Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Star Trek, scienza e tecnologia ai limiti dell’immaginazione (2 – fine)

(questo articolo continua e conclude quello precedente)

Non ci siamo ancora

Nel libro La Fisica di Star Trek, il fisico Lawrence Krauss ha confrontato le visioni di Star Trek con la fisica contemporanea. Ma non è andato abbastanza lontano, e non ha suggerito quello che possiamo fare oggi. Un certo progresso verso “ambizioni tipo Trek” è effettivamente in corso. Nozioni per controllare le forze inerziali e gravitazionali, più il volo FTL, hanno cessato di essere solo fantascienza già da qualche decennio. Ecco alcune delle pubblicazioni più pertinenti:

1963 Induced Gravitation: Forward, R. L. “Guidelines to Antigravity,” in American Journal of Physics, Vol. 31, p. 166-170.

1988 Wormholes: Morris, M. S. & Thorne, K. S. “Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: a tool for teaching general relativity,” American Journal of Physics Vol. 56, p. 395-412.

1994 Warp Drives: Alcubierre, M. “The warp drive: hyper-fast travel within general relativity,” Classical and Quantum Gravity 11, p. L73-L77.

1997 Space Drives: Millis, M. G. “Challenge to Create the Space Drive,” AIAA Journal of Propulsion & Power 13(5), pp. 577-582.

2004 Quantum Vacuum Propulsion: Maclay, J. & Forward, R., “A Gedanken spacecraft that operates using the quantum vacuum (adiabatic Casimir effect),” Foundations of Physics 34(3), p. 477 – 500.

2009 Compilation of Approaches: Millis, M. G. & Davis, Eric. W., Frontiers of Propulsion Science, Vol. 227 of Progress in Astronautics and Aeronautics, (AIAA).

Per essere chiari, ciò non significa che queste scoperte siano sul punto di essere effettuate. Quello che si vuol dire è che la ricerca è progredita fino a evidenziare i problemi da affrontare. In termini di metodo scientifico, il primo passo cioè ‘definire il problema’ è stato completato, il secondo passo ‘raccogliere dati pertinenti ” è in corso, e alcune idee sono anche maturate fino a includere ipotesi verificabili..

Per coloro che sanno cavarsela con un trattato di livello post-laurea, il primo libro erudito sul tema ( con equazioni e con citazioni rintracciabili) è stato compilato da me e il co-editore, Eric W. Davis, con l’aiuto di oltre una dozzina di autori che hanno contribuito, e così tanti recensori che non riesco nemmeno a ricordarli tutti. Nel 2009, questo libro, Frontiers of Propulsion Science, è stato pubblicato come parte del progetto Progressi in Astronautica e Aeronautica dell’American Institute for Aeronautics and Astronautics (AIAA). Quelli che, invece, preferiscono un semplice rendiconto dei fatti, qui di seguito troveranno brevi descrizioni e note a proposito del lavoro tuttora in corso. Ho cercato di condurre il discorso con equilibrio, evitando sensazionalismo da una parte e pedanteria dall’altra.

Volo più veloce della luce

Wormholes (noti anche come stargate, un termine noto al pubblico grazie agli omonimi film e serie televisive) e Warp Drives (motori a curvatura) sono teoricamente possibili, ma la teoria che li supporta non è ancora abbastanza avanzata per guidarne la costruzione vera e propria. Queste teorie sono in sintonia con la Relatività Generale di Einstein. I progressi in corso (mi baso sul monitoraggio eseguito da Eric W. Davis per conto di Tau Zero) si concentrano principalmente sulle condizioni di energia, cioè su come abbassare la quantità di energia richiesta da tali dispositivi, e come creare e applicare la necessaria “energia negativa”. Una prima conclusione è già che lo stargate è più efficiente del motore a curvatura, come mezzo di trasporto a velocità superluminale. Un resoconto dettagliato è disponibile in:

Eric W. Davis, “Faster-Than-Light Space Warps, Status and Next Steps,” paper AIAA 2012-3860, 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Atlanta, GA, (January 9-12, 2012) (abstract).

