La collaborazione ALPHA ha condotto l'esperimento più accurato mai realizzato per misurare il comportamento dell'antimateria neutra in un campo gravitazionale. A seconda dei risultati, questo potrebbe aprire la porta a nuove incredibili tecnologie. Molte tecnologie di fantascienza rimarranno nel regno della finzione per molto tempo (o per sempre), a meno che la fisica non cambi. Ma molti esperimenti possono verificare anche questo?
Il sogno della comunicazione istantanea, le astronavi interstellari e la capacità di viaggiare nel tempo sono cliché banali della fantascienza. In molti modi, rappresentano le più grandi speranze dell'umanità, e tuttavia si affidano a una tecnologia che va oltre ciò che è attualmente noto. Tuttavia, vengono costantemente condotti e sviluppati nuovi esperimenti. Se siamo fortunati, cosa possiamo trovare oltre l'orizzonte? Ethan Siegel di Medium.com risponde alla seguente domanda:
"Supponendo che siamo fortunati, che tipo di esperimenti scientifici nei prossimi decenni potrebbero aprirci opportunità di fantascienza?"
Ci sono alcune fantastiche opportunità che potrebbero scuotere la nostra realtà entro la fine del 21 ° secolo.
Qualsiasi razzo mai costruito richiede carburante. Ma se dovessimo creare un motore di materia oscura, il nuovo carburante potrebbe essere trovato letteralmente ad ogni passo del percorso attraverso la galassia.
La materia oscura può essere una fonte illimitata di carburante che non abbiamo bisogno di portarci dietro
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Uno dei più grandi misteri della scienza è, infatti, la natura della materia oscura. Sappiamo che esiste attraverso l'osservazione indiretta e sappiamo che ce n'è in abbondanza. Se si somma tutta la materia ordinaria in una grande galassia, si scopre che c'è cinque volte più materia oscura. Ed è quasi certamente costituito da particelle con alcune proprietà comuni:
- hanno massa
- non hanno carica elettrica o colorata
- interagiscono gravitazionalmente
- devono, a un certo livello, scontrarsi tra loro e / o con materia ordinaria
Dalla famosa formula di Einstein E = mc2, abbiamo appreso che la materia oscura contiene un'enorme quantità di energia: cinque volte di più di tutta la materia ordinaria messa insieme. Se l'universo è buono con noi, potremmo provare a estrarlo.
La distribuzione di massa di Abell 370, ricostruita utilizzando lenti gravitazionali, mostra due grandi aloni di massa diffusi corrispondenti alla materia oscura dei due ammassi che si fondono. C'è cinque volte più materia oscura vicino e all'interno di qualsiasi accumulo di materia ordinaria.
Molti esperimenti stanno cercando collisioni di materia oscura sia con la materia ordinaria che con se stessa. In generale, ci sono due tipi di particelle: fermioni (con spin semi intero) e bosoni (con spin intero). Se la materia oscura è un bosone, significa che molto probabilmente è la sua stessa antiparticella, il che significa che se prendi due particelle di materia oscura e le costringi a interagire tra loro, si annichiliranno reciprocamente. E se vengono distrutti, produrranno pura energia. In altre parole, è una fonte di energia gratuita e illimitata disponibile ovunque e in abbondanza. E non hai nemmeno bisogno di portarlo con te se decidi di attraversare l'Universo. Pertanto, quando si sente parlare di esperimenti per la ricerca della materia oscura, l'energia illimitata e gratuita è il nostro obiettivo finale e desiderato.
Un'illustrazione di un campo di curvatura di Star Trek che restringe lo spazio davanti ad esso, allungando lo spazio dietro di esso
L'antimateria può avere massa negativa, il che significa che potrebbe essere la chiave per un motore a curvatura
Se vuoi viaggiare verso le stelle, le fonti convenzionali di energia e carburante ti porteranno fuori dal recinto solo fino all'ora di pranzo. Oppure non si muoveranno più velocemente della velocità della luce. La stella di tipo solare più vicina con mondi potenzialmente abitabili, Tau Ceti, dista circa 12 anni luce. Cioè, il viaggio di andata e ritorno da solo richiederà almeno metà della tua vita. Ma se potessimo ridurre lo spazio davanti a noi mentre viaggiamo attraverso lo spazio interstellare mentre lo espandiamo dietro di noi, potremmo arrivarci molto più velocemente. Questa è stata l'idea dell'astrofisico Miguel Alcubierra nel 1994, che in seguito l'ha formalizzata secondo i canoni della scienza rigorosa.
