IL MISTERO DEI WORMHOLES: GLI STUDI E LE TEORIE

wormhole sono un oggetto misterioso che da sempre affascina e solletica la curiosità di scienziati e non. Questi “tunnel” apparvero per la prima volta come soluzione delle equazioni di campo di Einstein, sono infatti chiamati anche ponti di Einstein-Rosen, furono teorizzati la prima volta nel 1917 dallo scienziato tedesco Albert Einstein e dal suo allora assistente statunitense Nathan Rosen.

 

Questi bucano il piano spazio-temporale teorizzato da Einstein in cui lo spazio e il tempo sono due dimensioni dipendenti, ossia legate l’una all’altra. Un’enorme tela sulla quale si sviluppa l’intero universo. Tutti gli oggetti dell’universo, dai buchi neri massivi al satellite più piccolo, deformano questo piano con la loro massa.

Queste curvature sono responsabili, sotto determinate ipotesi, del moto dei corpi e dell’attrazione gravitazionale, infatti gli oggetti nello spazio-tempo tendono ad avvicinarsi proprio grazie a queste deformazioni.

 

Ovviamente più è massivo il corpo in questione più profonda è la deformazione.
Fu teorizzato che potesse esistere un oggetto in grado di bucare il piano spazio temporale collegando due punti come un cunicolo. Questo oggetto estremamente massivo deve essere compresso in un raggio relativamente piccolo, detto raggio di Schwartzschild.

Questi oggetti vengono anche chiamati “singolarità”, un nome che spesso si sente associare ai buchi neri. Difatti l’entrata di questo del ponte di Einstein-Rosen sarebbe per l’appunto un buco nero, mentre quello d’uscita viene detto buco bianco.

 

Questi ponti possono collegare due punti dello stesso spazio-tempo (cunicoli intra-universo) o, volendo seguire la discussa M-teoria, due brane (“membrane”) distinte che entrano in contatto tramite il wormhole. Secondo questa teoria, nata per provare a riunificare le cinque teorie delle stringhe, l’universo sarebbe una brana tridimensionale immerso in un iperspazio ad 11 dimensioni.

 

 

Letteralmente, “worm-hole” significa “buco di verme”. Questo termine è stato coniato per indicare i tunnel spaziotemporali che (teoricamente) potrebbero collegare due buchi neri. Tali tunnel sarebbero creati dall’immensa forza gravitazionale dei buchi neri, e al loro interno lo spazio e il tempo (concetti strettamente correlati) sarebbero molto diversi da come li conosciamo.

 

Secondo Kip Thorne e Michael Morris (fisici del CalTech), i “wormhole” si potrebbero usare per balzare da un punto all’altro dell’universo superando la velocità della luce. Il fisico britannico Stephen Hawking (autore del libro Dal Big Bang ai buchi neri) ha ipotizzato che siano una specie di macchina del tempo cosmica. Altri scienziati ritengono invece che queste speculazioni siano assurde, perché non è stato ancora provato che i buchi neri esistano davvero, figuriamoci i “wormhole”.

 

 

Curiosità: l’attraversabilità dei wormhole implica una serie di paradossi temporali che molti fisici ritengono essere la ragione dell’impossibilità di questi tunnel, almeno per quanto riguarda per i viaggi spazio-temporali nello stesso universo, in virtù del fatto che verrebbero violati dei principi fisici di base.

 

 

 

 

Wormhole riprodotto in laboratorio

 

Un Professore del dipartimento di Fisica della Federico II di Napoli, Salvatore Capozziello, era riuscito a riprodurre un wormhole in laboratorio. La notizia rimbalzò ovunque con titoli mistificatori parlando di un primo passo verso i “viaggi nel tempo”.

 

L’enorme successo di Capozziello tuttavia non prevedeva niente di tutto ciò, infatti non siamo nell’ambito della cosmologia e della relatività generale ma in quello dei superconduttori e della fisica della materia. Il team di ricerca di Napoli ha introdotto delle perturbazioni nel grafene.

Questo materiale consiste in uno strato monoatomico di carbonio ed è estremamente resistente e flessibile. Così facendo si è dimostrato come gli elettroni subissero effetti di anti-gravità dovuti alle particolari interazioni degli spin nella struttura.

