"Signor Sulu, imposta una rotta, la velocità di curvatura è due": queste parole, forse, sono note a tutti i fan della fantascienza. Appartengono a James Kirk, il capitano della nave stellare Enterprise della leggendaria serie di Star Trek. Secondo la trama, gli eroi si muovono per la Galassia centinaia di volte più velocemente della luce grazie al motore di curvatura, che piega lo spazio circostante.
Nei lontani anni '60, quando la serie uscì sugli schermi, fu percepita come una fantasia impossibile. Ma oggi molti scienziati e ingegneri stanno seriamente parlando della possibilità di creare un simile motore e, inoltre, ci sono già proposte concrete.
Il limite di velocità dell'universo
Il nostro sistema solare si trova in una sezione piuttosto sottile della Via Lattea, con una bassa densità di ammassi stellari. Il sistema stellare più vicino, Alpha Centauri, dista 4,36 anni luce dal Sole. Sui razzi moderni, sviluppando una velocità di 10-15 chilometri al secondo, gli astronauti dovrebbero raggiungerlo per più di 70.000 anni!
E questo nonostante il fatto che il diametro totale della nostra Galassia sia di 100.000 anni luce. Se non riusciamo a superare nemmeno una distanza così insignificante per gli standard dell'Universo, non dovremmo nemmeno balbettare sulla colonizzazione e sull'esplorazione dello spazio profondo.
C'è un altro ostacolo più serio sulla strada per le stelle. Si riflette nella teoria della relatività di Einstein. Prima che la teoria apparisse nel 1905, la meccanica celeste di Newton regnava suprema in fisica. Secondo esso, la velocità della luce dipendeva dalla velocità di movimento dell'osservatore. Cioè, se riuscissi a raggiungere la luce e a muoverti con essa, allora si fermerebbe semplicemente per te. In seguito, Maxwell diede a questa teoria un fondamento matematico.
Mentre era ancora uno studente, Albert Einstein non poteva accettare questo postulato: sentiva che da qualche parte c'era un errore. Alla fine, ha trovato la risposta alla domanda che lo tormentava. Ha dimostrato che la velocità della luce è costante e non dipende in alcun modo da un osservatore esterno.
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Si è scoperto che era impossibile raggiungere la luce. Non importa quanto velocemente ti muovi, la luce sarà ancora avanti. La famosa formula di Einstein E = ms², dove l'energia di un corpo è uguale alla sua massa moltiplicata per la velocità della luce al quadrato, legge letteralmente quanto segue: per accelerare un oggetto alla velocità della luce, è necessaria una quantità infinita di energia, il che significa che un oggetto deve avere una massa infinita. In effetti, un razzo che vuole accelerare alla velocità della luce peserà quanto l'intero universo!
Certo, nella vita reale è assolutamente impossibile farlo, la velocità della luce è una sorta di ispettore DPS universale che una volta per tutte fissa il limite di velocità.
Sembrerebbe che questo metta fine al sogno dell'umanità di volare verso stelle lontane. Tuttavia, dieci anni dopo la pubblicazione della teoria della relatività speciale, apparve la relatività generale, dove furono forniti commenti e aggiunte più estesi.
Nella relatività generale, Einstein combinava spazio e tempo. Prima di allora, erano considerati concetti fisici diversi. Per una migliore illustrazione, ha paragonato lo spazio-tempo alla tela. In determinate condizioni, questa tela può muoversi molto più velocemente della luce. Tuttavia, questo non ha dato una risposta alla domanda principale: come, dopo tutto, superare la luce?
Per quasi 70 anni, molti ricercatori si sono interrogati su questo mistero. E un bel giorno un giovane scienziato accese la TV e, cambiando canale, si imbatté in una serie fantastica. Mentre lo guardava, gli venne in mente improvvisamente e si rese conto di come sviluppare la velocità superluminale senza violare le leggi della fisica. Il nome di questo scienziato è Miguel Alcubierre.
Warp Drive
Poi, nel 1994, Alcubierre ha studiato la teoria della relatività all'Università di Cardiff (Galles, Regno Unito). In TV, ha visto la serie "Star Trek". Lo scienziato ha attirato l'attenzione sul fatto che gli eroi usano un motore di deformazione spaziale, o motore a curvatura, per muoversi nello spazio.
Proprio come la mela caduta sulla testa di Newton una volta lo ha ispirato a creare meccaniche celesti, così lo show televisivo ha ispirato Miguel a creare una teoria che potrebbe porre fine una volta per tutte alla rapida "discriminazione" dell'Universo.
Alcubierre si mise a fare il calcolo e presto pubblicò i risultati. Ha preso come base la teoria generale della relatività, che dice che se applichi una certa quantità di energia o massa, puoi far muovere lo spazio più velocemente della luce.
Per fare ciò, è necessario creare una bolla speciale, o campo di deformazione, attorno alla nave. Questo campo di curvatura ridurrà lo spazio davanti alla nave e si espanderà dietro. Si scopre che la nave in realtà non si muove da nessuna parte, lo spazio stesso si piega e spinge la nave in una data direzione.
