Una tecnologia straordinaria e fantastica che permetterebbe all’uomo di spostarsi nello spazio a velocita iperluminare (piú veloci della luce) realizzando il sogno di ogni astrofisico ma anche di qualsiasi uomo che alza lo sguardo al cielo chiedendosi: “cosa c’é la fuori?”.
Teoricamente il viaggio iperluce permetterebbe di accorciare (se non azzerare, come vedremo in seguito) le immense distanze che ci separano dalle altre stelle, anche le piú vicine, e che rendono, attualmente, irrealizzabili i viaggi interstellari. E’ solo fantasia? Diventerá mai realtá? Gli scienziati hanno idee contrastanti in tal senso.
Ma andiamo per ordine, vediamo come il Warp Drive é realizzato nella famosa saga di Star Trek, per poi vedere come la scienza ipotizza di realizzarlo nella realtá. E vi assicuro che rimarrete sorpresi. Iniziamo il viaggio!
In viaggio con Star Trek
IL MOTORE A CURVATURA IN STAR TREK
Il primo motore a curvatura del pianeta Terra viene costruito in data ignota (alcune fonti riportano il 2063) dal dott.
Zefram Cochrane e usato dallo stesso scienziato in un lancio di prova, il 5 aprile dello stesso anno. Quel primo viaggio spaziale a velocità di curvatura innesca anche il primo contatto della Terra con una civiltà extraterrestre, quella vulcaniana, che dispone da secoli di tale tecnologia. All’epoca la prassi vulcaniana è di contattare un pianeta solo dal momento in cui gli abitanti dispongono della propulsione a curvatura, sicché quando un’astronave vulcaniana di pattuglia rileva il volo del prototipo terrestre, i vulcaniani atterrano sul pianeta in prossimitá del luogo in cui é avvenuto il lancio del veicolo iperluce. Essi non potevano immaginare che il progetto era stato portato avanti da un manipolo di tecnici e scienziati “non allineati” guidati da un uomo geniale quanto instabile qual era il dott. Cochrane. Questa prassi è incorporata nella Prima Direttiva della Federazione dei Pianeti Uniti che nasce in seguito.
Il motore a curvatura è, in pratica, il cuore di ogni nave stellare,
fornendo l’energia necessaria al funzionamento di tutti i sistemi di bordo
e, soprattutto, consentendo di viaggiare a velocità maggiori di quella
della luce. La scoperta di questo tipo di propulsione, grazie alla quale
si sono resi possibili i viaggi interstellari, viene spesso considerata
come la più importante nella storia dell’intero genere umano, in quanto ad
essa sono legati numerosi eventi che hanno portato al sensibile
miglioramento delle condizioni di vita sulla Terra (primo fra tutti la
nascita della Federazione dei Pianeti Uniti)
PRINCIPI TEORICI DELLA PROPULSIONE A CURVATURA
La propulsione a curvatura (warp drive nell’originale inglese) è un tipo di propulsione che permette alle navi stellari di viaggiare ad una velocità superiore a quella della luce.
Secondo la Teoria della Relatività Generale, nessun corpo in movimento può raggiungere una velocità maggiore di quella della luce (misurata in circa 300.000 Km al secondo). A causa di tale limite un vascello spaziale che tentasse di spostarsi da un punto A ad un punto B posto a svariati anni-luce(unitá di misura della distanza utilizzata per misurare le distanze interstellari, corrispondente alla distanza coperta dalla luce in un anno, ovvero circa 9 461 miliardi di chilometri) di distanza, seguendo un percorso rettilineo all’interno dello spazio normale, non potrebbe, anche viaggiando alla massima velocità, compiere più di un anno-luce ogni anno di viaggio. Ora, dato che una galassia ha un diametro medio di alcune decine di migliaia di anni-luce (la nostra Via lattea per esempio ha un diametro di centomila anni-luce), risulta subito chiaro che raggiungere una stella muovendosi nello spazio normale è un’impresa a dir poco ardua.
Il
motore a curvatura, pur consentendo di raggiungere destinazioni lontane
innumerevoli anni-luce in periodi molto brevi, non contravviene di fatto
alle limitazioni imposte dalla teoria della relativitá di Einstein, in
quanto appartenente alla classe dei propulsori definiti “non newtoniani”.