 

Hanno inoltre collegato due lastre con un nanotubo che farebbe proprio le veci di un wormhole in quanto permette di riprodurre gli effetti gravitazionali anche ad energie più basse. Si è visto come, infatti, queste imperfezioni nelle lastre di grafene abbiano portato all’evidenza di effetti gravitazionali e di proprietà conduttive.

Ed è proprio quest’ultima caratteristica a renderlo così interessante dal momento che permetterebbe la trasmissione di segnali con precisione atomica e quasi istantaneamente dal momento che le onde viaggerebbero non in un mezzo, bensì nel vuoto.

 

Certamente la reale scoperta di questa ricerca a livello mediatico fa meno rumore dei viaggi nel tempo ma è ugualmente di enorme portata. Si è fatto un enorme passo verso la creazione di circuiti delle dimensioni di un capello e infinitamente più precisi, efficienti e potenti di quelli attuali.

 

 

 

 

I viaggi nel tempo attraverso i wormholes

 

Dal momento che a velocità relativistiche il tempo rallenta si possono ipotizzare viaggi nel tempo grazie ai wormhole. Supponendo di poter tenere un’estremità del cunicolo spazio-temporale ferma e accelerare l’altra rispetto alla prima riportandola poi indietro al punto di partenza, avremo che sarà passato meno tempo per il buco bianco d’uscita del ponte che dal buco nero d’entrata.

Questo implica che qualsiasi cosa attraversi il wormhole in un verso o nell’altro uscirà dall’altro lato a un tempo precedente rispetto a quando è entrata. Infatti consideriamo nel caso in cui una persona entri nel buco nero mentre l’uscita del tunnel è in accelerazione allora quando ne uscirà, essendo passato meno tempo rispetto alla bocca d’entrata, si ritroverà in un tempo precedente rispetto al suo ingresso. Allo stesso modo entrando dall’estremità in accelerazione allora uscendo dalla “porta” stazionaria saremo tornati indietro nel tempo.

Questo discorso è valido sempre che si assuma che il wormhole sia una scorciatoia tra due punti dello stesso spazio-tempo. Immergendoci nella teoria delle stringhe allora i viaggio nel tempo saranno possibili nel caso in cui un ponte di Einstein-Rosen colleghi due universi paralleli distinti solo da una diversa linea temporale.
Questa seconda opzione è più accreditata dal momento che un viaggio temporale nello stesso universo potrebbe comportare il sorgere di paradossi apparentemente non risolvibili.

 

 

 

 

La teoria del fisico russo Serghiei Krasnikov

 

Ha messo a punto una nuova teoria secondo cui nel cosmo sono presenti tunnel spazio-temporali abbastanza grandi da permettere in pochi secondi di passare da un capo all’altro dell’Universo o di spostarsi avanti e indietro nel tempo.

L’esistenza di “wormholes” era stata già prevista decenni fa dal fisico tedesco Ludwig Flamm basandosi sulla Relatività di Albert Einstein nel 1915.

 

I risultati della ricerca avrebbero portato Krasnikov a delineare l’esistenza teorica di un nuovo tipo di tunnel: “compatibile con le leggi conosciute della fisica. Queste entità sarebbero stabili e senza limiti di dimensione giustificando così eventuali viaggi nello spazio-tempo”

 

Il fisico russo Serghiei Krasnikov ha dichiarato “Se c’è ad esempio un buco che connette le vicinanze della Terra con quelle della stella Vega potremo un giorno volare tramite quella scorciatoia”.

 

I wormholes sono rigorosamente oggetti teorici e le ultime generazioni di fisici hanno calcolato che un wormhole è instabile, cioè che si chiude proprio mentre si apre, rendendo il tutto inutile per la comunicazione o l’osservazione da un luogo ad un altro.

 

 

 

 

La scoperta della NASA

 

La scoperta è avvenuta, come spesso capita, casualmente, ed è il frutto del lavoro svolto dall’equipe di astronomi che operano presso il VLA (Very Large Array), uno dei radiotelescopi più grandi del mondo, ubicato a Socorro, Nuovo Messico, USA e che utilizza una schiera di 27 antenne da 25 metri di diametro ciascuna).

 

L’equipe del VLA registrava una singolare radiazione elettromagnetica nella banda delle microonde: un segnale di ampiezza costante, composto da pacchetti codificati in codice binario; la trasmissione, della durata di 15 minuti, si è ripetuta ad intervalli di 4 ore nell’arco di 24 ore.

