Energia Negativa, Wormholes e Velocità Warp
di Fabrizio Rondina ( HWH 22 )

La costruzione di WormHoles e Velocità Warp richiederebbe una forma di energia molto inusuale. Sfortunatamente le stesse leggi della fisica che permettono l'esistenza di questa "energia negativa", sembrano anche essere un limite a questo comportamento. Se potrebbe esistere un wormhole, esso sicuramente apparirebbe come un'apertura sferica verso parti distanti del cosmo. Siccome la eventuale considerazione dei wormholes, non risponde a nessuna legge fisica conosciuta, verrebbe richiesta la produzione di un quantitativo abnorme di energia negativa. Potrebbe una regione di spazio contenere meno di niente ? Il senso comune della logica direbbe sicuramente di no; il massimo che si potrebbe fare sarebbe di rimuovere tutta la materia e tutte le radiazioni, lasciando solo il vuoto. Ma la fisica quantistica ha pure la prerogativa di confondere le intuizioni, e questo caso non è un'eccezione. Una regione di spazio "spenta" può contenere meno di niente. La sua energia per unità di volume (densità energetica), può essere meno di zero. Inutile dire che queste implicazioni sono alquanto bizzarre. In accordo con la Teoria della Gravità di Einstein, la presenza di materia ed energia avvolge la struttura geometrica di spazio e tempo. Quello che noi percepiamo come gravità è la distorsione dello spazio-tempo prodotta da energia o massa normale e positiva. Ma quando l'energia o massa negativa, distorce lo spazio-tempo, possono verificarsi tutta una serie di fenomeni strani e inspiegabil: wormholes attraversabili i quali potrebbero comportarsi come tunnels verso altre parti distanti nell'universo; viaggi in curvatura i quali dovrebbero permettere spostamenti veloci nello spazio, macchine del tempo che permetterebbo spostamenti nel passato. L'energia negativa potrebbe anche essere usata per costruire apparecchiature a moto perpetuo, o per distruggere buchi neri. Un episodio per Star Trek non potrebbere chiedere di meglio. Per i fisici, queste affermazioni suonano come un campanello d'allarme. I potenziali paradossi di viaggio a ritroso nel tempo, come ad esempio uccidere vostro nonno prima che vostro padre sia stato concepito, sono stati lungamente esplorati nella finzione scientifica, e le altre conseguenze dell'energia negativa sono anch'esse problematiche. Essi hanno sollevato una questione di importanza fondamentale: possono le leggi fisiche che permettono energia negativa, porre qualche limite nei loro comportamenti ? E' stato trovato che la natura impone limiti rigorosi sulla magnitudine e la durata dell'energia negativa, la quale (sfortunatamente come dice qualcuno), sembra rendere la realizzazione di wormholes e viaggi warp, molto difficile, se non impossibile. Prima di procedere oltre, bisogna ricordare e porre attenzione a quello che l'energia negativa NON E'. Non deve essere confusa con l'antimateria, la quale ha energia positiva. Quando un elettrone e la sua antiparticella, il positrone collidono, vengono annichiliti. Il prodotto finale è la formazione di raggi gamma che trasportano energia positiva. Se le antiparticelle sono composte di energia negativa, potrebbe risultare una energia finale di valore zero. Non bisogna poi confondere l'energia negativa con quella associata alla costante cosmica, postulata nei modelli inflazionistici dell'universo (Cosmological Antigravity, di Lawrence M. Krauss; SCIENTIFIC AMERICAN, Gennaio 1999), che come costante rappresenta pressione negativa ma energia positiva. Il concetto di energia negativa non è pura fantasia; alcuni suoi effetti sono stati riprodotti in laboratorio. Essi nascono dai principi di Heisemberg, che richiedono che la densità energetica di qualsiasi campo magnetico, elettrico o altro, possa fluttuare in modo casuale; anche quando essa è di valore zero in media, come nel vuoto, fluttua allo stesso modo. Di conseguenza il vuoto quantistico non può mai rimanere vuoto nel senso classico del termine; è un mare rotolante di particelle "virtuali", spinte spontaneamente in ogni direzione. Nella teoria dei quanti, la classica nozione di energia zero, corrisponde al vuoto con tutte le sue fluttuazioni; così se a volte si riesce di ottenere di smorzare le oscillazioni, il vuoto potrebbe arrivare ad avere meno energia del normale, cioè anche meno dell'energia zero. Nel quadro generale delle energie negative, è proprio la relatività generale di Einstein a costituire il quadro necessario a capire i fondamenti della fisica del viaggio nel tempo. Le nozioni usuali di spazio e di tempo, in