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Tutti sappiamo, o abbiamo sentito almeno una volta (forse), che non si può viaggiare nello spazio a velocità maggiori di quella della luce.
l motivo di tale limite è imposto dalla famosa equazione di Einstein ”E=mc2 “, dove ci viene detto che a velocità prossime a quelle della luce tutta la massa viene trasformata in energia e quindi "svanisce nel nulla"( come se pijassi foco e te disintegrassi per quanto vai veloce), o comunque se volessimo raggiungerla dovremmo utilizzare energia praticamente infinita (se provassi a fare un calcolo simpatico fidati funzionerebbe). Senza contare che torneresti addirittura indietro nel tempo, ma meglio non entrare nel dettaglio per questo (tra un po' non lo capisco manco io).
La luce piotta 'na cifra. Fun fact: la luce del sole ci mette 8 minuti a raggiungere la terra.
Eppure nella fantascienza viene ignorato totalmente questo concetto ed è possibile viaggiare a velocità assurde per spostarsi rapidamente da una parte all’altra della galassia.Sono sicuro che ad alcuni di voi sia venuto in mente l'iperspazio presente in Star Wars (*Imperial March intensifies*). Ma come funziona effettivamente un iperspazio?
Teoricamente per iperspazio si intende qualsiasi spazio avente un numero di dimensioni superiore alle 3 che osserviamo nella nostra realtà (lunghezza, larghezza e altezza). Lo stesso spazio-tempo della relatività di Einstein è un iperspazio; con il tempo come quarta dimensione. Comunemente quest’ultimo viene rappresentato come un grande “telo” diviso in quadrati nel quale si trovano le varie masse (i così detti “sassi che fluttuano nello spazio”).
(si ho voluto usare Finn di adventure time quando ha creato un oggetto in 4 dimensioni)
Nella fantascienza esso diventa uno spazio dove le leggi della fisica si cancellano, permettendo di aggirare il limite della velocità luce. In questi casi parliamo di velocità superluminale (o ultraluce): una velocità che permette di propagare informazioni (masse) a velocità maggiori di c (velocità della luce nell'eq uazione E=mc2) nel vuoto.
Dal punto di vista reale è ovvio che è un fenomeno impossibile visto che è presente la teoria della relatività; ma se considerassimo vere le leggi newtoniane (le leggi della dinamica) e galileiane (relatività galileiana), in teoria non applicabili a scale come quelle dell’universo, non avremmo questo problema: un corpo potrebbe continuare ad accelerare all’infinito superando un’onda luminosa senza alcun tipo di ostacolo. Ed è proprio perché fino al secolo scorso si davano per scontati questi due pilastri su cui si basa tutta la fisica classica, che il limite della velocità luce è un concetto relativamente nuovo, portato dal rivoluzionario Einstein.
È possibile ovviamente trovare alcuni metodi per poter raggiungere tali velocità (anche se non proprio applicabili).
Famoso (bhe oddio forse di ‘sti tempi manco tanto) è il motore a curvatura usato in Star Trek. Il barbatrucco avviene diminuendo lo spazio totale che la navicella deve percorrere, attraverso un meccanismo che permette di modificare lo spazio tempo (mo spiego abbiate fiducia).
Abbiamo detto che lo spazio tempo è come un grande panno su cui si appoggiano sopra i pianeti. La presenza di queste masse ne determineranno una curvatura. Il motore sfrutta questo principio per curvare lo spazio intorno la navicella, restringendolo davanti ed espandendolo dietro, dando una propulsione che porta a velocità multiple di c. Immaginate di prendere un foglio e disegnarci due punti agli estremi opposti: questo è il vostro normale spazio tempo e voi dovete andare da un punto all’altro. Normalmente andreste dritti percorrendo tutta la lunghezza del foglio; ma se invece lo piegaste in modo da avvicinare i punti, le distanze si accorcerebbero notevolmente. Più o meno questi motori funzionano così; tuttavia occorrono energie enormi per svolgere questi processi, ottenute in Star Trek grazie all’antimateria (questo discorso lo teniamo per il prossimo articolo). Questa necessità deriva dalla natura stessa della teoria relativista nella quale massa e energia sono due facce della stessa medaglia, per cui dato che non si può costruire una navicella di dimensioni abnormi per curvare così significativamente lo spazio tempo, viene sfruttata l’energia, portando allo stesso risultato finale.
Famosi sono anche i wormhole, ossia due regioni collegate tramite un tunnel (come il buco lasciato da un verme su due superfici opposte di una mela). Il bello è che teoricamente la relatività generale accetta un tale fenomeno anche se per ora non l'abbiamo mai trovato; un po' come era stato all’inizio per i buchi neri che si credeva fossero un risultato strano delle equazioni della relatività.
Si può arrivare al concetto di wormehole anche tramite un altro esempio. Considerando una collina, per arrivare dalla valle all’altra parte, la dovrete salire e riscendere tutta. Ma se invece scavaste un tunnel e passaste direttamente dall’altro lato? Ecco a voi il vostro buco di verme.
Ci sono tuttavia due casi dove è possibile superare c in maniera meno fantasiosa (tralasciando le varie particelle senza massa che evito di spiegare).
Uno di questi è l'effetto Casimir, che si ottiene avvicinando nel vuoto due piastre di metallo parallele a distanza dell'ordine del micrometro, andando a creare così "il vuoto di Casimir" dove, a livello teorico, la luce stessa viaggia a velocità maggiore.
Diminuisco lo spazio da percorrere piegando il foglio
L'altro è l'effetto Čerenkov, un effetto visibile sulla terra stessa nelle piscine di decantazione delle centrali nucleari (ostia lido praticamente). In acqua la luce diminuisce la sua velocità, non trovandosi più nel vuoto, quindi particelle molto veloci (facilmente trovabili visto che siamo in una centrale nucleare) o particolari luci, possono effettivamente superare la velocità della luce locale (questo è un po' barare però).
(quella luce blu che si vede è proprio un segno che si sta superando la velocità della luce)
Dopo questa carrellata di nozioni inutili potete andare farvi il watch party di Star Trek e a progettare la prossima Millennium Falcon, anche se chiedo il 30% dei guadagni. Che il prodotto fra la massa e l’accelerazione sia con voi.
Andrea Di Vincenzo
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