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«Spazio, ultima frontiera. Questi
sono i viaggi della nave stellare Enterprise. La sua missione è
quella di esplorare strani nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme
di vita e di nuove civiltà, per arrivare là dove nessuno è mai
giunto prima».
Alla fine degli anni Sessanta
l'uomo, varcati i confini della Terra, comincia a guardare con
speranza e curiosità allo spazio e alle stelle. Ma in quest'epoca
di pionieri dell'astronautica esiste già una nave spaziale che
viaggia alle frontiere dell'Universo, almeno con la fantasia. Le
sue avventure sono ambientate tra l'anno 2200 e la fine del 2300 e
sono impersonate dalla ipertecnologica astronave Enterprise e dal
suo equipaggio. In questa saga, intitolata Star Trek, fisica,
astronomia, astronautica, esobiologia (la scienza che studia la
possibile esistenza di organismi viventi nei corpi extraterrestri),
sono un tutt'uno con la fantasia, e dal suo "concentrato" risultano
trovate che meravigliano anche gli scienziati e continuano
tutt'oggi a suscitarne l'interesse.
L'episodio pilota di questa
fantasiosa serie televisiva che, seppure un po' approssimativa, ci
ha insegnato a guardare con ottimismo al progresso e alla
tecnologia, viene girato quarant'anni fa, poi, nel 1979, la
medesima serie approda sul grande schermo.
Con il passare degli anni saranno
diversi i vascelli che si alterneranno nell'infinito spazio
interstellare, ma la missione rimarrà sempre la stessa: esplorare
il Cosmo. Quella di Star Trek, è bene notarlo, è una fantascienza
etica, intelligente e stimolante, nel senso che si basa sui
principi della tolleranza, della solidarietà e del rispetto degli
altri. Sono banditi i dogmi rigidi e incrollabili e domina la
curiosità verso tutto ciò che è nuovo e ignoto. Il nemico, inoltre,
non è il cattivo da abbattere a tutti i costi, ma un avversario da
conoscere, con il quale occorre cercare un dialogo costruttivo.
Altra caratteristica della saga è che le donne rivestono sempre
incarichi di altissimo livello.
Ma il grande merito di Star Trek sta
nell'aver avvicinato tanti giovani e, spesso, anche adulti, alle
scienze in genere e allo studio dell'Universo, oltre, come detto,
ad essere apprezzata da astronauti e scienziati della più varie
discipline: non a caso, in un episodio il celebre astrofisico
Stephen Hawking ha vestito i panni di se stesso in una sfida a
poker con Newton e Einstein sul ponte ologrammi (il "simulatore
olografico ambientale" che permette di interagire con qualsiasi
realtà virtuale). Lo stesso Hawking ha scritto che: «... la
fantascienza di Star Trek non è solo un divertimento, ma assolve
anche a uno scopo serio, quello di espandere l'immaginazione
umana... la fantascienza di oggi è spesso la scienza di domani...
la fisica di Star Trek merita certamente di essere investigata.
Limitare la nostra attenzione a questioni terrestri equivarrebbe a
fissare dei confini allo spirito umano».
È forse per questo che oggi ci
chiediamo le possibilità di un motore ad antimateria, chi ha
inventato il telefono cellulare, chi ha parlato per la prima volta
di viaggi nell'iperspazio a velocità superiori a quella della luce,
sfidando le regole che Einstein aveva illustrato nei suoi lavori
sulla Teoria della Relatività Ristretta? Beh, se pensiamo che
l'Enterprise è sinonimo di ponte ologrammi, di turboascensori, di
gravità artificiale, di siluri fotonici, di scudi deflettori, di
smorzatori inerziali, di velocità curvatura, di
teletrasporto...