In pratica, il motore a curvatura non opera seguendo i normali schemi
“azione-reazione” tipici di tutti i propulsori utilizzati in precedenza,
esso non dà luogo ad emissioni energetiche atte a sospingere un vascello
fluttuante nello spazio, come per i razzi che sfruttano l’emissione di gas
combusto o come levele solari che sfruttano il vento solare o la
propulsione ionica che sfrutta l’emissione di ioni. Ciò che invece sta
alla base del funzionamento di questo tipo di motore è, come dice il nome
stesso, la Curvatura Spaziale.
Proviamo a spiegare in modo semplificato al massimo in che cosa consiste.
Si provi a pensare all’Universo come se questo fosse composto soltanto da un semplice foglio di carta; si immagini poi di prendere una matita e di segnare con essa due punti sul foglio che chiameremo A e B, uno in prossimità del margine inferiore (punto di partenza A) e l’altro nelle vicinanze del margine superiore (punto d’arrivo B); si tracci quindi un segmento che unisca il punto A al punto B: questo è il percorso più breve che unisce A a B sul piano. Se A e B raffigurano due stelle nella nostra galassia, il segmento sarà la rappresentazione bidimensionale del percorso più breve che un vascello potrebbe compiere viaggiando dalla stella A alla stella B ed il foglio è la rappresentazione bidimensionale dello spazio tridimensionale in cui tali stelle sono collocate. Questo spazio tridimensionale é definito Spazio Normale. Ma se noi pieghiamo a metà il nostro foglio, in senso trasversale in modo da far coincidere il punto A col punto B e misuriamo adesso la distanza tra i due punti, essendo in questo caso coincidenti, tale distanza sarà pari a zero e quindi pari a zero risulta essere anche il tempo necessario per compiere il tragitto fra i due punti. Il motore a curvatura agisce esattamente in modo analogo, curvando lo spazio in modo da diminuire la distanza esistente fra il vascello e il punto d’arrivo.
Curvatura spaziotempo
Durante i viaggi a curvatura la nave abbandona lo spazio normale e si trasferisce in una sorta di spazio curvo, denominato subspazio (o in alcuni casiiperspazio), riconoscibile perché le stelle al suo interno non appaiono più come dei punti luminosi, bensì assumono la caratteristica forma di “striscia luminosa” (chiamato “effetto Hoffman”, molto simile alle startrails o all’effetto che si ottiene fotografando una strada trafficata di notte con un’esposizione molto lunga: i fari delle auto si vedranno nella foto come delle strisce di luce colorate).
Di fatto, il grado di curvatura dello spazio è direttamente proporzionale
al livello di potenza che l’Induttore del campo di curvatura può
sviluppare: ciò significa che, a differenza di quanto spiegato usando
l’esempio del foglio piegato, nella realtà il punto di partenza e quello
d’arrivo non giungono mai a toccarsi, ma ci si limita a ridurre la
distanza fra di essi realizzando curvature spaziali più o meno accentuate.
I motori a curvatura in effetti creano una distorsione spaziotemporale
attorno all’astronave formando attorno ad essa forze contrapposte che
curvano lo spaziotempo fino a permettere al mezzo di saltare nel subspazio
e raggiungere la destinazione in minor tempo.
I motori a curvatura sostanzialmente contraggono lo spazio davanti
all’astronave e lo dilatano dietro di essa. Si immagini un elastico
fissato tra due chiodi e una formica che cammini sopra di esso. Se
l’elastico non viene manipolato, la formica, per andare da chiodo a chiodo,
dovrà camminare per un tragitto equivalente alla lunghezza dell’elastico.
Se invece lo si accorcia davanti alla formica e lo si allunga dietro di
essa, seguendola nel suo spostamento, come risultato si otterrà che la
formica sarà andata da chiodo a chiodo camminando per un tragitto
inferiore alla lunghezza complessiva dell’elastico, benché localmente non
abbia potuto rilevare nessuna modifica dell’elastico.
Viaggiare a velocità di curvatura troppo elevate pare possa danneggiare il
subspazio in modo irreparabile, causando l’apertura di wormholes o strappi
nel continuum spazio-tempo.
Wormhole
La Federazione di conseguenza limita la velocità raggiungibile a fattore 6 per ridurre i danni che potrebbero verificarsi. In seguito vennero realizzate gondole di curvatura a geometria variabile che, rendendo la bolla di curvatura più stabile a velocità elevate, ne prevengono i danni. Una nave dotata di questa tecnologia è per esempio la USS Voyager.