Solo ora, per risolvere Alcubierra, serve una massa negativa
Per ottenere la corretta configurazione dello spazio-tempo necessaria per accelerare il motore a curvatura, devono essere soddisfatte due condizioni: una quantità colossale di energia e l'esistenza di una massa negativa. Questa massa negativa, che è ancora nota solo sulla carta, è necessaria per la corretta curvatura dello spazio-tempo, e quindi per il movimento dell'ordito. Ma non abbiamo mai misurato la massa delle particelle di antimateria; cadono "giù" o "su" nel campo gravitazionale, questo è ancora sconosciuto. L'esperimento ALPHA del CERN sta attualmente misurando gli effetti gravitazionali dell'antimateria e il suo comportamento in un campo gravitazionale. Se la risposta è cadere "in alto" nel campo gravitazionale, prenderemo semplicemente la nostra massa negativa e assembliamo il motore a curvatura.
Lo strumento Virtual IronBird ti consente di creare gravità artificiale, ma richiede molta energia e ti consente di fornire solo una forza centripeta specifica. La vera gravità artificiale richiederebbe una massa negativa
La massa negativa ci permetterebbe anche di creare gravità artificiale
La stessa possibilità - l'esistenza di una massa negativa nell'Universo - ci permetterebbe di creare un campo gravitazionale artificiale. L'esistenza di cariche positive e negative nell'elettromagnetismo ci consente di creare conduttori, manipolare campi elettrici e schermare quei campi elettrici. La gravità, per come la intendiamo ora, ha un solo tipo di carica: massa positiva. L'esistenza di una massa negativa ci consentirebbe di creare un vero ambiente con gravità zero e ci fornirebbe la capacità di creare un campo gravitazionale artificiale di qualsiasi grandezza tra due sistemi di massa positiva e negativa.
L'idea del viaggio nel tempo emerge costantemente nella fantascienza. Ma se ci sono curve chiuse simili al tempo nell'universo, questo non solo è possibile, ma inevitabile.
Un universo rotante potrebbe permetterci di tornare indietro nel tempo
Allo stesso tempo, il viaggio nel tempo non è solo possibile, ma anche inevitabile … nella direzione in avanti. Poiché lo spazio e il tempo sono uniti dalla struttura dello spazio-tempo, ci vorrà una significativa scossa della fisica che conosciamo per far scorrere il tempo nella direzione opposta. Nello spazio, tornare alla sua posizione originale è abbastanza semplice: la Terra stessa lo fa quando gira attorno al Sole, ma allo stesso tempo percorre una distanza significativa in avanti nel tempo, cioè il tempo passa, circa un anno. Una "curva simile a uno spazio chiuso" è facile da realizzare. Tuttavia, per tornare al punto di partenza nel tempo, sarà necessario qualcosa di insolito: una "curva simile al tempo chiusa" è una caratteristica che non esiste nel nostro Universo in espansione e pieno di materia. A meno che l'universo non stia girando.
Nell'universo che ruota, esiste una soluzione esatta in cui la densità della materia e la costante cosmologica (nota anche come energia oscura) hanno determinati valori e l'universo deve avere curve simili al tempo. Fino ad ora, abbiamo solo imposto restrizioni alla rotazione generale e globale dell'Universo, ma non l'abbiamo completamente esclusa. Se l'universo ruota ad una certa velocità, bilanciata da una data densità di materia e da una costante cosmologica, sarà assolutamente possibile tornare indietro nel tempo e ritornare nel punto esatto da cui si è partiti, non solo nello spazio, ma anche nello spazio-tempo. Indagini su larga scala delle strutture del cielo profondo, che possono fornire osservazioni dagli osservatori WFIRST o LSST, potrebbero rivelare tale rotazione, se presente.
Immagine concettuale del satellite WFIRST della NASA, che andrà nello spazio nel 2024 e ci fornirà le misurazioni più accurate dell'energia oscura e farà anche altre scoperte
Ci sono sempre più possibilità esotiche di quelle consentite dalla scienza - teletrasporto di oggetti fisici, movimento istantaneo tra luoghi aperti (wormhole) o comunicazione più veloce della velocità della luce - ma ciò richiederà danze molto più complesse con i tamburelli di un semplice esperimento con due possibili risultati. Tuttavia, continuiamo a cercare. La scienza non è una storia a senso unico. È una storia poliziesca in corso, in cui ogni scoperta, ogni punto di dati e ogni esperimento porta inevitabilmente a domande più profonde in futuro. È importante mantenere una mente aperta lungo la strada.
Ilya Khel
