Paul
Davies e la macchina del tempo !
Paul Davies è noto in tutto il mondo
per le sue ricerche nel campo dei buchi neri, della cosmologia e
della teoria quantistica. Ha insegnato nelle università di Londra,
Cambridge, Newcastle e Adelaide. Ha scritto, tra l’altro, L’universo
che fugge (1979), Universi possibili (1981), Dio e la nuova fisica
(1984), Sull’orlo dell’infinito (1985), Superforza (1986), Il cosmo
intelligente (1989), La mente di Dio (1993), I misteri del tempo
(1996, premio Rhone-Poulenc), Da dove viene la vita (2000). Nel 1995
ha vinto il prestigioso Premio Templeton; e di recente è stato
insignito della Medaglia Kelvin da parte dell’UK Institute of
Physics e del Faraday Award della Royal Society.
Ecco un curioso e buon libro di Paul
Davies dal titolo “Come costruire una macchina del tempo”
edizioni Mondadori, 2003, pp.153, 15 euro.
Costruire una macchina del
tempo
(Fonte: “Newton Scoperte”, luglio 2003)
Un grande scienziato, Paul Davies,
spiega a Newton come si può viaggiare nel passato e nel futuro: con
una macchina che crea strade cosmiche verso tempi lontani. E l'ha
anche progettata, sfruttando solamente tecnologie già conosciute. Viaggiare nel tempo è possibile e sappiamo come farlo”: esordisce
così Paul Davies, probabilmente il fisico più famoso dopo Stephen Hawking,
mentre ci fa accomodare nel suo ufficio di Sydney, dove vive e
lavora. Siamo andati fino in Australia per incontrarlo, perché lo
scienziato inglese ha ideato la prima macchina del tempo, e ha
scritto come costruirla nel suo ultimo libro. La macchina non è
ancora stata realizzata, perché ci sono prima da risolvere un po' di
problemi tecnici e politici, ma il progetto è già pronto. Anche gran
parte dei pezzi che la compongono esistono già, sparsi nei più
avanzati laboratori di ricerca di tutto il mondo. Camicia a
quadretti con le maniche corte, capelli e baffi ben curati, faccia
rassicurante e inequivocabilmente inglese, Paul Davies parla dei
viaggi nel tempo come di un'opportunità che non abbiamo ancora
sfruttato per pigrizia, come se la macchina fosse già pronta a far
partire i primi “temponauti”. Il punto di partenza è il concetto che
il tempo è una dimensione variabile, come lo sono le tre spaziali.
Si tratta dell'idea centrale della Teoria della Relatività,
formulata da
Einstein
nel 1905, per questo, secondo Davies, abbiamo in mano addirittura da
quasi un secolo la formula per viaggiare nel tempo.
Professor Davies, come si fa a
viaggiare nel tempo ?
“La Teoria della Relatività ci
fornisce ben due metodi per viaggiare nel futuro. Il primo è
muoversi ad alta velocità, sfruttando la distorsione del tempo
dovuta al moto, prevista dalla Relatività ristretta. Se disponessimo
di un'astronave che viaggiasse al 99,99999 per cento della velocità
della luce, potremmo raggiungere l'anno 3000 in meno di sei mesi”.
Questo tipo di viaggio è una conseguenza della Relatività, che ha a
che fare con il celebre paradosso dei gemelli, una conseguenza poco
intuitiva della teoria einsteiniana. Uno di due gemelli, Castore,
parte per un viaggio spaziale a una velocità vicina a quella della
luce, il fratello Polluce resta a casa. Castore raggiunge la sua
meta, distante dieci anni luce, e torna subito indietro con la
stessa velocità. Per Polluce, che è rimasto a Terra, sono passati
poco più di venti anni, tanto infatti ha impiegato il fratello a
percorrere 20 anni luce a una velocità vicinissima a quella della
luce. Per Castore invece, che era in viaggio, il tempo è trascorso
molto più lentamente. La Relatività infatti ci dice che aumentando
la velocità il tempo rallenta. Per Castore sono passati solo tre
anni, quindi, quando torna a Terra, si ritrova ad aver fatto un
salto di 17 anni nel futuro.
Queste teorie prevedono che si possa
viaggiare a velocità molto vicine a quella della luce. Ma nella
realtà è possibile raggiungere velocità così elevate?
Non c'è nulla che lo vieti, è solo un
problema di costi. Per accelerare un carico di 10 tonnellate al 99,9
per cento della velocità della luce sono necessari dieci miliardi di
miliardi di joule, una quantità di energia equivalente all'intera
produzione energetica dell'umanità di diversi mesi”. Avvicinarsi
ulteriormente ai 300 mila chilometri al secondo della luce diventa
ancora più costoso.
