion Compressed Antimatter Nuclear (ICAN-II) engine, sviluppato alla Pennsylvania State University. Questo propulsore dovrebbe utilizzare anti-protoni per fare implodere piccole capsule, contenenti combustibile per reazioni di fusione nucleare nel loro nucleo. La spinta dovrebbe essere prodotta dalla successione delle piccole detonazioni nucleari generate dalle capsule. Un massiccio scudo dovrebbe proteggere la nave e assorbire la spinta. Questo sistema non ci permetterà di spostarci ovunque con velocità prossime a quella della luce, almeno non prima di qualche decennio, ma potrebbe rendere i nostri viaggi all’interno del Sistema Solare molto più rapidi.

Alcune idee basate su ciò che vorremmo conoscere

Ci occuperemo ora di dare una breve descrizione di alcune altre idee, anch’esse emerse nel corso della seconda metà di questo secolo, circa la possibilità di viaggi interstellari. Queste idee sono basate sia su conoscenze scientifiche già acquisite, sia su alcune possibilità suggerite da conoscenze attuali e da nuove teorie ancora da verificare.

  1. Viaggi attraverso i wormhole
    Sebbene la Relatività Speciale sembri proibire agli oggetti di muoversi nello spazio-tempo a velocità superiori a quella della luce, è noto che lo spazio-tempo stesso può essere curvato e distorto. Sono necessarie quantità enormi di materia e di energia per produrre tali distorsioni, le quali però, almeno teoricamente, sono possibili. Usando un’analogia: anche se esistesse un limite alla velocità con cui una matita può muoversi su di un foglio di carta, il movimento o il piegamento del foglio sarebbero comunque una questione diversa. Nel caso dei wormhole, (o stargate, nel linguaggio della fantascienza) si produce una scorciatoia curvando lo spazio (piegando la carta) per collegare due punti inizialmente separati. Queste teorie sono troppo nuove per poter essere sia confutate che dimostrate valide. Non solo, ma il concetto di wormhole fa emergere il problema del paradosso dei viaggi nel tempo.
  1. Ecco un modo per costruire un wormhole: prima di tutto, occorre una certa quantità di materia super-densa, come quella di cui sono costituite le stelle di neutroni. Ne serve una quantità tale da poter realizzare due anelli delle dimensioni dell’orbita terrestre attorno al Sole, posti in corrispondenza di ciascuna delle due estremità del wormhole che si vuole realizzare. Infine, occorre portare i due anelli ad un potenziale elettrico elevatissimo e farli ruotare entrambi a velocità prossime a quella della luce. Naturalmente, anche se teoricamente possibile, questo metodo risulta del tutto impraticabile. In ogni caso, esistono altre idee, basate sul concetto di "energia negativa", secondo le quali esisterebbero possibilità molto più abbordabili per creare e mantenere aperto un wormhole.

  2. La Warp Drive di Alcubierre
    Sebbene la Relatività Speciale sembri proibire agli oggetti di spostarsi nello spazio-tempo a velocità superiori a quella della luce, ancora non si sa quanto velocemente lo spazio-tempo stesso possa muoversi. Usando un’analogia, consideriamo un passeggero che si trovi su di un tapis-roulant all’interno di un aeroporto. La Warp Drive di Alcubierre sfrutta un principio simile a quel tapis-roulant: sebbene possa esistere un limite alla velocità alla quale il passeggero può camminare sul pavimento, cosa succede se il passeggero si trova su di una sezione mobile del pavimento (analoga ad una sezione mobile dello spazio-tempo) che si sposta più velocemente di quanto egli possa muoversi? Nel caso della Warp Drive di Alcubierre, la sezione mobile dello spazio-tempo dovrebbe essere creata espandendo lo spazio-tempo dietro alla nave, e contraendolo davanti ad essa. L’idea di espandere lo spazio-tempo non è nuova. Secondo la prospettiva adottata dal modello detto "Universo Inflazionistico", per esempio, si pensa che lo spazio-tempo si sia espanso con velocità maggiore di quella della luce, durante i primi istanti del Big Bang. Se questo fosse vero, allora lo spazio-tempo potrebbe espandersi altrettanto velocemente durante la nostra Warp Drive. Anche queste teorie, sfortunatamente, sono troppo nuove per poter essere sia confutate che dimostrate valide.