Le notizie recenti sul lavoro di Harold “Sonny” Bianco presso il Johnson Space Center della NASA, sono state un po’ esagerate, ma si tratta essenzialmente di un tentativo di misurare la distorsione dello spaziotempo causata dalla presenza di energia negativa. Purtroppo non ho un articolo da citare in proposito, perché tali informazioni non sono (ancora?) state pubblicate. Sebbene Eric Davis stia seguendone gli sviluppi per Tau Zero, anche lui non ne sa ancora abbastanza per emettere un giudizio. Dovremo aspettare e vedere, e spero che le informazioni siano fornite dopo un esame rigoroso.

Inoltre, la fisica quantistica presenta alcuni fenomeni allettanti che potrebbero essere rilevanti per la ricerca sul FTL, come ad esempio il tunnelling e l’entanglement, che ricadono nella categoria dei fenomeni quantum non locality, un termine che ho imparato dal fisico John Cramer dell’Università di Washington, Seattle. Questo termine comprende l’idea che gli eventi o fenomeni quantistici possano esistere su più di un luogo allo stesso tempo. Il tentativo di Cramer per indagare sulle possibili implicazioni dei paradossi temporali di questi fenomeni resta ancora incompleto. L’ultimo aggiornamento che ho visto era questa pubblicazione:

J.G. Cramer, K. Hall, B. Parris, and D.B. Pengra, “Status of nonlocal quantum communication test”, Section 7.2, Univ. Washington CENPA Annual Report 2010-2011, April 2011, pp. 94-95.

Ma c’è dell’altro . I temi caldi come i Warp Drives, Wormholes e Retrocausal Signaling non sono gli unici approcci al volo FTL, ma sono gli unici nella letteratura ufficiale, finora. Per i pionieri in erba che sono in mezzo a noi, ecco un nuovo sbocco verso altri metodi per affrontare il moto FTL:

Millis_FTL-Notions-1024x767

(Nell’immagine sopra – clicca per ingrandire – : Questo diagramma indica  che vi è più di un modo per riflettere sull’FTL. Gli elementi nelle caselle blu esistono già nella letteratura scientifica, mentre i restanti nelle caselle verdi sono alcune delle speculazioni “scherzose” che abbiamo raccolto lungo la strada. Credit: M. Millis,  Fondazione Tau Zero.)

 Controllo delle forze inerziali e gravitazionali

Cioè campi gravitazionali creati durante il volo per il comfort dell’equipaggio, astronavi manovrabili senza motori a razzo, raggi traenti, ecc. Teoricamente esiste più di un modo per generare campi di accelerazione artificiali e tutti sono coerenti con la Relatività Generale di Einstein e sono documentati nel volume di Robert Forward citato in precedenza, e l’effetto di Levi-Civita]. Entrambi presentano problemi scoraggianti per la realizzazione pratica, analogmente a quanto capita per i motori a curvatura e gli stargate.

Millis_Space-Drive-Investigations

(Nell’immagine sopra – clicca per ingrandire – : C’è più di un modo per riflettere su come creare uno space drive, e questi sono stati ordinati in base alla disciplina fisica alla quale ciascuno fa riferimento. Gli elementi nelle caselle rosse si sono dimostrati essere vicoli ciechi. Credit: M. Millis, Fondazione Tau Zero.)

 I dettagli che stanno dietro questo schema e il prossimo passo della ricerca di ciascun approccio sono disponibili in:

Marc Millis, “Space Drive Physics, Introduction & next steps, JBIS 65, pp 264-277 (2012). Abstract disponibile.

Questa è il settore che suscita il mio interesse, più precisamente la Space Coupling Propulsion . Mi sono dato da fare con proposte di borse di studio per ottenere un sostegno finanziario per un lavoro che prevede di rivisitare vecchie opere di Eddington e Mach, e potenziali scalari in cui la relatività è trattata in termini di potenziali ritardati. Per chi non parla qusto livello di gergo scientifico-tecnologico dirò in linguaggio comune che sto cercando un approccio diverso per comprendere l’abbinamento tra spaziotempo (sistemi inerziali) ed elettromagnetismo. Il lavoro prevede la progettazione e la prova di nuovi sensori, in base alle vecchie teorie citate prima.