Quindi se avessimo a disposizione il
capitale necessario potremmo partire verso il futuro?
“Non escludo che ci si riesca.
Esistono nello spazio fonti di energia illimitate che basterebbe
decidere di sfruttare. In realtà si tratta di un problema politico:
decidere di investire nella ricerca e sviluppo delle tecnologie per
sfruttare le fonti energetiche che abbondano nello spazio. Ma c'è un
altro problema. I viaggi nel tempo fatti con il sistema dell'alta
velocità possono solo andare nel futuro, e non tornare indietro.
Infatti se la nostra superastronave una volta arrivata nel tremila
rifacesse il viaggio a ritroso, otterrebbe solo di fare un ulteriore
salto nel futuro terrestre”.Questo perché il salto nel tempo non è
dato dalla direzione del moto, ma solo dalla velocità a cui si
viaggia.
Qual è il secondo metodo previsto
dalla Relatività?
“E suggerito dalla Relatività
generale, formulata da Einstein nel 1908, che estende la Relatività
ristretta e include gli effetti della gravità sullo spazio-tempo. La
sorprendente conclusione di questa teoria è che la gravità rallenta
il tempo. E noi possiamo verificarlo. Per esempio, la forza
gravitazionale della Terra rallenta gli orologi di un microsecondo
ogni trecento anni. Nel 1976 i fisici Robert Vessot e Martin Levine
lanciarono nello spazio con un razzo un orologio e videro che questo
guadagnò un decimo di microsecondo rispetto a orologi uguali rimasti
sulla Terra. Per spostarsi nel futuro, basterebbe sfruttare campi
gravitazionali molto più intensi di quello terrestre, come quelli
esercitati dalle stelle di neutroni. Sono stelle che, avendo
esaurito il combustibile, si contraggono a causa della loro massa
riducendosi a una piccolissima frazione del volume originario, ma
mantengono una massa elevatissima; alcune di esse sono poco più
grandi di una nostra città, ma hanno una massa superiore a quella
del Sole. La loro gravità è talmente elevata che i loro atomi sono
ridotti a una poltiglia di neutroni. Una gravità tanto forte provoca
sugli orologi una distorsione temporale molto più percettibile di
quella della gravità terrestre: sette anni su una stella di neutroni
corrisponderebbero a dieci sulla Terra. Basterebbe quindi
raggiungere con la nostra astronave una stella di neutroni (per
esempio quella che si trova nella Nebulosa del Granchio) per
compiere un consistente balzo in avanti nel tempo. Il problema è
costruire un mezzo capace di resistere alle condizioni proibitive
presenti in prossimità di una stella di neutroni. E anche in questo
caso non potremmo comunque tornare indietro dal futuro”.
E se volessimo visitare il
passato?
“La Relatività consente anche il
viaggio nel passato. Per la Relatività generale, infatti, lo
spaziotempo può essere curvato fino al punto di riconnettersi con
se stesso, e quindi creare "curve chiuse" sia nello spazio sia nel
tempo. Il primo a tracciare curve temporali chiuse fu un amico di
Einstein, il grande logico e matematico austriaco
Kurt Gödel.
Gödel risolvendo le equazioni della Relatività che descrivono i
campi gravitazionali, scoprì che nello spazio era possibile trovare
orbite che si avvolgono a spirale in un universo in rotazione. La
sua soluzione presupponeva però che l'universo fosse in rotazione,
mentre oggi si ritiene che l'universo non ruoti. Tuttavia, ha il
merito di dimostrare che la Teoria della Relatività non esclude che
una particella di materia, e quindi in teoria anche un essere umano,
possa raggiungere il passato e tornare indietro dal futuro”. Gödel
scrisse infatti: “Effettuando un percorso di andata e ritorno a
bordo di un'astronave lungo una rotta sufficientemente ampia, è
possibile viaggiare in qualunque regione del passato, presente e
futuro e tornare indietro”. Dopo aver letto i risultati dell'amico
matematico, Einstein confessò che la prospettiva di uno spazio-tempo
che permettesse curve temporali chiuse, e quindi di tornare indietro
nel tempo, lo aveva tormentato durante la formulazione della Teoria
della Relatività generale.
L'idea di Gödel però si basa su un
presupposto sbagliato, quello dell'universo in rotazione. Come
facciamo a visitare il passati , allora?