    Un sistema di propulsione di questo tipo dovrebbe essere realizzato in questo modo: per prima cosa, occorre un campo estremamente intenso di "energia negativa" avvolto a forma di anello attorno alla nave. La possibilità o meno di esistenza di questa "energia negativa" è tuttora argomento di dibattito tra i fisici: la fisica classica tende decisamente ad un "no", mentre la fisica quantistica è più incline ad un "forse sì". Secondo, è necessario un sistema per controllare il fenomeno, per poterlo attivare e disattivare a piacimento: questo è un punto piuttosto complesso, poiché l’effetto di distorsione dello spazio-tempo è separato dalla nave. Terzo, si deve presumere che l’intera distorsione si muova in effetti più velocemente della luce, e questo è finora del tutto ignoto. Quarto, anche questo concetto implica paradossi temporali analoghi a quelli legati al concetto di wormhole.

  3. Propulsione tramite massa negativa
    È stato dimostrato come sia teoricamente possibile creare un effetto propulsivo continuo tramite la giustapposizione di massa negativa e positiva, e come questo schema non violi i principi di conservazione del momento e dell’energia. Un’ipotesi cruciale per il successo di questo concetto è che la massa negativa debba possedere inerzia negativa. L’interazione combinata fra la massa positiva e quella negativa determina un’accelerazione di entrambe le masse nella stessa direzione. Questo concetto risale almeno al 1957, quando emerse nell’ambito dell’analisi condotta da Bondi sulle proprietà di un’ipotetica massa negativa, ed è stato ripreso da Winterberg e Forward negli anni ’80, nel contesto di studi su possibili mezzi di propulsione. Relativamente alla fisica della massa negativa, non è noto questa possa esistere o meno, e non è nemmeno noto se essa sia anche solo teoricamente ammissibile. Tuttavia, sono stati suggeriti metodi per rilevare prove della sua eventuale esistenza, nell’ambito della ricerca di indizi astronomici sulla presenza di wormhole naturali.
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  4. Le ipotetiche "propulsioni spaziali" di Millis
    Una "propulsione spaziale" può essere definita come una forma idealizzata di propulsione, nella quale le proprietà fondamentali della materia e dello spazio-tempo vengono sfruttate per creare forze di spinta ovunque occorrano, senza dover trasportare ed espellere massa (come si fa per le propulsioni a reazione). La possibilità di realizzare ciò rivoluzionerebbe completamente il concetto di viaggio spaziale, poiché eliminerebbe la necessità di propellente. Una varietà di ipotetiche propulsioni spaziali sono state concepite ed analizzate da Millis, allo scopo di identificare i problemi specifici che dovrebbero essere risolti per rendere plausibili tali modelli. Occorre sottolineare come questi concetti non siano altro che costrutti puramente ipotetici, finalizzati ad illustrare tutte le sfide che ci rimangono da affrontare. Prima che una qualunque delle ipotesi di Millis diventi realtà, occorre scoprire un metodo tramite il quale un veicolo possa creare e controllare un campo esterno asimmetrico di forze, agenti sul veicolo stesso, senza dover espellere propellente. Tale metodo dovrebbe inoltre soddisfare le leggi di conservazione.

    Vela Differenziale
    . Analoga al principio del radiometro ideale. Esiste una netta differenza nella pressione di radiazione tra il lato di una superficie che assorbe e quello che riflette. Si assume che lo spazio contenga una qualche forma di medium isotropo di fondo (tipo le "fluttuazioni nel vuoto" o la Radiazione Cosmica di Fondo) che costantemente interagisce con entrambi i lati della vela.

    Vela a Diodo
    . Analoga al diodo o allo specchio a senso unico. La radiazione spaziale passa in una direzione e si riflette dall’altra, creando una netta differenza nella pressione di radiazione.

    Vela ad Induzione
    . Analoga alla creazione di un gradiente (variazione nello spazio) di pressione in un fluido. La densità di energia (energia per unità di volume) della radiazione spaziale viene aumentata dietro alla vela, e diminuita davanti, al fine di creare una differenza nella pressione di radiazione attraverso la vela.

    Propulsione Diametrale
    . Questo concetto prende in considerazione la possibilità di creare localmente un gradiente su di una proprietà di base dello spazio (come ad esempio il potenziale gravitazionale), tramite la giustapposizione di sorgenti di campo diametralmente opposte attraverso il veicolo. Tale schema risulta direttamente analogo alla propulsione con massa negativa. La Propulsione Diametrale può anche essere considerata analoga alla creazione di una zona di pressione e una di depressione nel medium di fondo, così come viene suggerito tramite la Vela ad Induzione.

