I fisici hanno teoricamente analizzato la possibilità di creare un motore a curvatura (propulsore a curvatura) - un oggetto ipotetico che consente di viaggiare a velocità vicine e supersoniche (dal punto di vista di un osservatore esterno) a causa della distorsione dello spazio-tempo attorno al viaggiatore. Si è scoperto che, contrariamente ai voli superluminali, il guscio di un tale apparato può essere fatto di materia ordinaria per viaggiare a velocità inferiori alla luce. Allo stesso tempo, i meccanismi di propulsione della nave e la grande massa richiesta dal guscio rimangono ancora questioni problematiche. Articolo pubblicato nella rivista Gravità classica e quantistica.
Alla fine del secolo scorso, il fisico Miguel Alcubierre dell'Università del Galles, ispirandosi alla trama della serie TV "Star Trek", ha descritto un modello teorico di viaggio a velocità supersonica, che non richiede l'uso di wormhole. L'idea dello scienziato era quella di creare una specie di bolla che circondasse la navicella, comprimendo lo spazio-tempo davanti alla nave e allungandolo dietro. Dal punto di vista di un osservatore esterno, tali manipolazioni possono sembrare un volo superluminale - proprio come nel modello inflazionario dell'universo, i primi momenti della sua vita erano accompagnati da una rapida espansione dello spazio e la distanza tra i punti aumentava man mano che se volassero a velocità superluminale, sebbene le velocità fisiche dei corpi fossero inferiori alla velocità della luce.
Teoria dei motori a curvatura
Nella teoria generale della relatività, la fonte delle distorsioni spazio-temporali è la materia, cioè la sua distribuzione nello spazio determina come la geometria sarà distorta. Questa relazione può essere utilizzata nella direzione opposta: per determinare il tipo di distorsione spazio-temporale, da quale distribuzione della materia può essere causata e quali proprietà ha la sostanza sorgente.
Per il motore a curvatura di Alcubierre, tali considerazioni portano al fatto che il dispositivo deve necessariamente contenere regioni con densità di energia negativa, mentre per varietà note di materia questo valore è positivo. Così, fino a poco tempo fa, si credeva che per viaggiare, tra le altre cose, sarebbe stato necessario prima trovare un modo per creare densità di energia negativa.
Ricerca sui motori a curvatura
Alexey Bobrick e Gianni Martire del New York Laboratory for Applied Physics of Advanced Propulsion hanno generalizzato l'idea del motore a curvatura di Alcubierre a una classe più ampia di distorsioni spazio-temporali rispetto a quanto originariamente proposto dallo scienziato. Nel modello esteso, gli autori hanno diviso lo spazio in tre regioni: una regione esterna asintoticamente piatta (cioè praticamente non distorta a grande distanza dalla nave), una curva - il guscio dell'apparato e, ancora, una superficie piatta regione interna - lo spazio per la nave stessa e per i passeggeri. Allo stesso tempo, i fisici si sono limitati a considerare gusci simmetrici rispetto all'asse di movimento dell'apparato e stazionari dal punto di vista dell'osservatore nella regione interna, ad es. richiedevano l'esistenza di un quadro di riferimento globale del resto del guscio.
I ricercatori si sono concentrati su una sottoclasse di motori a curvatura in cui il guscio si muove a velocità visibili subluminali (alle quali è in linea di principio possibile accelerare la materia ordinaria) e che consente l'esistenza di osservatori fisici stazionari (cioè corpi materiali, non solo formalmente punti stazionari) nella regione interna. Per le distorsioni spazio-temporali a simmetria sferica, gli scienziati hanno calcolato la densità di energia richiesta in base ai parametri di distorsione.
Si è scoperto che i motori a curvatura subluce consentono una densità di energia non solo negativa, ma anche positiva, il che significa che, in linea di principio, possono essere realizzati con la materia a cui siamo abituati. In questo caso, per l'osservatore, il tempo all'interno della nave scorrerà più lentamente che nel sistema di riferimento, che si muove all'esterno del guscio alla stessa velocità, ma per un guscio con una massa dell'ordine della massa della Terra e in un raggio di 10 metri, la decelerazione sarà solo di centesimi di punto percentuale, cioè in un anno il tempo interno ed esterno divergeranno solo di poche ore.
Inoltre, gli autori hanno trovato un modo per ridurre l'energia totale della nave per un modello con simmetria assiale a una velocità fissa - per questo hanno proposto di appiattire il guscio nella direzione del movimento. Secondo i calcoli, una riduzione delle dimensioni longitudinali della nave porterà a una variazione direttamente proporzionale (dello stesso numero di volte) della sua energia totale. Ciò potrebbe rendere più semplice la creazione di motori a curvatura basati su materia con densità di energia negativa: una nave appiattita avrebbe bisogno di materiale meno esotico.
Motori a curvatura e realtà
Gli scienziati notano che, nonostante la possibilità del movimento nel mondo sotterraneo di una nave, in pratica non è quasi diverso dal movimento nel mondo sotterraneo di qualsiasi altro corpo fisico, poiché attualmente non esistono modi noti per accelerare gli oggetti fisici a velocità del mondo superiore. È possibile presumere che qualche ipotetica particella si stia già muovendo più velocemente della luce - e indagare su tale compito, ma non è possibile accelerare questa particella dalla solita velocità subluce alla necessaria velocità superluminale. Anche il guscio di un motore a curvatura è un oggetto materiale, e per esso, come per qualsiasi altro corpo, valgono le stesse considerazioni - e non sarà possibile accelerare i motori a curvatura extraterrestri con metodi noti ai fisici.
Non è la prima volta che i teorici hanno recentemente testato la praticità dei viaggi esotici. In realtà, tali viaggi sono lontani: ad esempio, nel maggio 2015, la NASA ha smentito le voci sullo sviluppo di un motore a curvatura.
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