Il tempo e lo spazio all'interno della bolla non sono soggetti a deformazione e distorsione. Pertanto, l'equipaggio della nave non subisce sovraccarichi aggiuntivi e potrebbe sembrare che nulla sia cambiato. In questo caso, non solo gli astronauti che hanno superato una selezione e una formazione medica speciali, ma anche le persone comuni saranno in grado di volare nello spazio.
Se tu fossi sul ponte della nave durante il suo movimento a velocità superluminale e guardassi lo spazio intorno a te, le stelle si trasformerebbero in lunghi tratti. Ma se guardi indietro, non vedrai altro che un'oscurità impenetrabile, poiché la luce non può raggiungerti.
Alcubierre ha calcolato che una trasmissione a curvatura consentirebbe di raggiungere una velocità 10 volte più veloce della luce, tuttavia, a suo avviso, nulla impedisce un aumento della potenza del motore e un'accelerazione a velocità più elevate.
Tuttavia, quando ha familiarizzato con la teoria di Alcubierre, Sergei Krasnikov dell'Osservatorio Astronomico Principale di Pulkovo ha rivelato una caratteristica. Il fatto è che il pilota non sarà in grado di cambiare arbitrariamente la traiettoria della nave. Cioè, se, ad esempio, voli dalla Terra a Sirio e all'improvviso ti ricordi che non hai spento il ferro a casa, non sarai in grado di tornare indietro. Dovrai prima volare a destinazione e poi tornare indietro.
Inoltre, non sarai nemmeno in grado di contattare nessuno, poiché il campo di curvatura isola completamente la nave dal mondo esterno e blocca qualsiasi segnale. Pertanto Krasnikov ha paragonato un viaggio su una nave del genere con un viaggio in metropolitana. L'ha chiamata "metropolitana FTL".
Ma questo non è il problema principale. Il campo di deformazione stesso deve avere una carica negativa. Per crearlo, è necessaria l'energia negativa, la cui esistenza è stata dibattuta per molti anni.
Cosa non può essere
Se la gravità è l'energia di attrazione, l'energia negativa dovrebbe avere proprietà opposte e respingere gli oggetti estranei da se stessa. Ma come si ottiene tanta energia?
Nel 1933, il fisico olandese Hendrik Casimir suggerì che se prendi due piastre metalliche identiche e le posiziona perfettamente parallele tra loro alla minima distanza possibile, inizieranno ad attrarsi. Come se una forza invisibile li spingesse l'uno verso l'altro.
Secondo la meccanica quantistica, il vuoto non è un luogo assolutamente vuoto; in esso compaiono costantemente coppie di particelle di materia e antimateria, che si scontrano e si annichilano istantaneamente. Questo processo richiede letteralmente miliardesimi di secondo. Quando entrano in collisione, viene rilasciata una quantità microscopica di energia, che crea una pressione totale diversa da zero in un vuoto "vuoto".
È importante avvicinare le piastre il più vicino possibile, quindi il volume delle particelle all'esterno supererà notevolmente il loro numero nello spazio tra le piastre. Di conseguenza, la pressione dall'esterno comprimerà le piastre e la loro energia, a sua volta, diventerà inferiore a zero, cioè negativa. Nel 1948, un esperimento riuscì a misurare l'energia negativa. È passato alla storia con il nome di "effetto Casimir".
Nel 1996, dopo 15 anni di sperimentazione e ricerca, Steve Lamoreau del Los Alamos National Laboratory, insieme a Umar Mohidin e Anushri Roy dell'Università della California a Riverside, è riuscito a misurare con precisione l'effetto Casimir. Era uguale alla carica di un eritrocita, un globulo rosso.
Ahimè, questo è semplicemente mostruosamente piccolo per creare un campo di deformazione, ci vogliono miliardi di volte di più. Fino a quando non sarà possibile generare energia negativa su scala industriale, il motore a curvatura rimarrà sulla carta.
Attraverso le difficoltà alle stelle
Nonostante tutte le difficoltà nella creazione, il motore a curvatura è il candidato più probabile per il primo volo interstellare. Progetti alternativi, come una vela solare o un motore termonucleare, possono raggiungere solo velocità inferiori alla luce, e come wormhole o stargate sono eccessivamente complessi e richiedono migliaia di anni per essere completati.
Oggi, la NASA sta sviluppando più attivamente un prototipo di un motore a curvatura, i cui specialisti sono sicuri che questo sia più un problema tecnico che teorico. E un team di ingegneri lo sta già facendo al Johnson Space Center, dove una volta era stato preparato il primo volo con equipaggio sulla luna.
Secondo molti esperti, molto probabilmente i primi campioni di tecnologia di deformazione spaziale appariranno non prima di 100 anni dopo, fatta salva la disponibilità di finanziamenti costanti.
Dimmi, fantastico? Ma forse vale la pena ricordare che pochi anni prima che i fratelli Wright prendessero il volo in aria, l'eminente fisico inglese William Thomson disse che niente di più pesante dell'aria poteva volare. E 60 anni dopo, il primo cosmonauta della Terra sorrise e disse: "Andiamo!.."
Adilet URAIMOV