    Propulsione a Gradiente
    . Questo concetto racchiude la possibilità di indurre attraverso il veicolo, in qualche modo, un gradiente su di un potenziale scalare, il quale genererebbe forze di spinta. Al contrario della Propulsione Diametrale, si ipotizza che tale gradiente risulti realizzabile senza l’ausilio di coppie di sorgenti di campo. Non è ancora noto se e come tale effetto possa essere creato.

    Propulsione a Tensione
    . Questo concetto si basa sulla possibilità di alterare le proprietà dello spazio, come ad esempio la costante gravitazionale di Newton, per creare un gradiente propulsivo localizzato. Modificando la costante gravitazionale per ottenere una tensione asimmetrica localizzata, verrebbe prodotto un gradiente locale simile a quello del meccanismo della Propulsione a Gradiente.

    Propulsione a Disgiunzione
    . Questo concetto si basa sulla possibilità di separare la sorgente di un campo da ciò che reagisce al campo stesso. Separando le due entità nello spazio, il reagente andrebbe a posizionarsi in un punto dove il campo ha una variazione (gradiente), producendo quindi forze di reazione tra la sorgente ed il reagente stesso. Sebbene i dati a nostra disposizione sembrino affermare l’inseparabilità delle tre entità sorgente, reagente e massa inerziale, eventuali future prove del contrario determinerebbero implicazioni rivoluzionarie nel campo dei mezzi di propulsione.

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Parte III

Alcune nuove possibilità

Ci occuperemo ora di illustrare alcune nuove interessanti possibilità, emerse nel corso degli anni, che potrebbero in futuro costituire la base per lo sviluppo di nuove teorie scientifiche e, di conseguenza, di nuove tecnologie, tra le quali, forse, la nostra Warp Drive.

  1. Alcune novità intriganti dalla fisica
    La scienza e la tecnologia continuano ad evolvere. Solo negli ultimi anni si sono verificati nuovi ed intriganti sviluppi, ampiamente illustrati dalla letteratura scientifica. Sebbene sia troppo presto per stabilire se qualcuna di queste novità possa portare ai progressi desiderati nel campo dei sistemi di propulsione, sicuramente esse costituiscono una importante collezione di indizi del tutto inesistente sino a pochi anni orsono. Ecco una fotografia di alcune di questi elementi innovativi, aggiunti al nostro bagaglio di conoscenze durante l’ultimo decennio:

    1988; Morris e Thorne: Teorie e valutazioni sull’uso di wormhole per viaggi a velocità superiori a quella della luce.

    1988; Herbert: Pubblicazione che mette in evidenza quegli spiragli nella fisica che suggeriscono la possibilità del superamento della velocità della luce.

    1989; Puthoff: Teoria che estende il lavoro di Sakharov del 1968, per suggerire come la gravità possa essere un effetto conseguente alle fluttuazioni elettromagnetiche di punto zero nel vuoto.

    1992; Podkletnov e Nieminen: Relazione su esperimenti con superconduttori, che evidenziano risultati anomali – Prova di un possibile effetto di schermatura della forza gravitazionale.

    1994; Haisch, Rueda e Puthoff: Teoria che suggerisce come l’inerzia possa essere vista come effetto conseguente alle fluttuazioni elettromagnetiche di punto zero del vuoto.

    1994; Alcubierre: Teoria relativa ad un modello di "warp drive" consistente con la Relatività Generale.

    1996; Eberlein: Teoria che suggerisce come l’effetto di sonoluminescenza osservabile in laboratorio possa essere spiegato tramite l’estrazione di fotoni virtuali dalle fluttuazioni elettromagnetiche di punto zero.

