RAGGIUNGERE LE STELLE. DISTINGUERE IL PENSABILE DALL'IMPROBABILE.

Andrea
13 févr. 2023
12 min de lecture

Dernière mise à jour : 14 févr. 2023

Dopo aver analizzato l’aspetto del bisogno energetico nel primo episodio, questo racconto propone una classificazione dei gradi di realismo delle idee e dei progetti che vengono comunemente proposti dal repertorio della scienza e della fantascienza.

Teletrasporto, tunnel spazio-temporali, motore a curvatura, energia nucleare, vela solare, quale tecnica potrebbe un giorno essere impiegata per realizzare un viaggio verso le stelle vicine?

Nel primo episodio sul viaggio interstellare, abbiamo citato gli elementi di cui dovremo imperativamente cambiare il paradigma, soprattutto in termini di energia, per poter sperare di rendere possibile quest’impresa. Ma ci siamo anche resi conto che se le barriere che ne ostacolano la realizzazione tecnica sono ancora proibitive, da un punto di vista teorico l’umanità possiede già le conoscenze per poter almeno immaginare delle soluzioni ambiziose… e una di queste potrebbe un giorno portarci sulle stelle vicine alla scoperta di mondi mai esplorati.

LA SCALA DELL’IMPOSSIBILITA’.

I razzi a combustione chimica e più recentemente la propulsione ionica sono le tecnologie fino ad ora utilizzate per la stragrande maggioranza delle missioni nel sistema solare, ma per quanto si possa ottimizzarne il rendimento, sappiamo già che non sarà con queste tecnologie che potremo raggiungere velocità utili al fine di un viaggio interstellare.

E allora quando si parla di qualcosa che rimanda ad un futuro che probabilmente nessuno di noi vivrà, il confine fra scienza e fantascienza diventa spesso opaco ed è piuttosto facile scivolare in un generico luogo comune del “tutto è possibile… in un futuro lontano”.

Ma in realtà non è sempre così… perché ci sono cose impossibili oggi, per le quali non vi è nessun motivo di pensare che possano diventare possibili un giorno, ed altre invece, che si presentano come impossibili a fronte delle capacità odierne, ma che è ragionevole pensare che il progresso tecnologico le renderà realizzabili in un futuro più o meno lontano.

E allora potremmo pensare ad una sorta di classificazione dei gradi di possibilità e di impossibilità, che ci permetta di fare una distinzione tra le soluzioni probabilmente destinate a restare nei romanzi di fantascienza, e quelle che invece le future generazioni potrebbero un giorno mettere in opera per realizzare quella missione interstellare che per il momento possiamo solo sognare.

Per esempio, vi sono ipotesi che potremmo classificare come INVEROSIMILI, poiché violano semplicemente le leggi della fisica oppure fanno appello a tipi o a quantità di materia apparentemente non disponibili nell’universo. Certo si tratta delle leggi delle fisica conosciute oggi, ma se non è impossibile che la teoria della relatività possa un giorno essere estesa o completata così come lo è stata la teoria della gravitazione di Newton, è più difficile pensare che possa essere completamente contraddetta nei suoi principi fondamentali, e che ciò che ne viola i limiti oggi, diventi possibile un giorno… per quanto questo possa essere lontano nel futuro.

Poi potremmo identificare delle soluzioni che definiremo semplicemente come IMPROBABILI, in cui le leggi della fisica non sono fondamentalmente violate, ma la cui realizzazione presenta molteplici zone d'ombra ed interrogativi che appaiono come limiti indipendenti dal nostro progresso tecnologico.

E poi c’è la categoria che chiameremo del “PENSABILE”, per cui la momentanea impossibilità risiede esclusivamente in una questione tecnica, che per quanto sia per ora proibitiva, non impedisce di pensare a progetti per i quali si possono stimare i costi e i tempi di realizzazione, nonché definire i risultati attesi, senza bisogno di fare appello a leggi della fisica da inventare o a tecnologie extraterrestri da scoprire.

INVEROSIMILE - IL TELETRASPORTO.

Incominciamo con il liberarci da un’illusione che lasceremo subito nel girone della fantascienza. Il teletrasporto, sparire da un punto A, e ricomparire istantaneamente in un punto B, situato magari in un altro sistema stellare.