“La rotazione di Gödel non è l'unico
modo per fare visita ai nostri nonni. Una delle idee più recenti è
il wormhole [cunicolo di tarlo], termine coniato dall'astrofisico
americano John Wheeler, che ha anche battezzato i buchi neri. Un
wormhole è una "scorciatoia" nella struttura dello spazio che
permette di collegare due punti molto distanti, prima che la luce
abbia avuto la possibilità di arrivarci, e quindi è un modo per
andare indietro nel tempo attraverso una scorciatoia nello spazio”.La
velocità della luce infatti è un limite invalicabile. Niente,
neppure le informazioni, possono muoversi più velocemente. Quindi se
noi riuscissimo ad arrivare in un posto prima che siano arrivate le
notizie del nostro punto di partenza compiremmo un viaggio a ritroso
nel tempo. Perché dopo un po' che siamo arrivati verremmo raggiunti
dal nostro passato, o se si preferisce, ci raggiungerebbero le
informazioni del tempo in cui siamo partiti. Ma come facciamo a
raggiungere un punto prima delle informazioni, se queste viaggiano
alla velocità della luce? Prendiamo una scorciatoia che la luce non
conosce e facciamo meno strada. I wormhole sono proprio questo:
scorciatoie tra due punti dell'universo che la luce non percorre. Ma
è possibile creare wormhole a piacere?
Dalla fantascienza alla scienza
Nel romanzo Contact scritto dall'astrofisico americano
Carl Sagan
negli anni Ottanta, reso poi noto dall'omonimo film con Jodie Foster,
un gruppo di scienziati riceve un messaggio radio proveniente da una
civiltà aliena più avanzata. Il messaggio contiene le istruzioni per
costruire una macchina capace di creare un wormhole tra la Terra e
la stella Vega, distante ventisei anni luce. Nella storia la
protagonista sale a bordo di una capsula e viene inghiottita in un
turbine simile a una gigantesca centrifuga per poi sfrecciare in una
galleria e riemergere al centro della galassia, dove si trova Vega,
in pochi minuti. Nel romanzo Sagan non aveva approfondito in
dettaglio come si potesse creare un simile tunnel. Chiese così al
suo amico Kip Thorne, fisico teorico del Caltech in California, se
la sua fantasiosa idea di sfruttare un wormhole come scorciatoia
nello spazio-tempo fosse fondata. Stimolati dalla fantasia
scientifica di Sagan, Thorne e i suoi collaboratori si misero a
studiare i dettagli del funzionamento di questo tipo di wormhole,
che collega due regioni distanti nello spaziotempo. Alla fine
riuscirono a creare modelli teorici di wormhole che rimanessero
aperti abbastanza a lungo da essere attraversati da un lato
all'altro da un “temponauta”, senza che venisse annientato dalle
immense forse gravitazionali interne. Serviva qualcosa che si
opponesse alla forza di gravità e tenesse il wormhole aperto. La soluzione di Thorne fu l' antigravità. La materia anti-gravitante
(prevista fra l'altro dalla stessa Teoria generale della Relatività)
permette di tenere aperto il wormhole. I modelli di Thorne e
colleghi non trovarono ostacoli da parte delle teorie fisiche note,
e questa ricerca generò una quantità di studi che tuttora
proliferano. Uno di questi è l'idea di Paul Davies di costruire una
macchina che crei in laboratorio i wormhole necessari a viaggiare
nel tempo.
Paradossi storici
La possibilità di visitare il passato
crea veri paradossi, affascinanti e apparentemente impossibili da
risolvere. Il più semplice è questo: un viaggiatore torna nel
passato e uccide sua madre ancora bambina. Quindi non sarebbe più
potuto nascere e neanche commettere l'omicidio. I paradossi mettono
in crisi il concetto di causalità, cioè le relazioni tra causa ed
effetto, e quindi la scienza. Stephen Hawking ha messo una toppa al
problema con la sua “congettura della protezione cronologica”: la
natura troverà sempre il modo per impedire i viaggi nel passato.
Paul Davies invece accetta che eventi successivi possano influire su
eventi precedenti, ma postula che le linee temporali si possano
chiudere solo tra eventi che non creino problemi di causalità. Un
esempio è quello di un ricco signore la cui fortuna deriva da un
benefattore che aiutò la sua bisnonna un secolo prima. Con la
macchina del tempo parte per scoprire chi è il benefattore. Una
volta incontrata la bisnonna, le rivela la propria identità di
viaggiatore del tempo e le mostra un giornale che ha portato dal
futuro. La bisnonna legge il listino della borsa ed investe di
conseguenza. Gli investimenti sono l'origine della fortuna del ricco
signore, che scopre così di essere il benefattore di se stesso.