  2. Alcune ricerche preliminari nel campo della propulsione
    Di seguito forniremo alcune brevi note circa alcune idee emergenti, correlate in qualche modo con l’obbiettivo della realizzazione pratica di viaggi interstellari: esse riguardano il controllo delle forze gravitazionali o inerziali, gli spostamenti a velocità superiori a quella della luce, e l’utilizzo dell’energia naturale presente nel vuoto. Sebbene la fisica non sia progredita fino al punto in cui le "propulsioni spaziali" o le "propulsioni a curvatura" possano passare allo stadio di ingegnerizzazione, alcuni ricercatori, nell’ambito della comunità aerospaziale ma anche altrove, sembrano tenere costantemente in considerazione questi ed altri nuovi indizi emergenti. La maggior parte del lavoro svolto in questo campo è stato alimentato esclusivamente dall’entusiasmo, dal talento e dall’immaginazione di questi ricercatori. Solo occasionalmente è stato fornito un supporto anche dalle organizzazioni alle quali essi appartengono.

    Indagini e convegni


    1972; Mead. Jr.: Identificazione ed accertamenti relativi a concetti avanzati di propulsione.

    1982; Garrison, et al.: Accertamenti relativi a propulsioni con prestazioni ultra elevate.

    1986; Forward: Accertamenti sulla fattibilità tecnologica dei viaggi interstellari.

    1990; Centro Ricerche NASA di Lewis: Simposio "Vision-21: Space Travel for the Next Millennium".

    1990; British Aerospace Co.: Convegno per rivisitare la teoria e le implicazioni del controllo della gravità.

    1990; Cravens: Accertamenti relativi a teorie alternative sull’elettromagnetismo e la gravità a scopi propulsivi.

    1991; Forward: Accertamenti relativi a concetti avanzati di propulsione.

    1994; Bennet, et al.: Convegno NASA sulla teoria e le implicazioni dei viaggi a velocità superiori a quella della luce.

    1994; Belbruno: Conferenza "Practical Robotic Interstellar Flight: Are We Ready?".

    1995; Hujsak & Hujsak: Fondazione della "Interstellar Propulsion Society".

    Teorie

    1984; Forward: Progetto concettuale di una "batteria a fluttuazioni del vuoto" per estrarre energia dalle fluttuazioni elettromagnetiche del vuoto, basata sull'effetto Casimir (predetto nel 1948 e dimostrato sperimentalmente da Sparnaay nel 1958).

    1988; Forward: Ulteriori accertamenti sulla teoria formulata nel 1957 da Bondi riguardante l'ipotesi di massa negativa e le relative implicazioni a scopo propulsivo.

    1989; Winterberg: Ulteriori accertamenti sulla teoria di Bondi sulla massa negativa.

    1994; Cramer, et al.: Identificazione delle caratteristiche dei wormhole naturali con ingressi a massa negativa, che potrebbero essere rilevabili utilizzando gli attuali mezzi di osservazione astronomica.

    1996; Millis: Identificazione dei restanti sviluppi teorici richiesti per rendere possibile le "propulsioni spaziali", e presentazione di sette diversi ipotetici concetti di "propulsione spaziale".

    Esperimenti


    1991; Talley: Test relativi all'effetto "Biefeld-Brown" - risultati negativi.

    1995; Millis & Williamson: Test relativi al presunto effetto di accoppiamento gravità - elettromagnetismo dichiarato da Hooper - risultati negativi.

    1995; Schlicher: Prove sperimentali relative ad una possibilità di spinta ottenuta dai "Campi Asimmetrici di Induzione Magnetica" - risultati non confermati.

    1996; Forward: Proposte di esperimenti per la verifica delle teorie relative alle fluttuazioni del vuoto, e di altre teorie riguardanti la modificazione della massa.