Innanzitutto se il nostro riferimento è il teletrasporto umano presentato in Startrek, beh tecnicamente… si tratta di un omicidio. Perché la persona nel punto A viene scomposta e quindi uccisa prima di essere ricomposta nel punto B. Ma tralasciamo pure questo dettaglio di poco conto.

Dopo aver scomposto un corpo o un oggetto, il teletrasporto richiede la trasmissione della materia o dell’enorme quantità di dati necessari alla ricomposizione istantanea dei miliardi di atomi di cui il corpo si compone. E pur tralasciando il fatto che questo prenderebbe un tempo considerevole anche se il teletrasporto avvenisse a pochi metri di distanza, in ogni caso, l’informazione stessa o qualsiasi altra cosa si trasferisca con il teletrasporto… non andrà comunque più veloce della luce e, nell’ottica di un viaggio interstellare, impiegherebbe dunque diversi anni per raggiungere la destinazione finale. Tempo durante il quale il corpo teletrasportato… cesserebbe di esistere.

Inoltre, l’installazione nel luogo di destinazione della macchina o della tecnologia necessaria alla ricomposizione…beh..presuppone di essere già arrivati in questo luogo in precedenza.

E attenzione, se state pensando al cosiddetto “teletrasporto quantistico”, con questo termine si fa riferimento ad esperimenti dove vengono trasmesse informazioni, non materia… ma non è il tema di questo video.

Insomma per una lunga serie di incoerenze e di improbabilità, il teletrasporto istantaneo almeno così come comunemente lo si immagina è quasi certamente destinato a restare nel repertorio della fantascienza.

INVEROSIMILE - WORMHOLE - IL TUNNEL SPAZIO TEMPORALE.

In astrofisica, un ponte di Einstein-Rosen, detto anche cunicolo spazio-temporale o wormhole, è un oggetto ipotetico che creerebbe una specie di scorciatoia tra due regioni distinte dello spazio. Questo artificio è comunemente usato nei film di fantascienza come espediente per rendere plausibile la scoperta di luoghi altrimenti inaccessibili con i mezzi convenzionali.

Per rappresentarlo più semplicemente, possiamo pensare all’universo come ad un foglio di carta, la cui superficie verrebbe ripiegata su se stessa consentendo così di viaggiare direttamente da un punto A a un punto B in un tempo drasticamente ridotto rispetto a quello necessario per percorrere la distanza in modo lineare sulla superficie piana del foglio.

« Sebbene non si vìolino sostanzialmente le leggi della fisica, i tunnel spazio temporali sono fenomeni puramente teorici e mai osservati in natura. »

La nascita di questa idea dei tunnel spazio temporali si fa comunemente risalire al 1935, quando Albert Einstein e Nathan Rosen ne teorizzarono l’esistenza proponendoli come una fluttuazione quantica di grande instabilità e il cui attraversamento sarebbe stato impensabile.

Nel tempo, illustri scienziati, tra i quali Stephen Hawking e Kip Thorne, ne hanno elaborato diverse varianti alcune delle quali prevedono invece la possibilità di attraversarli per raggiungere regioni lontane dell’universo, se non addirittura ipotetici universi paralleli. Ma tutte queste varianti attraversabili richiedono e presuppongono l’utilizzo, la padronanza… ma soprattutto l’esistenza di materia avente massa negativa, talvolta chiamata anche materia esotica, ovvero un tipo di materia la cui massa avrebbe la caratteristica di curvare lo spazio-tempo in senso opposto, creando una specie di dosso invece del classico avvallamento spazio-temporale che conosciamo e che è ciò che fa cadere un corpo nel campo gravitazionale di un altro oggetto più massivo.

E così la massa negativa respingerebbe la materia anziché attirarla a sé, e sarebbe dunque necessaria a mantenere aperto il tunnel spazio-temporale e ad evitarne il collasso istantaneo, evitando anche che l’immensa energia capace di piegare lo spazio-tempo…pieghi anche il malcapitato che provi ad attraversare il tunnel.

Ma purtroppo la materia esotica sembra non esistere da nessuna parte.

