Nel vuoto la luce viaggia a 299.792,458 Km al secondo, niente può fermarla... Finora ! ! !
Il tabù é caduto. Le leggi della fisica
non ci condannano più a vivere in un universo "lumaca" dove niente può
superare la velocità della luce. L'astronave di Star Trek é ormai alle porte ? Forse si
! ! Ormai anche gli scienziati più ortodossi cominciano a discutere di viaggi più
veloci
della luce, pur rifiutandosi di mettere in dubbio la teoria della relatività di Albert
Einstein.
Feritoie
nel buco nero
Forse la soluzione saranno i buchi neri, oggetti cosmici la cui enorme massa è tutta concentrata in una piccolissima regione: la forza di gravità di questa massa è tale da trattenere perfino i fotoni, cioè le particelle di luce, e dovrebbe anche distorcere lo spazio. Se ne discute dallo scorso settembre, dopo la pubblicazione del rapporto "Alcune considerazioni sulle implicazioni dei viaggi più veloci della luce" dell'astronomo londinese lan Crawford. Il suo testo è stato accettato dalla Royal astronomical society, una tra le più prestigiose istituzioni scientifiche britanniche. Contiene, tra l'altro, un'elaborazione matematica di queste distorsioni: lo spazio e il tempo sarebbero alterati dalla gravità come dalle linee di forza di un campo magnetico. Lungo queste linee il tempo stesso si annullerebbe, consentendo "balzi" istantanei tra punti diversi del cosmo.
Ma una gravità tanto elevata non schiaccerebbe gli incauti viaggiatori?
«I modelli matematici dimostrano che queste "feritoie" nello spazio-tempo possono essere stabili - risponde Crawford - E, quindi, si potrebbero imboccare senza danni».
L’onda
dello spazio-tempo
| Nello stesso rapporto viene riproposta
un'idea espressa nel 1994 da Miguel Alcubierre, fisico dell' università del Galles. Per
Alcubierre, lo spazio-tempo è un'entità dinamica, che si può torcere in presenza di
concentrazioni di energia: un'astronave potrebbe quindi viaggiare su un'onda di spazio
distorto (proprio come un atleta su una tavola da surf) creando davanti a sé una
depressione e dietro un'espansione. Con questo meccanismo si supererebbe il limite della
luce senza violare la relatività: la luce stessa, infatti, sarebbe trascinata nella
distorsione. Per piegare lo spazio-tempo, suggerisce Alcubierre, si potrebbe usare la
"materia esotica", che possiede una densità di energia negativa (e dunque una
massa negativa: un concetto che non si può accettare per intuito, ma solo
matematicamente: tutto ciò che conosciamo, infatti, ha massa ed energia positive). La
materia esotica, che respingerebbe la materia normale, fu ipotizzata nel 1948 dal fisico
olandese Hendrick Casimir, e la sua esistenza non violerebbe alcuna legge naturale. Sembra
anzi che essa abbia già esercitato il suo ruolo di motore ultraluce subito dopo il Big
Bang, quando lo spazio-tempo si dilatò cosi rapidamente che le sue regioni si
allontanarono a velocità superluce. Questa fase viene definita dai cosmologi
"inflazione". Purtroppo Alcubierre non dà indicazioni su come produrre e
utilizzare questo ipotetico carburante spazio-temporale. |
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Ai
confini della realtà
Diverso è il caso studiato da
Raymond Chiao a dai suoi colleghi dell’università di Berkekey, in California. In
primo luogo perché le ricerche di Chiao riguardano la meccanica quantistica, che vale
solo nell’infinitamente piccolo. E poi perché non si limitano a teorie o modelli
matematici: Chiao ha effettivamente misurato velocità superiori a quella della luce.
«Si
tratta di fenomeni contrari al buon senso e lontani dalle esperienze quotidiane», dice.
«Ma noi fisici siamo abituati alle stranezze della meccanica quantistica». Il gruppo di
Berkeley ha infatti analizzato un fenomeno chiamato "effetto tunnel", sfruttato
anche nei microscopi elettronici: si tratta della capacità, da parte di particelle
microscopiche, di attraversare barriere classicamente insuperabili. Nel mondo di tutti i
giorni sarebbe come lanciare contro un muro una serie di palline e vederne alcune passare
dall'altra parte. Il fatto più significativo, però, è un altro: la barriera viene
attraversata a velocità altissima, forse superiore a quella della luce. 1 tempi in gioco
sono inferiori al minimo intervallo apprezzato da un orologio atomico, quindi misurarli è
molto difficile. Ma il gruppo di Chiao è riuscito nell'impresa generando coppie di fotoni
(particelle di luce) e indirizzandoli lungo percorsi separati, uno dei quali doveva
attraversare una barriera formata da specchi. Conclusione: il vincitore della
"gara" era sempre il fotone che attraversava la barriera, ed è stato calcolato
che in media la sua velocità superava di oltre il 50 per cento la velocità della luce.