  3. Relatività Generale: le teorie della Grande Unificazione
    Le forze presenti nel nostro Universo, cioè quelle entità che producono trasformazioni, interazioni e mutamenti, rientrano tutte in quattro grandi categorie, quattro forze fondamentali: la forza di gravità, la forza elettromagnetica, la forza nucleare debole e la forza nucleare forte. Da molti anni, uno dei problemi principali di molti ricercatori consiste nella formulazione di un'unica Grande Teoria Unificata che assommi le quattro forze in un'unica entità fondamentale, all'interno di un unico modello che da solo descriva tutti i fenomeni dell'Universo.
    La Relatività Generale spiega come gravità ed elettromagnetismo siano connessi. Nel formalismo della teoria questo accoppiamento è descritto in termini di come la massa curva lo spazio-tempo, rispetto a quale campo elettromagnetico viene misurato. Per semplificare, la conseguenza di ciò è che la gravità appare deviare e spostare verso il rosso la luce, nonché rallentare il tempo. Tali osservazioni ed il formalismo relativistico che le descrive sono stati verificati sperimentalmente. Sebbene gli effetti della gravità sull'elettromagnetismo e sullo spazio-tempo siano stati dimostrati, la possibilità inversa, ossia l'uso dell'elettromagnetismo per influenzare la gravità, l'inerzia o lo spazio-tempo, è tuttora nel campo dell'ignoto.
    L'approccio più diffuso per ottenere una migliore comprensione delle connessioni tra le quattro forze fondamentali consiste nell'utilizzo di collisioni tra particelle altamente energetiche. Ad esempio, i ricercatori hanno messo in evidenza lo stretto legame fra la forza nucleare debole e quella elettromagnetica, utilizzando proprio collisioni tra particelle subatomiche, scoprendo in tal modo la cosiddetta forza elettrodebole. Aumentando l'energia delle collisioni, si è poi individuato il legame tra questa nuova forza e la forza nucleare forte. Così, di questo passo, aumentando ancora di più l'energia, forse potremo comprendere anche la forza di gravità. Sfortunatamente, l'energia di collisione richiesta in questo caso è attualmente al di fuori della nostra capacità tecnologica.

  4. Fisica Quantistica: le Fluttuazioni del Vuoto e l'effetto Casimir
    Energia di Punto Zero (ZPE), o energia delle fluttuazioni del vuoto, sono termini usati per descrivere le oscillazioni elettromagnetiche casuali che rimangono nel vuoto, una volta rimosse tutte le altre forme di energia. Se si rimuove tutta l'energia da uno spazio, cioè tutta la materia, tutto il calore, tutta la luce, e così via, si ha che comunque, alla fine, sussiste ancora una certa energia residua, impossibile da eliminare. Un modo per spiegare questo fenomeno proviene dal Principio di Indeterminazione della fisica quantistica, che implica l'impossibilità di avere uno stato ad energia zero.
    Per le onde luminose nello spazio vale lo stesso principio. Per ogni possibile colore della luce (frequenza dell'onda elettromagnetica), incluse tutte quelle che non riusciamo a vedere (onde radio, microonde, infrarossi, ultravioletti, raggi X, raggi g ), esiste una certo livello residuo di "non-zero". Sommando tutte le energie residue per tutte le possibili frequenze, ciò che si ottiene è una quantità totale gigantesca, nel campo tra 1036 e 1070 Joule per ogni metro cubo di spazio, cioè "un numero con 46 zeri" di volte il consumo energetico dell'Italia in un miliardo di anni, in un solo metro cubo! In termini semplicistici, è stato affermato che c'è abbastanza energia nel volume di una tazzina da caffè per evaporare tutti gli oceani della terra. Per un certo periodo molti fisici hanno ritenuto questo concetto troppo duro da digerire. Oggi, l'idea di energia di punto zero è largamente accettata.
    Esistono prove che dimostrano l'esistenza della ZPE. Prevista per la prima volta nel 1948, essa è stata connessa con numerose osservazioni sperimentali. Gli esempi includono l'effetto Casimir, le forze di Van Der Waal, lo spostamento di Lamb-Retherford, le spiegazioni dello spettro della radiazione di corpo nero di Planck, la stabilità dello stato finale dell'atomo di idrogeno dopo collassi radiativi, e l'effetto inibitorio o incrementale delle cavità nei confronti dell'emissione spontanea degli atomi eccitati.
    La cosa che può stupire è come una quantità così grande di energia sia così difficile da notare. Ciò dipende dal fatto che essa è essenzialmente il nostro punto di riferimento, il nostro "zero". Per fare un esempio, immaginiamo di vivere su di un largo altipiano a 1000 metri di quota, così largo da impedire di renderci conto dell'altitudine alla quale ci troviamo. Dal nostro punto di vista, il suolo sta ad altitudine zero. Finché non si raggiungono i confini di questo altipiano, non si corre il rischio di precipitare giù, e non si può capire che il nostro zero sta in realtà a 1000 metri.

    L'Effetto Casimir
    . La prova più diretta dell'esistenza della ZPE è l'effetto Casimir. Prendendo due lamine metalliche e mettendole abbastanza vicine, nel vuoto, la ZPE le spingerebbe l'una contro l'altra. Ciò avviene perché tutte le onde elettromagnetiche con lunghezza d'onda troppo ampia per stare tra le due lamine vengono bloccate. Quindi, avendo più radiazione, quindi più pressione di radiazione, all'esterno delle lamine che non nello spazio fra le due, le due lamine saranno avvicinate dalla differenza di spinta. L'effetto è stato dimostrato sperimentalmente.