Antimateria nel motore. La
grande sfida che attende il futuro tecnologico dei viaggi nello
spazio, oltre a quella ancora insoluta di garantire ai futuri
navigatori una gravità artificiale, necessaria a preservare il
fisico umano dai danni che l'assenza di peso provoca su di esso, è
quella della propulsione delle astronavi. Con le tecnologie attuali
ci vorrebbero 80mila anni per raggiungere Proxima Centauri, la
stella più vicina al Sole, distante 8,6 anni-luce. La missione
della sonda Cassini-Huygens, con destinazione il pianeta Saturno e
il suo satellite Titano, ha richiesto ben sette anni, dal 1997 al
2005, e anche il viaggio delle sonde americane Spirit e Opportunity
verso Marte è sembrato un'impresa "titanica" dato il lungo tempo
occorso per arrivarvi.
Ebbene, nella saga Star Trek,
l'astronave Enterprise è dotata di una duplice forma di
propulsione: la prima ad impulso, utilizzata per le manovre e le
corte distanze, che si basa su principi di reazione a fusione
termonucleare sui quali la scienza moderna sta già lavorando. La
seconda è quella che consente alla nave di superare di parecchie
volte la velocità della luce, percorrendo così distanze siderali in
pochissimo tempo.
L'unico fenomeno in grado di
sviluppare un'energia di questo genere è lo "scontro" di materia e
antimateria, che, attraverso il processo di annichilazione (ossia
l'annullamento reciproco) può liberare più energia per grammo di
ogni altra reazione fisica: a parità di massa, 1.500 volte più di
quella sviluppata nella fissione nucleare e 250 volte più che nella
fusione nucleare. L'antimateria, in sostanza, è l'immagine
speculare degli atomi di materia di cui siamo fatti e di cui è
fatto tutto l'Universo: identica, ma opposta nelle proprietà, tanto
appunto da provocare, in virtù dello scontro, un'esplosione di
energia. Ma è anche un po' la "Primula Rossa" della cosmologia
moderna, un grande enigma: che ci sia ciascun lo dice (di antiatomi
di idrogeno i laboratori e gli acceleratori di Fisica Nucleare ne
hanno prodotti a migliaia), dove sia (nell'Universo) nessun lo sa.
Si pensa che, in qualche angolo remoto del cosmo, dalle ceneri del
Big Bang (istante in cui si ipotizza che le due proprietà fossero
in quantità uguali) sia sopravvissuta anche dell'antimateria, poi
aggregatasi in stelle e galassie, ma è tutto da provare. Con gli
strumenti al momento disponibili, non riusciamo a distinguere un
astro fatto di materia da uno di antimateria.
Come funziona lo "scontro" in
questione? In breve, e molto schematicamente, dall'annichilimento
di protoni e antiprotoni si ottengono particelle chiamate neutrini,
muoni e pioni, che decadono in radiazioni gamma. I primi, avendo
carica neutra, sono inutilizzabili. Muoni e pioni, invece, hanno
una carica, e sono perciò influenzati dai campi magnetici; possono
quindi essere indirizzati, consentendo di spostare un'astronave
secondo il principio fisico di azione-reazione.
Se si riuscisse a costruire un
motore di questo tipo, come quello, cioè, che fa viaggiare
l'Enterprise in Star Trek, e si disponesse di un quantitativo
sufficiente di antimateria, l'astronave che ne fosse dotata
potrebbe raggiungere una velocità fino a 180.000 km/secondo, il 60
per cento di quella della luce. Purtroppo gli ostacoli, nonostante
le ricerche in atto, sono ancora insormontabili, per i costi
spaventosi di produzione anche di un solo grammo di antimateria.
Quanto? Cinquanta milioni di miliardi di euro. E basterebbe appena
a far percorrere ad un'auto 100mila chilometri. Poi, anche non
considerando la brevissima vita di un antiatomo (qualche decina di
miliardesimo di secondo), c'è la difficoltà di costruire un
"serbatoio" capace di contenere l'antimateria. Infine, il grande
problema per gli astronauti sarebbe costituito dalla tremenda
accelerazione che verrebbe a prodursi e che li ucciderebbe
all'istante.