questa teoria, sono fuse insieme, indissolubilmente, in uno spazio-tempo quadridimensionale, la cui geometria dipende, attraverso le equazioni di Einstein, dalla distribuzione di tutte le masse presenti nell'universo, rappresentate dai corpi celesti e dall'ipotetica materia oscura, la cui esistenza è ancora controversa. Anche se i concetti di spazio e tempo, considerati separatamente, non hanno senso di per sé ma soltanto relativamente a un dato osservatore, è nondimeno possibile definire senza alcuna ambiguità il futuro e il passato di ogni evento dello spazio-tempo (in parole povere, un evento corrisponde all'assegnazione di un "qua-spazio e di un "adesso-tempo). Dato che la velocità della luce è la stessa per tutti gli osservatori e che nessun segnale viaggia più velocemente della luce, la regione spaziotemporale, di forma conica, che costituisce il futuro di un evento "qua-adesso", è delimitata dai raggi di luce che si propagano, "qua" e "adesso", nello spazio-tempo, simili alle onde circolari che produce un sasso gettato in uno stagno; specularmente si definisce il cono-luce del passato. L'evoluzione nello spazio-tempo di un oggetto che si trova "qua-adesso" (ovvero, la sua linea d'universo) sarà dunque contenuta, nel cono-luce dell'evento"qua-adesso", tanto nel passato, quanto nel futuro. In base alla teoria della relatività, i viaggi di sola andata verso il futuro sono possibili. Se ad esempio si vuole visitare la Terra tra cento anni, basterà salire su un'astronave, raggiungere un stella lontana poco meno di cinquanta anni luce e tornare indietro, viaggiando ad un velocità pari a circa 99,999946 per cento di quella della luce: al rientro sulla Terra, essa sarà invecchiata di cento anni, mentre il vostro orologio vi indicherà che è trascorso soltanto un anno. Al di là delle limitazioni biologiche e delle insormontabili difficoltà tecniche che possono rendere del tutto irrealizzabile un tale progetto, rimane il fatto che simili fenomeni di "dilatazione del tempo" (previsti da Pierre Langevin già nel 1911 e noti sotto il nome di "Paradosso dei gemelli") sono stati verificati sperimentalmente: si è infatti osservato che le particelle subatomiche instabili vivono tanto più a lungo quanto più la loro velocità è prossima a quella della luce. Ma un viaggio di sola andata nel futuro non è di per sé molto interessante, e forse non è nemmeno definibile propriamente come viaggio: assomiglia più a uno stato di ibernazione che ci consente di svegliarci tra cento anni invecchiati appena di dieci, e non ci dà la possibilità di sfruttare le informazioni che acquisiamo sul tempo futuro per migliorare la nostra vita presente, che è la sola che conta. Affinchè i viaggi di andata e ritorno nel tempo siano realizzabili, è necessario che lo spazio-tempo sia abbastanza "curvo da permettere l'esistenza di linee d'universo chiuse (di tipo tempo), seguendo le quali il viaggiatore si sposterà sempre verso il proprio futuro raggiungendo infine un evento appartenente al passato dell'evento di partenza. Un simile percorso risulterebbe naturalmente impossibile in uno spazio-tempo piatto, tanto quanto sarebbe impossibile arrivare ad Oriente navigando verso Occidente se la Terra fosse piatta. Ora, si danno due possibilità: o queste linee d'universo chiuse esistono già in natura, oppure c'è un modo di costruirle artificialmente. In questo senso, una macchina del tempo non è affatto un veicolo più o meno futuribile, quanto un modo di deformare in maniera appropriata lo spazio-tempo. Un metodo per la produzione di energia negativa, introduce e implica dei limiti geometrici nello spazio. Nel 1948 il fisico olandese Hendrik B.G.Casimir mostrò che 2 piastre metalliche parallele e non caricate, alterano la fluttuazione del vuoto nello stesso modo in cui si attraggono l'un l'altra. La densità di energia fra le 2 piastre fu successivamente calcolata come "negativa". In effetti le piastre riducono le fluttuazioni nello spazio fra esse stesse; questo genera energia negativa e pressione che spingono le piastre assieme. Più lo spazio si restringe, più aumenta energia negativa e pressione e più le piastre si attraggono l'un l'altra. L'effetto Casimir è stato recentemente misurato da Steve K.Lamoreaux del Laboratorio Nazionale di Los Alamos e da Umar Mohideen dell'Università della California. In modo analogo, negli anni '70, Paul C.W.Davies e Stephen A.Fulling, allora al King's College dell'Università di Londra, predissero che un limite mobile così come uno specchio mobile, potrebbero produrre un flusso di energia negativa. [CONTINUA]