Un possibile ascensore orbitale

Il sogno di futuri viaggi interstellari si deve scontrare con l’impossibilità teorica – formalizzata dalla teoria della relatività – di poter viaggiare più veloci della luce.
Un rapporto interno della NASA del 2011 sembrerebbe descrivere la possibilità di aggirare questo ostacolo realizzando un “warp field” (secondo le parole degli autori), una distorsione spazio-temporale simile a quella su cui si basano i motori delle astronavi del mondo fantascientifico di Star Trek.

Per quanto gli autori appartengano ad un laboratorio di propulsione avanzato della NASA – con ll’obiettivo di sviluppare nuovi concetti e nuove metodologie per propulsione non convenzionale di razzi e capsule spaziali – i lavori di questo gruppo sembrano sconfinare troppo nella fantascienza.

Nello specifico, l’articolo e lavori simili (nessuno è pubblicato su riviste con referee, salvo uno teorico sulla relatività) trattano semplicemente della messa a punto di un preciso pendolo di torsione(1), ossia uno strumento in grado di misurare con precisione l’intensità delle forze cui essi è soggetto . Quello descritto è in fase di costruzione e sarà completato in un prossimo futuro.

Sempre nello stesso rapporto interno vengono introdotti due metodi di propulsione agli antipodi: uno basato sull’effetto Casimir e l’altro sul famigerato “campo di warp”.

L’effetto Casimir prende il nome dai lavori del fisico teorico olandese che per primo che ne postulò l’esistenza nel 1948. Esso consiste nella pressione che si crea tra due lastre di metallo quando vengono poste a distanza ravvicinata nel vuoto. Un’analogia potrebbe essere quella di due lastre poste in una vasca piena d’acqua. Pur agitando il liquido, le lastre impediscono che si formino onde nella zona interna, con il risultato che la pressione esterna è maggiore di quella interna.

Foto al microscopio elettronico dello strumento utilzizato per misurare l’effetto Casimir dinamico

Nel caso microscopico la meccanica quantistica postula che ogni regione apparentemente vuota dello spazio pullula in realtà di particelle virtuali ed inosservabili che si creano e distruggono continuamente. Quando lo spazio tra le due piastre è minore della lunghezza d’onda delle particelle virtuali, queste ne sono escluse. L’effetto fu osservato (2) solo nel 1997 tra una sfera ed una lastra e nel 2001 tra due lastre (3) poste a circa un micrometro (un millesimo di millimetro) di distanza. Vi è anche l’effetto Casimir dinamico, secondo cui è possibile rendere reali alcuni dei fotoni virtuali muovendo una delle due lastre a velocità prossime a quella della luce in questo caso l’esperimento fu effettuato solo nel 2011, utilizzando un oscillatore microscopico delle dimensioni di qualche micron fatto vibrare con oscillazioni di circa un nanometro.

Lo studio di questo effetto quantomeccanico è di fondamentale importanza per la comprensione dei fenomeni che hanno luogo nell’infinitamente piccolo ed un giorno eventualmente riuscire a realizzare un’applicazione pratica. Ad esempio, secondo gli autori è possibile utilizzare l’effetto Casimir dinamico per dirigere la pressione delle piastre come un timone nella direzione voluta.
Purtroppo la spinta è estremamente piccola e pari ad un millesimo di Newton per due lastre di un metro quadro poste alla distanza di un micron. Per confronto, porre una formichina su una delle due lastre eserciterebbe una forza 50 volte maggiore.

Per quanto riguarda il motore warp siamo ancora più lontani: gli autori evocano generalizzazioni non provate della relatività generale e l’accesso a ulteriori dimensioni, postulate da alcune teorie, ma lungi dall’essere completamente formalizzate dal punto di vista matematico e tanto meno dimostrate sperimentalmente. Tra gli strumenti che ci si propongono di realizzare c’è quella di un interferometro a laser, altro strumento consolidato per lo studio di vari fenomeni, primo tra tutti proprio l’esperimento di Michelson-Morley che dimostrò l’assenza dell’etere (4) .
Tuttavia non viene minimamente descritta la modalità o anche solo il concetto di effettuare esperimenti di Relatività Generale con questo strumento. Questi  gli effetti sono molto difficili da osservarsi: nella sua forma canonica è misurabile – ad esempio – con i satelliti che trasmettono il segnale GPS ed è osservata su scala galattica, ad esempio negli effetti di lenti gravitazionali. Perciò risulta estremamente difficile immaginare (e gli autori non ne accennano minimamente) come sia possibile cercare deviazioni dalla RG e ricreare addirittura le “condizioni dell’universo nell’inflazione”, sempre per usare le parole degli autori, in laboratorio, su scala di pochi centimetri.

Siamo quindi ben lontani dalla serietà di concetti rivoluzionari ma possibili come l’ascensore orbitale, la propulsione nucleare, l’utilizzo dell’antimateria dalle fasce di radiazione  planetarie come fonte di energia – realizzata in vari prototipi – e la vela solare, già realizzata in vari promettenti prototipi.

Studi su questi argomenti sono comunque di fondamentale importanza: una delle più grandi ambizioni della fisica moderna è quello di mettere insieme due teorie valide ma apparentemente inconciliabili: la relatività generale e la fisica della particelle. Una delle strade seguite negli ultimi 30 anni è quella della teoria delle stringhe, che però nonostante gli enormi progressi matematici è ben lungi dall’ essere completa e meno che mai dimostrabile sperimentalmente. Riuscendo a risolvere questo mistero si riuscirà forse un giorno ad aggirare i limiti posti dalla teoria della relatività.
Siamo comunque lontanissimi da qualunque applicazione per l’esplorazione dello spazio, che comunque è stata soprattutto limitata da tagli finanziari e di fondi piuttosto che dalla velocità della luce.

 

Marco Casolino

www.casolino.it

Note:

(1) Il pendolo di torsione,  o di Cavendish fu usata da Coulomb per misurare l’intensità della forza elettrostatica. Una versione ancora più precisa fu sviluppata da Eötvös a cavallo tra il 19° ed il 20° secolo per la misura dell’equivalenza  tra massa inerziale e gravitazionale, alla base della  teoria della Relatività.

(2) Lamoreaux, S. K. (1997). “Demonstration of the Casimir Force in the 0.6 to 6 μm Range”. Physical Review Letters 78: 5. Bibcode1997PhRvL..78….5Ldoi:10.1103/PhysRevLett.78.5.

(3)  http://prl.aps.org/pdf/PRL/v88/i4/e041804) Measurement of the Casimir Force between Parallel Metallic Surfaces , PRL 2002 vol 88, 4

(4) L’esistenza dell’etere era stata postulata perché si riteneva erroneamente  che le onde elettromagnetiche avessero bisogno – in analogia a quelle acustiche – di un mezzo in cui propagarsi. Dimostrata l’assenza dell’etere fu chiaro – in base alla teoria della relatività speciale –  che esse si  possono propagare liberamente nel vuoto. D’altro  canto il vuoto è in realtà costituito da un mare di particelle virtuali…

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