    La ZPE può essere sfruttata? La cosa è molto dubbia, ed inoltre sono ignoti gli effetti secondari di un suo eventuale sfruttamento. Occorre ricordare che la ZPE è il nostro livello energetico più basso: per poterlo sfruttare, sarebbe presumibilmente necessario porsi ad un livello ancora più basso. Metodi teorici sono stati suggeriti per utilizzare l'effetto Casimir come fonte di energia (sfruttando la spinta sulle due superfici), poiché lo spazio all'interno della cavità di Casimir (tra le lamine) può essere interpretato come zona ad energia più bassa della ZPE. Tali concetti sono però ancora semplici esercizi teorici.
    Relativamente alle implicazioni della ZPE in campo propulsivo, ci sono teorie sviluppate da Haisch, Rueda e Puthoff secondo le quali la ZPE sarebbe la causa dell'inerzia e della gravità. Queste teorie della gravitazione sono tuttora in fase di discussione. Anche se fossero corrette, nella loro forma attuale non fornirebbero un mezzo per utilizzare le onde elettromagnetiche per indurre forze propulsive. Millis ha inoltre suggerito che qualunque interazione asimmetrica con la ZPE può produrre propulsione.

  5. Il convegno del 1994 sui viaggi a velocità superiori a quella della luce
    Nel maggio del 1994 Gary Bennett del NASA Headquarters (ora in pensione), riunì un convegno per esaminare le nuove teorie emergenti della fisica, e tutti gli argomenti correlati con i viaggi a velocità superiore a quella della luce. Il convegno fu eufemisticamente intitolato "Advanced Quantum/Relativity Theory Propulsion Workshop", ovvero "Convegno sulle teorie quanto-relativistiche avanzate della propulsione", e fu tenuto al prestigioso NASA Jet Propulsion Lab. Il convegno esaminò le teorie dei wormhole e dei tachioni, l'effetto Casimir, i paradossi quantici, e la fisica dell'universo multidimensionale. I partecipanti giunsero alla conclusione che esistono abbastanza vie inesplorate da suggerire e stimolare ricerche future, nonostante i viaggi a velocità superiori a quella della luce siano ancora oltre le possibilità della scienza, almeno di quella "ufficiale". Alcune di queste vie includono la ricerca di prove astronomiche dell'esistenza dei wormhole e dei wormhole con ingressi a massa negativa (ricerca attualmente in corso), verifiche sperimentali sull'eventualità che la velocità della luce possa essere superiore entro una cavità di Casimir, e verifiche sul fatto che dati recenti, i quali paiono mostrare come il neutrino abbia massa immaginaria, possano essere credibilmente interpretati come prova di proprietà tachioniche, dove con tachione si intende una categoria ipotetica di particelle con velocità superiori a quella della luce.

  6. I tachioni
    Con il termine tachioni si indica una particolare classe di ipotetiche particelle con velocità superiori a quella della luce. Queste entità esistono per ora unicamente entro alcuni modelli teorici, peraltro ancora in discussione, e non ci sono a tutt'oggi significative evidenze sperimentali circa la loro effettiva esistenza. La Teoria della Relatività è un modello molto complesso che ci spiega perché l'universo ci appaia in un certo modo. Essa si pone in un'ottica, appunto, "relativa", cioè si mette dalla parte di un generico osservatore ed illustra le ragioni per le quali quest'ultimo esperisce determinati fenomeni (le dimensioni che appaiono rimpicciolirsi, la massa che appare aumentare, il tempo che appare rallentare, al crescere della velocità "relativa" dell'oggetto osservato). Una delle proprietà dell'universo che emergono da questo modello è, appunto, il limite costituito dalla velocità della luce: possiamo solo avvicinarla, ma mai raggiungerla. In realtà la teoria non mette nessun limite "oltre", cioè, apparentemente, non esiste alcun divieto circa l'esistenza di oggetti con velocità sì diverse da quella della luce, ma superiori ad essa. Tali entità sembrano poter essere ammissibili ma, a causa della loro velocità, superiore a quella massima per lo scambio di "informazioni" fra gli oggetti, non possono essere direttamente percepibili.