Grande potenza a bordo

L’energia nucleare è una realtà tecnologica tanto che, se utilizzata per il volo spaziale, aumenterebbe notevolmente la portata generale delle attività nello spazio. I livelli di energia necessari per il volo interstellare, anche a velocità inferiori a quella della luce, sono ancora al di là della competenza maturate dall’umanità, ma certe opinioni ottimistiche indicano che potrebbero essere raggiunte più presto di quanto non si pensi. I livelli di energia necessari per superare la velocità della luce (FTL) erano un tempo considerati “astronomicamente alti”, ma questi valori sono scesi continuamente con lo svilupparsi della ricerca, e ora sono ritenuti solo “incredibilmente alti”.

Ci sono nuove idee per sfruttare grandi quantità di energia? Ci sono approcci teorici e sperimentali credibili per migliorare la nostra comprensione del quantum vacuum energy ma questo campo è ancora troppo giovane per aver sviluppato metodi interessanti per un ampio scambio di energia. Attualmente è possibile ottenere conversioni di energia minuscole quando si lavora con piccoli elettrodi. Questi sono utili come buoni strumenti per esplorare empiricamente questo giovane campo di ricerca della fisica, ma non abbastanza da suggerire come ottenere il livello di energia necessari per il volo FTL ; livello che potrebbe rivelarsi impossibile da raggiungere .

Cosa si può fare

Se volete diventare un professionista in cerca di Star Trek-istici voli spaziali, avrete bisogno di una laurea in fisica, fervida immaginazione, rigore immutabile nel lavorare sui dettagli e perseverare nonostante le battute d’arresto, e una personale furbizia nel navigare in mezzo a un mondo più interessato a risultati a breve termine, e talvolta anche a tornare indietro per rifare tutto di nuovo.

Da coloro che preferiscono dare sostegno da bordo campo, Tau Zero sarà lieta di accettare donazioni e ora è in grado di gestire anche un’organizzazione di tipo associativo. Se, per caso, sei un generoso filantropo che, leggendo questo articolo, si chiede se abbiamo quello che serve per gestire un intero programma su questo tema, la risposta è “Sì”. Ho guidato un progetto della NASA con simili ambizioni, tra cui lo sviluppo di un processo di scelta attraverso proposte per evitare gli svantaggi di posizioni troppo pedanti o troppo estremiste. Questi dettagli figurano nell’ultimo capitolo del nostro libro “Frontiers of Propulsion Science”. Abbiamo una rete di professionisti qualificati che sarebbero felici di aiutarti, anche se solo in cambio di un modesto onorario. E se tu stesso cerchi fondi per ricerche simili, sei pregato di tenerci informati sull”andamento dei tuoi sforzi. Finora non abbiamo raccolto fondi sufficienti per avviare proposte.

Infine, ritengo sia mio dovere segnalare che esiste la possibilita di incappare in truffe addentrandosi in questi ambienti. Piuttosto che rischiare di essere coinvolto in azioni legali facendo nomi e cognomi, preferisco offrire questi consigli:

  • Se vi offrono prestazioni incredibili, non ci credete.

  • Se non vengono offerti dati risultanti da test, atti a sostenere le affermazioni dichiarate, ignorateli.

  • Se i dati offerti non sono stati esaminati da una terza parte indipendente, cercate altrove.

Al contrario, tra i segnali promettenti includerei:

  • I fornitori di servizi hanno un ‘attività comprovata nell’affrontare queste questioni spigolose in un modo che i progressi vengano pubblicati in riviste specializzate.

  • I professionisti di qualità sono aperti sia alla possibilità che un’idea possa funzionare o meno, cercando sopratutto di ottenere risposte affidabili, invece di esagerare le dichiarazioni o assumere atteggiamenti sprezzanti.

Colleghiamo i punti per ottenere un’unica visione

Questi temi sono ancora in una fase iniziale ed è difficile proiettarsi nel futuro per vedere come questi piccoli passi possano portare ai desiderati progressi radicali. Per contribuire a colmare questa lacuna, qui di seguito mi sono lanciato selvaggiamente in speculazioni e congetture scientifiche.