La radiazione sembrava provenire da Eridani, una stella appartenente alla costellazione dell’Eridano situata a poco più di 10 anni luce dalla Terra (Eridani è la terza stella per vicinanza alla Terra, dopo Proxima Centauri e Sirio).

 

 

Gli scienziati americani, viste le caratteristiche della trasmissione, hanno subito escluso che potesse trattarsi di un fenomeno naturale ed hanno verificato, prima di ogni altra cosa, che l’emissione non fosse generata da una fonte terrestre.

Stabilito quindi, al di là di ogni ragionevole dubbio, che la fonte della trasmissione si trovava effettivamente in prossimità di Eridani, nell’equipe del VLA l’iniziale incredulità lasciava a poco a poco il posto alla speranza che si fosse riuscito ad intercettare la prima comunicazione di esseri intelligenti extraterrestri.

 

La NASA veniva subito informata – i protocolli di sicurezza nazionale impongono che l’Agenzia Spaziale Americana venga informata di qualsiasi evento classificato come USC (unknown space communication) ed entrava subito in allerta, svolgendo tutti i controlli e le analisi di routine, che prevedono, tra l’altro, un confronto con tutte le trasmissioni inviate dalla Terra verso lo spazio a cominciare dal 1990 e che sono classificate in uno specifico database.

La NASA scopriva così che un messaggio radio con le caratteristiche di quello rilevato dal radiotelescopio del VLA, con la sola eccezione di una inversione di fase, era stato programmato nel sistema trasmittente di un satellite lanciato nel 2003 nell’ambito del programma SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence).

 

 

Il satellite lanciato nel 2003 era stato programmato infatti per emettere la trasmissione memorizzata ad intervalli di 480 ore, appunto secondo una sequenza di 15 minuti ripetuta ogni 4 ore per la durata di 24 ore e la sua vita era stata programmata fino al 2008.

il 25 Luglio del 2005 il satellite, quando si trovava ad una distanza di circa 44 milioni di kilometri dalla Terra, aveva improvvisamente smesso di funzionare ed era stato dato per disperso.

 

 

Le domande che si sono posti gli addetti del VLA sono subito state:

 

  • come era possibile che un satellite costruito per durare 5 anni era ancora attivo dopo 13 ?

 

  • come era possibile che il satellite avesse cessato ad un certo punto di funzionare per “ricomparire” dieci anni dopo in un punto dello spazio proprio a dieci anni luce di distanza ?

 

 

E’ stata immediatamente attivata una serrata collaborazione NASA-VLA finalizzata a all’analisi della porzione di spazio attorno all’ultima posizione conosciuta del satellite, alla ricerca di eventuali “anomalie”.

La ricerca ha portato alla rilevazione di una “singolarità”, scoperta solo nel 2015 e classificata come PBH “possible black hole”, cioè “possibile buco nero” e dai cui effetti gravitazionali ne è stata stimata una massa pari a 3 x10-8 masse solari (circa 1/100 della massa terrestre), posizionata in orbita ellittica eliocentrica in un corridoio più o meno a metà strada tra Marte ed il nostro pianeta, alla distanza media di 185 milioni di kilometri dal Sole.

La rotta del satellite prevedeva un passaggio esattamente in prossimità di quella singolarità che, all’epoca del lancio, non era ancora nota.

 

 

L’analisi della registrazione dei dati telemetrici del satellite indicava una improvvisa quanto indecifrabile variazione di rotta subito prima della sua scomparsa. Le cause per un evento del genere potevano essere:

  • un impatto con frammenti di comete od asteroidi;

 

  • oppure l’influenza di un forte campo gravitazionale (come quello generato da un buco nero). La sonda però aveva dato ancora notizie di sé, quindi non poteva essere stata inghiottita da un buco nero.

 

 

Ma la contemporanea sussistenza di due dati certi quali il forte campo gravitazionale e la ricomparsa dell’oggetto a 10 anni di luce di distanza dalla sua ultima posizione conosciuta conducevano ad una sola, per quanto sbalorditiva, conclusione: il satellite era entrato in un wormhole.

A sostegno dell’ipotesi vi era anche la rilevazione dell’inversione di fase subita dal segnale radio, spiegabile quale effetto causato da una distorsione gravitazionale, in accordo con la Teoria della Relatività Generale.