Molti di voi potranno forse obiettare la presunzione di classificare i ponti di Einstein-Rosen nella categorica dell’inverosimile quando invece scienziati del più alto calibro ne hanno preso in considerazione l’esistenza. Ma in realtà l’inverosimilarità che vi propongo non riguarda la loro eventuale esistenza in natura, il che non si può escludere, quanto la possibilità che l’umanità possa riuscire a domare l’energia più devastante dell’universo capace di piegare lo spazio ed il tempo, e ad utilizzarla a proprio piacere per viaggiare nel cosmo. Ed è piuttosto questa parte a sembrare piuttosto inverosimile.

INVEROSIMILE - IL MOTORE A CURVATURA.

Non vogliatemene se insisto con il classificare come inverosimili tutti quei concetti e quelle teorie che ci hanno fatto sognare nei film di fantascienza… ma mi riesce difficile fare diversamente se voglio tener fede alla promessa di pesare pragmaticamente le possibilità che queste ipotesi possano un giorno essere impiegate per un viaggio interstellare.

E poi in fondo… inverosimile non significa impossibile… e nulla ci vieta di continuare a subirne il fascino.

Nel 1994 il fisico messicano Miguel Alcubierre propose una soluzione delle equazioni di Einstein che avrebbe permesso a un veicolo spaziale di viaggiare più velocemente della luce, ma… senza veramente superarne la velocità, poiché altrimenti sarebbe incompatibile con la teoria della relatività.

« Questa ipotesi altamente speculativa è conosciuta come la “metrica di Alcubierre” ed è la base del cosiddetto motore a curvatura, che prevede che non sia propriamente il veicolo a spostarsi, bensì lo spazio-tempo circostante a contrarsi e a dilatarsi. »

Ciò avverrebbe creando una sorta di bolla spazio-temporale intorno al veicolo, dove lo spazio in direzione della destinazione verrebbe contratto e dunque accorciato, permettendo alla bolla di spostarsi attraverso il tessuto dello spazio-tempo senza bisogno di avere un’accelerazione e una velocità propria.

Se in termini teorici, anche in questo caso non si violano le leggi della fisica, sul piano della fattibilità però siamo sulla stessa barca dei tunnel spazio temporali. Perché innanzitutto servirebbe di nuovo l’esistenza e l’utilizzo di materia avente massa negativa e in una quantità che alcuni calcoli hanno stimato essere superiore a quella dell’universo osservabile, e poi perché alcune simulazioni matematiche avrebbero messo in evidenza degli effetti catastrofici all’interno e intorno alla bolla spazio-temporale, nonché l’impossibilità di aver il benché minimo controllo sul sistema di navigazione.

E dunque più o meno per le stesse ragioni dei cunicoli spazio-temporali, l’utilizzo di un motore a curvatura capace di distorcere a nostro piacimento lo spazio ed il tempo… sembra anch’esso essere altamente improbabile.

IMPROBABILE - L’ASPIRATORE INTERSTELLARE.

Lo spazio interstellare che si tende comunemente a considerare vuoto, non è in realtà così vuoto come lo si pensa ed anzi le sonde voyager hanno recentemente confermato una densità di materia più elevata di quella prevista dai modelli teorici. Nonostante si tratti di densità che restano infime, dell’ordine di poche migliaia di particelle per metro cubo contro i non so quanti milioni di miliardi dell’atmosfera terrestre, nel 1960 il fisico Robert Bussard ipotizzo’ di utilizzare dei laser per ionizzare le particelle d’idrogeno dello spazio interstellare in modo da attirarle verso un’astronave tramite l’uso di grandi campi elettromagnetici, ed infine comprimerle fino a raggiungere la densità e la temperatura necessarie ad innescare una fusione termonucleare che permetterebbe la propulsione.

Questa soluzione, conosciuta anche come “collettore di Bussard” non viola nessuna legge della fisica e da un punto di vista tecnico… non sarebbe nemmeno così irrealizzabile… o quasi… perché purtroppo anche qui c’è un ostacolo che sembra destinato a restare tale a prescindere dalle nostre capacità.

Affinché il collettore di Bussard possa permettere ad una astronave di raggiungere velocità elevate è indispensabile che la fusione nucleare degli atomi di idrogeno avvenga istantaneamente quando le particelle sono ancora in movimento, altrimenti un eventuale stoccaggio in serbatoi contribuirebbe a frenare il veicolo, anziché accelerarlo.