MagiccMillisFantascienza, se si vuole.

Primo: una dose di realtà. Considerate come la natura ha sempre tentato di disorganizzare (e continua a farlo) la nostra comprensione fisica dello spazio e del tempo. La rotazione delle galassie non obbedisce a Newton o Einstein, ma piuttosto esse sembrano essere tenute insieme da una “materia oscura” che forza le stelle all’interno delle loro galassie. Successivamente, continuando l’esame del nostro spaziotempo a distanze maggiori, riscontriamo tali valori dello spostamento verso il rosso da suggerisce che lo spaziotempo si stia espandendo più velocemente di quanto prevedano le teorie – come se una “energia oscura” o “forza antigravità” fossero responsabili di questa espansone accelerata. La fisica quantistica, con la sua incredibile capacità di previsione e di utilità pratica, ci offre anche stranezze come l’energia del vuoto quantistico e la non-località. E, infine, considerate il CMBR (la radiazione cosmica di fondo in microonde), le cui proprietà le consentono di fungere da sistema di riferimento assoluto per il moto relativo della struttura del nostro Universo. Questo fenomeno è in contrasto con le ipotesi dell’esperimento di Michelson-Morley e con il grande successo della Relatività Speciale, che sembravano respingere l’idea di un sistema di riferimento assoluto per i fenomeni elettromagnetici. In breve, la fisica non è ancora completa. Nuove scoperte ci attendono, che potrebbero aprire la strada a intere nuove tecnologie.

Ora, armati di queste incertezze, considerate che altre percezioni delle relazioni tra lo spazio, il tempo, l’inerzia, e l’elettromagnetismo potrebbero rivelarsi più azzeccate delle attuali nella descrizione della natura. Per esempio, considerate le vecchie nozioni di struttura inerziale come enunciate da Mach (strutture inerziali create dalla materia circostante), più l’altro modo in cui Eddington descriveva il piegarsi della luce in un campo gravitazionale – cioè come un indice di rifrazione dipendente dalla gravità. Queste nozioni offrono un modo di vedere le connessioni tra spaziotempo, le strutture inerziali e l’elettromagnetismo, usando la matematica dei potenziali scalari. E nella prospettiva dei “potenziali scalari ritardati” (i cambiamenti nel potenziale scalare si propagano a velocità finita), l’indice di rifrazione può esssere separato nelle sue componenti magnetiche ed elettriche, che vengono opportunamente indirizzate verso induttori e condensatori. Combinando questi punti di vista, potrebbe essere possibile dapprima rilevare, e poi indurre perturbazioni entro le strutture inerziali. Tali convertitori di energia, che convertono i cambi nelle strutture inerziali in energia elettromagnetica, potrebbero rivelare nuovi fenomeni, nuove forme d’onda nelle strutture inerziali. Queste osservazioni potrebbero poi condurci a invertire la conversione – dove l’energia elettromagnetica è usata per perturbare Le strutture inerziali – creando momentanei gradienti capaci di muovere la materia.

Queste capacità potrebbero portare alla creazione di raggi trattori e unità space driver. Da lì, si può immaginare quando tali effetti diverranno abbastanza sviluppati da poter essere usati per creare sale ricreative a 0-g sulla Terra, o habitat a 1-g per viaggi nello spazio profondo di lunga durata. Nuovi dispositivi (gli space driver), potrebbero spingere le astronavi sempre più velocemente. Raggiunte velocità più elevate, potrebbero cominciare gli esperimenti per mettere alla prova le varie teorie sull’FTL. Forse proprio una di quelle teorie potrebbe portare al primo volo FTL. E, infine, con la combinazione di motori spaziali non convenzionali, cabine a gravità artificiale per l’equipaggio, e viaggi a velocità ultraluminale… avremo infine la nostra Enterprise.

Ad Astra incrementis

titolo originale: “Star Trek – Star Tech” pubblicato su Centauri Dreams il 24 maggio 2013

traduzione di MARCO RADICI

editing ROBERTO FLAIBANI

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5 agosto 2013 - Posted by | Astronautica, Fantascienza, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , , , , , ,

1 commento »

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