 

 

La ricostruzione poteva inoltre spiegare la ricezione del segnale emesso da un dispositivo che invece avrebbe dovuto essere ormai non più attivo. Infatti la trasmissione ricevuta dal VLA (come peraltro la luce della vicina stella dell’Eridano) era partita dal satellite 10 anni fa, cioè nel 2006, quindi prima della sua fine programmata. Ogni tassello coincideva!

Occorreva però la conferma che il satellite fosse rimasto effettivamente in funzione dopo il passaggio attraverso l’anomalia; cioè che non fosse stata solo la trasmissione a “passare” mentre il satellite era andato distrutto durante il passaggio.

 

 

Se l’emissione si fosse ripetuta a distanza di 20 giorni (cioè dopo 480 ore) si sarebbe avuto la conferma che il satellite era riuscito effettivamente a passare attraverso il cunicolo spaziale senza subire danni e rimanendo operativo.

 

Il 15 Febbraio è stata rilevata la medesima emissione del 26 Gennaio. La trasmissione, con la codifica rilevata in precedenza, è durata 24 ore consecutive: la conferma cioè è arrivata proprio dopo 480 ore dalla prima ricezione.

Dopo altre 480 ore, il 6 Marzo scorso, un’altra, identica trasmissione veniva captata dal VLA: la conferma era diventata certezza!

 

 

Se le rilevazioni nel loro insieme hanno rappresentato la prova dell’esistenza del wormhole, oltre al fatto che la sonda, nel suo attraversamento, non aveva subito deformazioni gravitazionali, la seconda e la terza di esse avevano anche fornito la certezza che l’attraversamento dell’anomalia non aveva comportato scostamenti sulla linea temporale:

Cioè il corso del tempo sarebbe lo stesso su entrambe le zone di spazio collegate. In pratica, due orologi posti  da una parte  e dall’altra del  tunnel segnerebbero lo stesso orario.  Ciò comporterebbe la classificazione dell’anomalia come “tunnel spaziale”.

 

 

Il dettaglio non è di poco conto in quanto, essendo stato ipotizzato che un wormhole potrebbe essere anche il canale di collegamento tra dimensioni temporali diverse o addirittura tra universi diversi, la certezza di avere a che fare con un “semplice” tunnel spaziale potrebbe semplificare la decisione di programmare una futura missione per un suo attraversamento, senza dover confrontarsi con i paradossi dei viaggi nel tempo o le incognite di ritrovarsi in universi paralleli.

La scoperta del tunnel spaziale è con ogni probabilità destinata a modificare i programmi di esplorazione spaziale in corso, infatti la NASA potrebbe realizzare con relativa facilità  un viaggio nei pressi di Eridani (cioè a oltre 10 anni luce da noi) giungendo di fatto “solo” ad una distanza a metà strada tra noi e Marte.

 

 

 

 

Lo studio di Daniel Jafferis

 

Secondo lo studioso è possibile viaggiare attraverso i tunnel spaziotemporali per spostarsi da un punto all’altro ma solo teoricamente e tali viaggi non risulterebbero utili comunque per gli esseri umani perché troppo lenti.

“Ci vuole più tempo per attraversare questi wormhole piuttosto che andare direttamente, quindi non sono molto utili per i viaggi nello spazio”, dichiara lo stesso Jafferis. Il ricercatore si rifà in particolare alla teoria secondo cui due wormhole potrebbero essere generati da due buchi neri connessi, teoria ideata per la prima volta da Einstein e Rosen nel 1935.

 

Per attraversarli ci sarebbe bisogno di energia negativa, una cosa che è incoerente con la stessa gravità quantistica, ma Jafferis supera questo ostacolo facendo ricorso a strumenti della teoria dei campi quantistici, calcolando effetti quantistici simili all’effetto Casimir.

Secondo lo stesso Jafferis il punto chiave di questo lavoro sta comunque nella relazione con il problema dell’informazione del buco nero e le commissioni tra la gravità e la meccanica quantistica. Anche se i tunnel spaziotemporali sono difficili da attraversare per gli esseri umani, lo studio che c’è dietro può portare comunque a ottimi risultati e tra l’altro gli stessi wormhole si sono rivelati un impulso nello sviluppo di una teoria della gravità quantistica.

 

 

In collaborazione con Ping Gao, anch’egli di Harvard, e con Aron Wall (ricercatore di Stanford), il fisico ha prodotto lo studio la cui presentazione, a titolo “Traversable wormhole”, si è tenuta sabato 13 aprile all’American American Physical Society del 2019 a Denver.

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