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Viaggio nel Tempo

E’ possibile viaggiare nel tempo?

Un grande scienziato, Paul Davies, spiega come si puo’ viaggiare   nel passato e nel futuro: con una macchina che crea strade cosmiche verso   tempi lontani. E l’ha anche progettata, sfruttando solamente tecnologie gia’   conosciute

viaggio_nel_tempo  Davies, probabilmente il fisico più famoso dopo Stephen Hawking, 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. 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. “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 vent’ 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 300mila 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 ? “È suggerito dalla Relatività generale,   formulata da Einstein nel 1908, che estende la Relatività ristretta e   include gli effetti della gravità sullo spaziotempo. 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 spazio tempo   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 matematico austriaco Kurt   Goedel. 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”. Goedel   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 spaziotempo 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 Goedel però   si basa su un presupposto sbagliato, quello dell’ universo in rotazione.

Come facciamo a visitare il passato, allora ? “La rotazione di Goedel 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 spaziotempo 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. Così è   stato provato che i viaggi nello spazio sono anche viaggi nel tempo: il   primo a trasformare in teoria fisica l’ idea che il tempo è elastico fu   Albert Einstein. Nel 1905, ancora sconosciuto 26enne impiegato con l’hobby   della fisica, formulò la Teoria della Relatività ristretta. Einstein, con la   sola forza della sua mente e matematica da liceo, capì che la durata del   tempo fra due eventi distinti dipende dalla velocità con cui si muove   l’osservatore, cioè chi osserva i due eventi. In particolare, più è alta la   velocità dell’ osservatore, più lentamente scorre il tempo.

Con la scoperta di un “tempo relativo”, Einstein demolì la concezione   imposta da Isaac Newton, secondo la quale il tempo era assoluto e   immutabile. Fu una vera rivoluzione culturale, oltre che fisica, che   introdusse una serie di possibilità che vanno contro il comune buon senso.   Bizzarrie come i viaggi nel tempo, che mettono in discussione la nostra   percezione del concetto di “adesso”. La stessa suddivisione del tempo fra   passato, presente e futuro venne messa in discussione. La Teoria della   Relatività ristretta, però, non è rimasta un esercizio mentale. Nel 1966,   nei laboratori del Cern, in Svizzera, si riuscì a misurare la dilatazione   temporale di Einstein. Un fascio di muoni, particelle instabili con un tempo   di “vita” noto, fu lanciato a una velocità prossima a quella della luce   (99,7%). Confrontando poi i tempi di “vita” delle particelle ferme con   quelle accelerate si verificò che il muone fermo “vive” circa due   microsecondi prima di trasformarsi in altre particelle, quello accelerato,   invece, ha una vita media molto più lunga. Un altro esperimento fu   effettuato nel 1971 dai fisici Joe Hafele e Richard Keating.

Piazzarono quattro orologi atomici estremamente precisi a bordo di un aereo   di linea e li fecero volare attorno alla Terra, per poi paragonarne la   lettura con orologi identici lasciati in laboratorio. Ebbene, sull’aereo il   tempo era passato più lentamente che in laboratorio: gli orologi viaggiatori   erano indietro di 59 nanosecondi, esattamente la quantità prevista dalla   teoria di Einstein. 59 nanosecondi sono ininfluenti per la nostra vita: un   viaggiatore abituale non invecchia più lentamente perché prende spesso   l’aereo. Ma il rallentamento del tempo aumenta con la velocità. Al 50% della   velocità della luce, il tempo è rallentato del 13%; al 99% della velocità   della luce, un minuto si riduce a circa 8,5 secondi, il tempo è sette volte   più lento. Un’astronave che viaggiasse al 99, 99% della velocità della luce   impiegherebbe circa 14000 anni per attraversare la nostra galassia (100.000   anni luce di diametro).

Ma se arrivasse al 99,999999% della velocità della luce, la traversata   potrebbe essere portata a termine entro i limiti di una vita umana. Paul   Davies: nato a Londra nel 1946, è oggi uno scienziato di fama internazionale   noto per le sue ricerche nel campo dei buchi neri, la teoria quantistica e   la cosmologia. Dirige il dipartimento di Astrobiologia all’Università   Macquarie di Sydney. Ha insegnato ad Adelaide, Newcastle, Cambridge e   Londra, dove nel 1970, ha ottenuto il dottorato in fisica. La sua   straordinaria abilità di spiegare in linguaggio semplice e scorrevole le più   avanzate ipotesi scientifiche gli hanno valso popolarità anche tra il   pubblico di non esperti e diversi premi come il Templeton, la Medaglia   Kelvin e il Faraday.

Ha scritto oltre venti libri. 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 comparire 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 onde radio. Tuttavia, l’ energia del plasma di quark e gluoni   non basta per raggiungere le temperature richieste per trasformare questa   “schiuma” spaziotemporale in vero wormhole. Il secondo strumento per   fabbricare la macchina del tempo di Davies è undispositivo di 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 cosidetto “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.

Adesso tocca a voi: prima di prenotarvi per un viaggio nel tempo, mettetevi   alla prova cercando di risolvere un problema e due paradossi. Per questi   ultimi non esiste una soluzione unica e gli scienziati hanno proposto   diverse teorie per risolverli. Quali soluzioni sapreste trovare voi ? 1) Per   la Teoria della Relatività, qualunque spostamento è un viaggio nel tempo,   tanto più grande quanto più velocemente ci si sposta nello spazio. Quindi,   se vogliamo, tutti già oggi possiamo fare viaggi nel tempo. Un volo su un   normale aereo di linea è un breve viaggio nel tempo.

Il tempo di chi sta in volo, infatti, scorre più lentamente rispetto al   tempo di chi resta a casa e la differenza, anche se impercettibile, è   misurabile e aumenta a seconda della velocità del mezzo. Di quanto si   ringiovanisce viaggiando su un aereo di linea alla velocità media di 600   km/h? Sappiate che la formula per scoprire di quanto rallenta il tempo è   1/radice quadrata di ( 1 (v/c)al quadrato) dove v è la velocità del corpo in   movimento e c è la velocità della luce. 2) Quando si parla di viaggi nel   tempo, tuttavia, si pensa a balzi nel passato o nel futuro più consistenti   di quelli che possiamo fare con un volo aereo. Se veramente stiamo per   costruire una macchina che ci farà viaggiare nel passato, come mai nessuno   ha mai incontrato un suo discendente in viaggio dal futuro ?

È la domanda che si è posto Stephen Hawking. Sapreste rispondergli ? 3) Sono   passati cinquant’ anni e i viaggi nel tempo sono ormai diventati un’   abitudine. Un professore di matematica del 2050, per curiosità visita il   2060 e, nella biblioteca della sua università, scopre una nuova meravigliosa   soluzione alle equazioni di Einstein, pubblicata sulla rivista Physical   Review da una giovane studentessa. Eccitato dalla sensazionale scoperta,   torna nel 2050, cerca la studentessa, la trova fra i suoi studenti di primo   anno e le descrive le soluzioni che ha trovato. La studentessa le pubblica   sulla Physical Review. Qual è la vera origine della scoperta ? “Possiamo manipolare spazio e tempo allo stesso   modo in cui possiamo manipolare la materia” Paul Davies. “Se i viaggi nel   tempo fossero possibili, perché non siamo ancora stati invasi da turisti del  futuro ?” Stephen Hawking.

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