Ma il problema è che la fusione nucleare dell’idrogeno è nota per essere estremamente lenta… ed è tra l’altro ciò che permette al nostro sole di brillare stabilmente per miliardi di anni. E questo, è un processo naturale che è ragionevole pensare non sia destinato a cambiare, indipendentemente dal nostro avanzamento tecnologico.

Pertanto a meno che non si cambi qualcosa di sostanziale nel concetto stesso del collettore di Bussard, l’ipotesi dell’aspiratore interstellare resterà relegata al rango di “IMPROBABILE.

PENSABILE - LA PROPULSIONE NUCLEARE AD IMPULSO.

Una delle idee più realistiche che posso proporvi in questo racconto, se non altro perché vi sono stati basati progetti più che concreti nel corso degli ultimi 70 anni, è la propulsione nucleare ad impulso, che consiste nell’utilizzo di ordigni nucleari sganciati ad intervalli ben precisi dal retro di un'astronave che, tramite una placca ammortizzatrice situata in coda, utilizza la forza sprigionata dalle bombe, come energia utile ad imprimere una spinta progressiva verso l’avanti.

Il progetto Orione prese forma negli anni 50, e se in origine fu pensato per realizzare viaggi nel sistema solare, nel corso degli anni ispirò un gran numero di varianti che ne elevavano l’ambizione al raggiungimento delle stelle vicine.

Le varianti interstellari differivano tra loro in termini di obiettivi, peso del carico utile, destinazione o dimensioni dell’astronave, ma avevano tutte in comune l'utilizzo della propulsione nucleare ad impulso che avrebbe dovuto garantire prestazioni che superavano di gran lunga quelle dei migliori razzi convenzionali… e… con una relativa semplicità tecnologica e fattibilità a medio termine. Il progetto Orione era, e sarebbe tutt’ora…davvero a portata di mano.

Tuttavia nel contesto degli anni 50 condizionato dal timore dell’escalation nucleare tra le superpotenze della guerra fredda, l’idea di fare esplodere sulla terra o anche solo nell’alta atmosfera tutta una serie di bombe atomiche… poneva più di un problema alla politica e all’opinione pubblica, nonché ai vertici della Nasa le cui linee guida vietavano l’uso del nucleare.

Anche se il progetto Orione continuò ad ispirare altri progetti basati sulla propulsione nucleare ad impulso, il colpo di grazia gli venne portato nell'agosto 1963, con la firma del trattato sulla messa al bando parziale dei test nucleari.

PENSABILE - IL PROGETTO DAEDALUS.

Dalle ceneri del progetto Orione, prese vita il Progetto Daedalus, che consiste in uno studio condotto negli anni ‘70 dalla British Interplanetary Society che aveva come obiettivo la realizzazione di un'astronave interstellare per trasportare un carico utile di 500 tonnellate, che, essendo un carico piuttosto modesto, escludeva la presenza umana a bordo.

Il progetto si prefissava imperativamente di essere il più realistico possibile, e preveda l’impiego di tecnologie contemporanee o di prossima realizzazione in grado di raggiungere una destinazione entro una durata massima di 50 anni di viaggio.

La destinazione era la Stella di Barnard, nella costellazione dell’Ofiuco, un sistema stellare relativamente vicino, a soli 5,9 anni luce di distanza, e dove già all’epoca si pensava vi fosse un sistema planetario. Cosa che verrà confermata solo recentemente nel 2018.

La propulsione del progetto Daedalus consisteva nella cosiddetta “fusione nucleare a confinamento inerziale”, che in breve consiste nella fusione di due nuclei atomici di deuterio ed Elio 3, portati a temperature elevatissime tramite potenti laser, generando così una serie di esplosioni termonucleari per garantire la propulsione dell’astronave.

Non essendo l’Elio 3 disponibile sulla terra però, l’astronave avrebbe dovuto rifornirsi prelevandolo dall'atmosfera di Giove tramite strutture robotiche sostenute da grandi mongolfiere che avrebbero funzionato per 20 anni… prima di salpare verso l’ignoto interstellare.

Il primo stadio sarebbe stato operativo per due anni portando l'astronave ad una velocità pari al 7,1% della velocità della luce prima di venire espulso e passare il testimone al secondo stadio, che avrebbe spinto per altri 2 anni aumentando la velocità a circa il 12% di quella della luce.