Microonde
evanescenti
Come?
Lo spiegano Anedio Ranfagni e Daniela Mugnai, ricercatori del Cnr presso l'Istituto di ricerca sulle onde elettromagnetiche, di Firenze. «Nimtz ha usato una guida d'onda, cioè un tubo squadrato nel quale le microonde di una certa frequenza si propagano con facilità. Il tubo era però interrotto da una strozzatura nella quale le onde non si sarebbero dovute propagare: l'equivalente di una barriera quantistica».
Invece si propagano?
«Non nel senso ordinario. Ma nella strozzatura si crea un'onda chiamata
"evanescente", e al di là riemerge V onda di partenza, nettamente in anticipo
rispetto al previsto, anche se attenuata». La spiegazione di questa supervelocità è
incerta, ma pare che le onde evanescenti siano istantanee, cioè che attraversino la
strozzatura in un tempo zero, rallentando solo all'entrata e all'uscita. «Il problema è
che l'onda evanescente si attenua in fretta. Per captare qualcosa non ci si può
allontanare più di una decina di lunghezze d'onda, poco meno di mezzo metro», spiega
Ranfagni. Per dimostrare che questi fenomeni permetterebbero l'invio di segnali, Nimtz ha
modulato un fascio di microonde con la sinfonia n. 40 di Mozart, e l'ha fatto viaggiare
per 15 centimetri a oltre quattro volte la velocità della luce. La sinfonia è arrivata
indenne all'altro capo dell'apparecchio.
Ancora più sorprendente è l'ultimo
esperimento del gruppo di Ranfagni: il fascio di microonde è trasmesso fra due antenne
"a tromba", e viaggia per circa mezzo metro nell'aria, senza alcuna barriera. Si
è osservato che quando le due antenne non si fronteggiano esattamente, cioè quando le
onde vengono captate in diagonale, il tempo di viaggio anziché aumentare diminuisce.
«Abbiamo interpretato il fenomeno ipotizzando l'esistenza di leaky waves, cioè onde
"con perdite", ma in sostanza si tratta ancora di onde evanescenti
- dice Mugnai - E come se di lato si formasse un'onda sempre più tenue ma istantanea. Di
conseguenza, in diagonale il tempo diminuisce e la velocità dell'onda supera quella della
luce».
Oltre
l'Himalaia
«I tachioni sono particelle che si spostano a velocità superiori a quella della luce: la parola deriva dal greco "tachys", veloce», dice Erasmo Recami, fisico dell'università di Bergamo, che da trent'anni studia questo ipotetico (e mai osservato) aspetto della materia. Apparentemente i tachioni violano la teoria di Einstein, secondo la quale occorre un'energia infinita per spingere una particella oltre la barriera della luce. «Però la relatività non proibisce a una particella di nascere già più veloce della luce - dice Recami - Sarebbe come se io abitassi ai piedi dell'Himalaia, e affermassi che dall'altra parte non può vivere nessuno, solo perché è impossibile scalare la montagna. Dall'altra parte, invece, vivono i quelli che ci sono nati», aggiunge Recami, citando una frase del fondatore della teoria dei tachioni, George Sudarshan, docente all'università del Texas. Tutti i fenomeni di supervelocità, quindi, potrebbero essere spiegati in termini di tachioni.
Ma come sono fatte queste particelle, se esistono?
«Lo dice la stessa relatività generale, che
ammette l'esistenza di particelle con energia negativa, purché viaggino all'indietro nel
tempo: le due impossibilità si compensano - spiega Recami - Noi esseri umani possiamo
però spostarci nel tempo solo in una direzione, quindi saremmo costretti a percepire i
tachioni alla rovescia: vedremmo prima il loro domani, poi il loro ieri. E vedremmo
rovesciato anche tutto il resto: massa, energia, cariche elettriche e magnetiche...
Insomma, li vedremmo come antimateria».