Il teletrasporto. Fra i
dispositivi più interessanti e sbalorditivi a bordo dell'Enterprise
c'è il teletrasporto, un sistema in grado di scomporre le molecole
di un oggetto o di un individuo, trasmetterle a distanza e
ricomporle sul luogo di destinazione. Se ancora siamo lontani dal
poter analizzare e inviare l'enorme quantità di dati che
costituiscono l'essere umano, cominciano ad esserci i primi
risultati a livello di particelle subatomiche.
Il fenomeno, basato sulla meccanica
quantistica, era ben noto ad Einstein che lo definì «un'inquietante
interazione a distanza». E, fra tutte le "diavolerie" di Star Trek,
è stato proprio il teletrasporto a comparire sul palcoscenico del
mondo reale. Anche se non esiste ancora alcuna possibilità di
levarsi di torno dal presente per comparire in qualche era del
passato. Come nel bel libro di Michael Crichton, Timeline, dove un
gruppo di archeologi ritorna nella Francia del 1357, in piena
Guerra dei Cent'Anni, e "rivede" le vestigia della città medievale
ai cui resti sta lavorando nel presente; o come quando in Star Trek
membri dell'equipaggio si "faxano" in mondi di altre galassie.
Niente di tutto ciò. Per ora al
teletrasporto scientifico, nei laboratori di Fisica Nucleare, si
lavora sulle particelle elementari, e ad esser trasferita non è la
materia che compone l'oggetto o la sua energia, bensì la sua
informazione, ossia tutte le proprietà delle particelle che lo
compongono. Per ora gruppi di scienziati sono riusciti a trasferire
quantità di informazioni in atomi, inizialmente da qualche
millimetro e poi fino a qualche metro; pochi mesi fa è stato
battuto un vero record in proposito nei laboratori dell'Università
di Ginevra, dove due fotoni (particelle elementari della luce) sono
stati trasportati a una distanza di due chilometri.
Naturalmente il teletrasporto reale
è ben diverso da quello fantascientifico di Spock, il vulcaniano
personaggio di Enterprise. La possibilità di spostare a distanza
grandi oggetti o persone rimane ancora un sogno lontano. Anche
perché non va sottovalutato un piccolo "dettaglio": negli
esperimenti attuali, l'originale, la particella da trasferire,
viene distrutto; non si tratta di fare un semplice fax, in quanto
un fax produce una copia che è facile distinguere dall'originale,
mentre un oggetto teletrasportato è indistinguibile anche in linea
di principio.
Insomma, ancora per un pezzo non
potremo viaggiare nel passato. Ma se fosse possibile, quali
sarebbero le applicazioni dello straordinario fenomeno? Di una
portata colossale per la circolazione ultraveloce delle
informazioni. È il motivo per cui se ne parla spesso nella scienza
a proposito dei computer quantici, ossia di quelle macchine in cui
le informazioni non si trasferirebbero a livello di bit, secondo un
codice binario fatto di 0 e 1, in modo seriale, ma a livello di
qbit (quantumbit), ovvero a livello atomico, secondo un codice che
impiega contemporaneamente tutti i 32 stati quantici
dell'elettrone, operando in parallelo, come il nostro cervello. La
potenza di calcolo sarebbe inimmaginabile, con applicazioni nelle
più varie tecnologie, nella sicurezza, nella crittografia.
Più veloci della luce. Per
raggiungere in tempi ragionevoli le distanze di migliaia di anni
luce che ci separano dalle galassie e dai sistemi interplanetari,
l'Enterprise deve violare necessariamente le leggi della fisica
come noi le conosciamo, e soprattutto il limite assoluto di
velocità imposto dalle teorie di Einstein: la velocità della luce
(300.000 km/secondo). Una barriera che forse potrà essere superata
da qualche futura scoperta nel campo della fisica quantistica, ma
per oggi irraggiungibile.