Ovviamente il Progetto Daedalus è da considerare al di sopra delle possibilità offerte dalla tecnologia attuale, soprattutto la parte in cui si farebbe il pieno su giove, ma l’incredibile quantità di specifiche tecniche così dettagliate che si possono trovare in documenti di libero accesso, testimonia del fatto che sia possibile pensare ad una sua realizzazione, e che un ragionevole avanzamento tecnologico unito ad un investimento considerevole di risorse potrebbe far diventare il progetto Daedalus il primo capitolo della nostra odissea interstellare.

PENSABILE - LA VELA SOLARE.

Il principio della vela solare, chiamata più correttamente vela fotonica, funziona come qualsiasi altra vela, solo che al posto del vento… si sfrutta la radiazione stellare.

In realtà si tratta di una spinta veramente minima, pari ad appena un kilogrammo ripartito su un kilometro quadrato.

« Un'accelerazione che di certo non fa salire le palle in gola »

Diciamo che non vi attaccherà ai sedili di un'astronave ma… ha l’enorme vantaggio di sfruttare una fonte di energia praticamente infinita senza dover imbarcare carburante, limitando così il peso dell’astronave da accelerare.

Tecnologia fuori portata? Forse una volta, ma oggi non più. La sonda giapponese Ikaros, lanciata nel 2010, ha raggiunto Venere utilizzando proprio una vela solare come propulsione principale ed ora si trova da qualche parte in prossimità del sole a 120 milioni di kilometri dalla terra.

Ma… non esaltiamoci troppo in fretta, perché Ikaros è una piccola sonda di appena 300 kili con una piccola vela di 20 metri di diagonale, e le sue prestazioni non permetterebbero nemmeno lontanamente di pensare ad un viaggio interstellare. Con la configurazione attuale, non solo la pressione solare sarebbe troppo debole per raggiungere velocità importanti, ma c’è anche da considerare il fatto che man mano che ci si allontana dal sole… la pressione del vento solare diminuirebbe fino ad essere praticamente nulla una volta giunti nello spazio interstellare.

Ma ancora una volta, le conoscenze teoriche attuali ci permettono di vedere più lontano di quanto permettano le capacità tecniche.

Nel 1984, il fisico Robert Forward ipotizzò di concentrare tutta la luce solare con un’enorme lente di un chilometro di diametro situata in orbita intorno al sole in prossimità di Mercurio, e convergere così tutta l’energia della radiazione luminosa su una vela altrettanto enorme per ottenere una accelerazione capace di far raggiungere la metà della velocità della luce ad un carico utile di 3000 tonnellate.

Il che comincerebbe ad essere molto molto interessante per un ipotetico viaggio interstellare.

CONCLUSIONE.

Tra il repertorio della scienza e quello della fantascienza, le soluzioni immaginate per il viaggio interstellare sono veramente numerose. In questo video abbiamo evocato solo le più diffuse o quelle che a mio avviso sono state oggetto degli studi più approfonditi. Per la volontà di citarne un numero massimo in un tempo limitato, non ci siamo soffermati a descriverne i dettagli, ma non esitate a suggerire nei commenti degli approfondimenti per un eventuale prossimo video dedicato.

E per quanto sia basata sulle fonti consultate (che come sempre trovate in descrizione del video), ovviamente la classificazione del grado di impossibilità che vi ho proposto contiene anche una parte di soggettività ed è pertanto probabile che altre fonti possano darvi una chiave di lettura diversa.

Energia nucleare e vela solare, le soluzioni che abbiamo classificato come “pensabili”, per quanto possano sembrare ancora fantasiose ed essere al momento fuori portata… è importante sottolineare una volta di più che si tratta più che altro di un’impossibilità tecnica che il progresso potrà dissipare in un futuro più o meno lontano. Nulla a che vedere con il divario realizzativo che ci separa dalle ipotesi che abbiamo definito come inverosimili o improbabili, per cui al divario tecnico si aggiungono delle lacune teoriche che nella migliore delle ipotesi rimanderebbero una loro realizzazione ad un futuro talmente lontano da rendere imprevedibili ed incalcolabili tutte le variabili che verrebbero ad aggiungersi con un fattore tempo così estremamente lungo.

Nel frattempo cari amici continuate ad appassionarvi di scienze.

A presto.