È possibile Warp Drive da Star Trek?

Uno dei principali dispositivi di trama in quasi ogni episodio e film di "Star Trek" è la capacità delle astronavi di viaggiare a velocità della luce e oltre. Questo accade grazie a un sistema di propulsione noto come curvatura dell'unità. Sembra "fantascientifico" e lo è. L'unità di curvatura in realtà non esiste ancora. Tuttavia, in teoria, una versione di questo sistema di propulsione potrebbe essere creata dall'idea, con il tempo, i soldi e i materiali dati.

Forse il motivo principale per cui sembra possibile è che non è stato ancora smentito. Quindi, c'è speranza per un futuro con i viaggi FTL (più veloci della luce), solo che non sembra che accadrà presto.

Che cos'è Warp Drive?

Il warp drive è ciò che consente alle navi di fantascienza di attraversare lo spazio muovendosi più velocemente della velocità della luce. Questo è un aspetto importante poiché la velocità della luce è il limite di velocità cosmica, l'ultima legge e barriera del traffico dell'universo.

Per quanto ne sappiamo, nulla può muoversi più velocemente della luce. Secondo le teorie di Einstein sulla relatività, ci vuole una quantità infinita di energia per accelerare un oggetto con massa fino alla velocità della luce. (Il motivo per cui la luce stessa non è influenzata da questo fatto è che i fotoni, le particelle di luce, non hanno alcuna massa.) Di conseguenza, sembrerebbe che avere un veicolo spaziale che viaggia (o supera) la velocità di la luce è semplicemente impossibile.

Tuttavia, ci sono due lacune. Uno è che non sembra esserci un divieto di viaggiare il più vicino possibile alla velocità della luce. E il secondo è che quando parliamo dell'impossibilità di raggiungere la velocità della luce, stiamo parlando della propulsione degli oggetti. Tuttavia, l'idea di ordito a curvatura non si basa necessariamente sulle navi o sugli oggetti stessi che volano alla velocità della luce.

Warp Drive vs. Wormholes

L'uso di un'unità di curvatura sarebbe nettamente diverso dal viaggiare attraverso l'universo usando wormholes. Queste sono strutture teoriche che consentono alle astronavi di spostarsi da un punto all'altro attraversando un tunnel attraverso l'iperspazio. In effetti, lascerebbero le navi prendere una scorciatoia poiché tecnicamente rimangono legate al normale spazio-tempo.

Un sottoprodotto positivo di questo è che l'astronave può aggirare effetti indesiderati come la dilatazione del tempo e gli effetti di accelerazione massiccia sul corpo umano, il che rovinerebbe davvero le trame della fantascienza.

L'idea di ordito

La nostra attuale comprensione della fisica e di come la luce viaggia esclude gli oggetti dal raggiungere tale velocità, ma non esclude la possibilità di lo spazio stesso viaggiando alla velocità della luce o oltre. In effetti, alcune persone che hanno esaminato il problema affermano che nell'universo primordiale, lo spazio-tempo si espandeva a velocità superluminale, anche se solo per un intervallo molto breve.

Se queste ipotesi si dimostrassero vere, un impulso di curvatura potrebbe sfruttare questa scappatoia, lasciando quindi agli scienziati la domanda su come generare l'enorme energia necessaria per spostare lo spazio-tempo.

Puoi pensare al warp drive in questo modo: un warp drive è ciò che crea l'immensa quantità di energia che contrae lo spazio-tempo di fronte all'astronave espandendo allo stesso tempo lo spazio-tempo nella parte posteriore, creando infine una bolla di curvatura. Ciò farebbe precipitare lo spazio-tempo dalla bolla: la nave restava ferma nella sua area locale mentre l'ordito procede verso una nuova destinazione in progressione superluminale.

Motivato dal suo fascino per il rivoluzionario macchinista della trama di Gene Roddenberry, lo scienziato messicano Miguel Alcubierre ha dimostrato che l'ordito di curvatura era, in effetti, coerente con le attuali leggi che governano l'universo. Nel suo design della fine del XX secolo, noto come l'unità Alcubierre, l'astronave cavalca un'onda di spazio-tempo, proprio come un surfista cavalca un'onda sull'oceano.