Nel 1994, su una prestigiosa rivista
scientifica che pubblicava articoli sulle teorie della
gravitazione, compariva uno studio di un giovane ricercatore
messicano, Miguel Alcubierre, allora al dipartimento di Fisica
dell'Università del Galles, il cui titolo era, traducendo
dall'inglese: "Velocità curvatura: viaggi iperveloci in relatività
generale". Una chiara e seria sintesi sull'argomento della
possibilità (concettuale) di superare la velocità della luce nel
contesto della teoria einsteiniana. Si introduceva in essa il
termine warp drive, usato anche nei film di Star Trek per
descrivere la possibilità delle astronavi nei loro viaggi
siderali.
«Timoniere, curvatura 1, attivare!»,
ordina il Comandante in uno di film della saga. Gene Rodenberry,
che di essa è l'ideatore, quando stava sviluppando Star Trek, The
Next Generation, decise di ricalibrare la velocità curvatura. Nelle
serie originarie, la nave viaggiava a warp 4-5-6 (warp 1 è la
velocità della luce). L'autore considerava la velocità curvatura
una scala geometrica, e in seguito fu definita appunto una scala,
in cui warp 1 era ancora la velocità della luce, ma w 2 era 4-5
volte la stessa; w 3, 13-14 volte la stessa. La scala saliva
esponenzialmente. È chiaro che, una volta superato il limite della
velocità della luce, sono immense le possibilità che si aprono per
chi deve percorrere in breve tempo le distanze dell'Universo.
Ricercatori e fisici stanno cercando
di fornire dei modelli concettuali per spiegare i viaggi
dell'astronave Enterprise, che nei suoi spostamenti deforma lo
spazio-tempo davanti e dietro di sé. Il concetto warp drive è in
parte scientifico, nel senso che origina dalla Relatività di
Einstein, secondo la quale un corpo deforma la dimensione dello
spazio-tempo, che non è piatto ma curvo, così come un pallone
deforma un telo su cui è posto. Ebbene, il modello ipotizzato da
Alcubierre parte dalla creazione di una metrica capace di
"accorciare" la distanza tra punto di partenza e di arrivo e
funziona pressappoco così: lo spazio-tempo viene espanso dietro
l'astronave e contratto davanti ad essa, in modo tale che sarà lo
spazio-tempo stesso a "spingere" l'astronave verso la destinazione,
come una tavola da surf viene trasportata da un'onda. Così si
ridurrebbe la distanza dal punto che si vuole raggiungere. Peccato
che i problemi di ordine tecnico e pratico oggi sono, per varie
ragioni, insormontabili.
Due dei fenomeni più affascinanti
che le astronavi di Star Trek sfruttano per spostarsi da un punto
all'altro della galassia sono il worm-hole, una specie di cunicolo
spaziale, peraltro previsto dalla Teoria di Einstein (anche se
ancora mai provato), detto anche scorciatoia spazio-temporale, e il
"buco nero", entità fisica costituita da stelle "morte" con una
densità tanto elevata che neanche la luce riesce ad uscirvi: luoghi
dove il tempo finisce per chi vi cade dentro e che si ipotizza
possano essere una comunicazione con un altro Universo. Si tratta
in entrambi i fenomeni di astruse realtà matematiche, una specie di
collegamento tra regioni dell'Universo distanti milioni di anni
luce, dove un'astronave potrebbe entrare per viaggiare in pochi
minuti da una galassia all'altra.
Scenari. A parte il fatto che
noi non sappiamo concretizzare gli scenari di Star Trek, poiché
saranno necessarie altre scoperte scientifiche (oppure perché del
tutto fuori della portata di noi esseri umani), bisogna riconoscere
lo sforzo degli scrittori di fantascienza e degli sceneggiatori
della serie che, con abilità e competenza, hanno trasformato
espedienti teorici in qualche modo aderenti alla realtà
fisico-matematica in espedienti fantasiosi, divertendo gli
appassionati di fantascienza e meravigliando non poco un nutrito
numero di scienziati. È stato un bellissimo e meritorio
risultato. |