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Parte IV

Warp Drive e UFO

Nei precedenti articoli abbiamo esplorato numerose opportunità offerte dalla fisica moderna, relative alla realizzabilità, anche solo teorica, della Warp Drive. La sintesi di tutto, in definitiva, può essere espressa dal seguente aforisma: poco, nelle attuali conoscenze scientifiche, sostiene la fattibilità delle propulsioni spaziali, ma nulla ne nega la possibilità futura. Da quello che ci è noto, l'universo, per ora, sembra essere stato "progettato" senza alcun divieto sia per i viaggi a velocità superiori a quella della luce, sia per quelli nel tempo.
Come rientra l'ufologia in tutto questo? Chiunque affronti l'argomento UFO in modo serio e rigoroso sa benissimo che un incontro ravvicinato (IR, in gergo), a priori, può avere numerose spiegazioni. Si può trattare di un fenomeno raro, di origine naturale od umana, o anche più comune, ma osservato nell'ambito di un contesto atipico oppure anomalo. Si può trattare di un fenomeno allucinatorio, o comunque spiegabile tramite disturbi e patologie della mente. Si può anche semplicemente trattare di un inganno, più o meno ben architettato, motivato dalle ragioni più disparate. Ma può anche trattarsi di un fenomeno provocato da tecnologie estremamente avanzate, di origine umana oppure aliena: in definitiva, progetti top secret, oppure manifestazioni di presenze extraterrestri.
Il fenomeno UFO coinvolge tutto il pianeta, e le casistiche IR sono incredibilmente ricche e vaste. Una grossa fetta dei fenomeni segnalati è spiegabile in modo rassicurante, attraverso fenomeni umani, naturali o psicologici, oppure si tratta di inganni o scherzi. Ma una parte, e non piccola, non riesce a trovare spiegazioni "tradizionali" che reggano.

Proviamo allora a fare congetture. Supponiamo che le ipotesi presentate nei precedenti articoli siano vere, in particolare supponiamo che:

  1. La gravità sia unificabile alle altre forze, nell'ambito di un unico modello universale.

  2. La gravità e l'inerzia siano manipolabili attraverso campi elettromagnetici.

  3. Massa ed energia negative esistano, oppure siano una "interpretazione fisica" di qualche modello di teoria a noi ignoto, e soprattutto siano in qualche modo controllabili.

  4. Il tessuto dello spazio-tempo possa essere alterato attraverso campi rotanti di energia negativa, in modo da permettere spostamenti a velocità super-relativistiche.

  5. Esista una qualche fonte di energia estremamente abbondante e compatta.

Un aspetto interessante dei casi IR considerati "inspiegabili" è come essi siano caratterizzati da elementi ricorrenti, da dettagli comuni che si ripetono in modo pressoché identico. In particolare, gli oggetti segnalati sembrano tutti possedere le seguenti caratteristiche:

  1. Sono caratterizzati da emanazioni energetiche di natura non identificabile, che circondano o rivestono la struttura, o che sono localizzate in punti particolari della superficie esterna.

  2. Si muovono sfuggendo ad ogni vincolo aerodinamico, e sono soggetti ad accelerazioni elevatissime, insopportabili per ogni organismo biologico e per ogni tipo di materiale conosciuto.

  3. Sono caratterizzati da intense emanazioni di campi elettromagnetici, soprattutto nella regione delle microonde, che provocano fenomeni di ionizzazione dell'atmosfera e di alterazione della flora e dei terreni.

  4. Sono associati a fenomeni di alterazione della gravità e del tempo.

In sostanza, questi fenomeni IR risultano spiegabili ammettendo l'esistenza di una qualche tecnologia in grado di manipolare la gravità, l'inerzia, lo spazio ed il tempo. Come abbiamo visto, la possibilità del raggiungimento di una tale tecnologia è ben più che semplice fantascienza.
Casistiche IR alla mano, prese tutte le precauzioni e tutta la cautela necessarie, sembra comunque che qualcuno ne sappia molto di più sull'universo, rispetto a quanto noi ne possiamo sapere attraverso la nostra scienza ufficiale. Se questo qualcuno provenga da questo mondo, o da altrove, è un'altra questione. Ma i tempi sembrano maturi per poter venire a conoscenza di ciò che finora è rimasto nascosto.

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