Questo per Davies non è problematico. Quello del viaggiatore che
uccide sua madre invece è irrisolvibile, quindi nessuno può uccidere
un suo antenato. David Deutsch, esperto di viaggi nel tempo, risolve
i paradossi con le leggi della fisica quantistica. Nel mondo
subatomico regna l'indeterminazione quantistica: un elettrone che
urta un protone può deviare verso sinistra o verso destra senza una
regola. Secondo alcuni fisici l'indeterminatezza si risolve con la
moltiplicazione degli universi. Ogni volta che un elettrone va a
destra si forma un nuovo universo con un elettrone che va a
sinistra. Per Deutsch i paradossi si risolvono allo stesso modo: se
un viaggiatore del passato interferisce con la storia, l'universo si
biforca in due o più rami, e la madre uccisa va a finire in un
universo parallelo, non in quello da cui lui proviene.
Come si costruisce la macchina
del tempo
A differenza delle macchine del tempo
di romanzi e film, quella di Paul Davies non si sposta nel tempo, ma
modifica la struttura dell'universo per costruire un percorso chiuso
nello spazio. Crea un wormhole artificiale che consente al
viaggiatore di andare nel passato e tornare indietro. E può essere
realizzata con le tecnologie già oggi disponibili.
1° Il primo strumento necessario per
realizzare un wormhole artificiale è un collisore, cioè un
acceleratore di particelle. Queste macchine permettono di ricreare
le condizioni dell'universo a circa un microsecondo dopo il Big
Bang, quando la temperatura era di dieci trilioni di gradi e
l'universo era in uno stato definito plasma di quark e gluoni
(particelle subatomiche).Proprio da una bolla di questa materia ad
altissima energia si estraggono i wormhole “virtuali”. Questi però
compaiono solo per tempi brevissimi, per poi scomparire nel vuoto
che si trova all'interno degli acceleratori.
2° Il passo successivo è trasformare
i wormhole virtuali in reali, iniettando l'energia sufficiente per
evitare che riscompaiano. È un fenomeno noto della fisica, per
esempio si utilizza nella trasmissione di onde radio. Intorno a un
elettrone girano fotoni virtuali, formando il campo elettrico. Se si
accelera l'elettrone, facendolo passare in un filo, i fotoni
virtuali acquistano energia e si trasformano in fotoni reali
allontanandosi dal filo sotto forma di onderadio. Tuttavia,
l'energia del plasma di quark e gluoni non basta per raggiungere le
temperature richieste per trasformare questa “schiuma”
spazio-temporale in vero wormhole. II secondo strumento per
fabbricare la macchina del tempo di Davies è un dispositivo dl
implosione che dà alla bolla di quark e gluoni l'energia necessaria
per comprimerla di un fattore pari a un miliardo di miliardi. Questo
per elevarne la temperatura consentendo la trasformazione della
bolla in un embrione di wormhole. La difficoltà non è nella quantità
di energia necessaria (circa dieci miliardi di joule, la produzione
di una centrale elettrica in qualche secondo), quanto nella
concentrazione dell'energia su dimensioni così piccole.
3° Per portare il wormhole dallo
stato embrionale a dimensioni utili occorre utilizzare un dilatatore
, che ne accresca le dimensioni e lo mantenga aperto per consentire
al temponauta di passarvi senza problemi Per fare questo Paul Davies
ipotizza di servirsi dell'antigravità, una forza repulsiva che può
essere prodotta dal cosiddetto “ effetto Casimir ”. Due piastre
conduttrici variano i campi elettromagnetici dello spazio, creando
una forza repulsiva, l’antigravità appunto.
4° L'ultima fase consiste nel
trasformare il wormhole, ormai portato alla taglia giusta, in una
macchina del tempo. E cioè stabilire una differenza temporale
permanente tra le sue estremità. Il compito è affidato al
differenziatore e la tecnica suggerita è la dilatazione temporale
che si osserva nell'effetto dei gemelli. Ancora una volta si ricorre
a un acceleratore di particelle, in questo caso per far circolare
una delle estremità del cunicolo a velocità prossime a quella della
luce, per un periodo sufficientemente lungo da provocare una
discrepanza temporale fra le due estremità. Così si può viaggiare
indietro nel tempo. La macchina del tempo è pronta. Bisogna ancora
risolvere qualche problema tecnico, ma esiste un progetto da
seguire. |