Sfide di curvatura

Nonostante le prove di Alcubierre e il fatto che nella nostra attuale comprensione della fisica teorica non vi sia nulla che impedisca lo sviluppo di una curvatura, l'intera idea è ancora nel regno della speculazione e la nostra attuale tecnologia non è ancora del tutto presente. Le persone stanno lavorando su come raggiungere tale impresa, ma ci sono ancora molti problemi da risolvere. 

Massa negativa

La creazione e il movimento di una bolla di curvatura richiedono che lo spazio antistante ad essa si annichilisca mentre lo spazio sul retro cresce rapidamente. Lo spazio annichilente è ciò che chiamiamo massa negativa o energia negativa, un tipo altamente teorico di materia che non è stato ancora "trovato".

Tuttavia, tre teorie ci hanno avvicinato alla realtà della massa negativa. L'effetto Casimir stabilisce una configurazione in cui due specchi paralleli sono posizionati nel vuoto. Quando li spostiamo estremamente vicini l'uno all'altro, sembra che l'energia tra loro sia inferiore all'energia che li circonda, creando così ciò che chiamiamo energia negativa, anche se solo in quantità minuscole.

A partire dal 2018, gli scienziati dell'Università di Rochester hanno dimostrato un'altra possibilità per la creazione di massa negativa utilizzando i laser. Anche se queste scoperte stanno avvicinando l'umanità a un azionamento a curvatura funzionante, queste quantità minime sono molto lontane dall'entità della densità di energia negativa necessaria per viaggiare 200 volte FTL (che è la velocità necessaria per raggiungere la stella più vicina in un ragionevole periodo di tempo).

Forse ancora più importante, nel 2016, gli scienziati di LIGO (l'Osservatorio di onde gravitazionali con interferometro laser) hanno dimostrato che lo spazio-tempo può "deformarsi" e piegarsi in presenza di enormi campi gravitazionali. 

Quantità di energia

Con il design di Alcubierre nel 1994, e poi quello di Natario nel 2001, sembrava che la mera quantità di energia necessaria per creare l'espansione e la contrazione necessarie dello spazio-tempo avrebbe superato l'uscita del Sole, durante la sua durata di 10 miliardi di anni. Tuttavia, ulteriori ricerche sono state in grado di ridurre la quantità di energia negativa fino a quella di un pianeta gigante gassoso, che sembra essere ancora piuttosto difficile da inventare.

Una teoria è quella di utilizzare enormi quantità di energia estratta da annichilazioni materia-antimateria-esplosioni di stesse particelle con cariche opposte nel "nucleo di curvatura" della nave.

In viaggio con Warp Drive

Anche se siamo riusciti a usare, diciamo, le onde gravitazionali per piegare lo spazio-tempo attorno a una data astronave e / o creare energia negativa che farebbe lo stesso, e se, allo stesso tempo, riuscissimo a sfruttare immense quantità di energia, sorgerebbero ulteriori domande in merito al viaggio in auto.

Gli scienziati stanno teorizzando che insieme al nostro viaggio interstellare, la nostra bolla di curvatura potrebbe potenzialmente raccogliere un gran numero di particelle, che potrebbero causare enormi esplosioni all'arrivo. Un altro possibile problema connesso a questo è la questione di come navigare l'intera bolla di curvatura e la questione di come comunicare con la Terra.

Conclusione

Tecnicamente, siamo ancora molto lontani dalle capacità di curvatura e dai viaggi interstellari, ma con l'accelerazione della tecnologia e dei computer, forse non siamo così lontani. Con i recenti progressi della scienza e l'impulso a spingere l'innovazione, persone come Elon Musk e Jeff Bezos che aspirano a farci diventare una civiltà spaziale sono gli stimoli necessari per decifrare il codice di ordito. Per la prima volta da decenni, c'è un'eccitazione da rock-and-roll sul volo spaziale. Questo è un altro pezzo essenziale nella ricerca di diventare padroni dell'universo.