La velocità di un’astronave a propulsione di curvatura è misurata dal fattore di curvatura (warp factor), in pratica assimilabili a diverse velocità. Il fattore di curvatura è indicato utilizzando una “Scala di Curvatura” che secondo il nuovo standard federale va da 1 a 10. Il valore 1 è in pratica uguale alla velocità della luce c, mentre il valore 10 (punti di partenza e d’arrivo coincidenti) è solo teorico, in quanto il suo raggiungimento richiederebbe una dose infinita di potenza, oltre a portare l’astroname ad occupare contemporaneamente TUTTI i punti dello spazio!
Precedentemente i valori del fattore di curvatura erano rapportati ad una scala diversa.
La prima nave stellare Enterprise costruita (NX-01) (in Star Trek: Enterprise) raggiunge un massimo di fattore 5.5,
mentre l’Enterprise D nel XXIV secolo viaggia a fattore 9.6 e infine la USS Voyager raggiunge curvatura 9.975.
L’unità di misura della curvatura è, in onore del suo scopritore, detta COCHRANE: il valore di 1 COCHRANE corrisponde alla costante c, cioè è pari alla velocità della luce, i valori successivi non sono proporzionali, ma aumentano invece in maniera esponenziale secondo il modello di seguito riportato.
Le velocità sono da intendersi come “apparenti”, nel senso che rappresentano la velocità teorica che un corpo immerso nello spazio normale dovrebbe poter sviluppare per compiere quel determinato tragitto nel tempo x.
SCALA DI CURVATURA
Velocità di curvatura pre-standard (Star Trek serie originale)
| Warp Factor | x c | Velocità (approssimata) |
| Warp 1 | 1 c | 3,0 x 105 km/s |
| Warp 1,5 | 3,375 c | 1,0 x 106 km/s |
| Warp 2 | 8 c | 2,4 · 106 km/s |
| Warp 3 | 27 c | 8,0 · 106 km/s |
| Warp 4 | 64 c | 1,9 · 107 km/s |
| Warp 5 | 125 c | 3,7 · 107 km/s |
| Warp 6 | 216 c | 6,5 · 107 km/s |
| Warp 7 | 343 c | 1,0 · 108 km/s |
| Warp 8 | 512 c | 1,5 · 108 km/s |
| Warp 9 | 729 c | 2,2 · 108 km/s |
| Warp 9,25 | ~791 c | 2,4 · 108 km/s |
| Warp 9,5 | ~857 c | 2,6 · 108 km/s |
| Warp 9,75 | ~926 c | 2,8 · 108 km/s |
| Warp 10 | 1.000 c | 3,0 · 108 km/s |
| Warp 11 | 1.331 c | 4,0 · 108 km/s |
| Warp 14,6 | ~3.112 c | 9,3 · 108 km/s |
| Warp 15 | 3.375 c | 1,0 · 109 km/s |
Velocità di curvatura Standard Federale (in Star Trek: The Next Generation e Star Trek: Voyager)
| Warp Factor | x c | Velocità |
| Warp 1 | 1 c | 3,0 · 105 km/s |
| Warp 2 | 10,079 c | 3,0 · 106 km/s |
| Warp 3 | 38,941 c | 1,2 · 107 km/s |
| Warp 4 | 101,59 c | 3,0 · 107 km/s |
| Warp 5 | 213,75 c | 6,4 · 107 km/s |
| Warp 6 | 392,50 c | 1,2 · 108 km/s |
| Warp 7 | 656,13 c | 2,0 · 108 km/s |
| Warp 8 | 1.024 c | 3,1 · 108 km/s |
| Warp 9 | 1.516,4 c | 4,5 · 108 km/s |
| Warp 9,2 | 1.649 c | 4,9 · 108 km/s |
| Warp 9,6 | 1.909 c | 5,7 · 108 km/s |
| Warp 9,9 | 3.053 c | 9,2 · 108 km/s |
| Warp 9,9753 | 6.000 c | 1,8 · 109 km/s |
| Warp 9,99 | 7.912 c | 2,3 · 109 km/s |
| Warp 9,9999 | 199.516 c | 6,0 · 1010 km/s |
| Warp 10 | Infinita | A Warp 10 un oggetto potrebbe occupare tutti i punti dell’universo contemporaneamente |
La formula per calcolare il rapporto tra la velocità della luce c e la velocità warp vW fino a warp 9 è:
I dati sopracitati comunque non rispecchiano in alcun modo le velocità osservate nello show, molto spesso infatti i tempi di percorrenza suggerirebbero velocità migliaia di volte superiori a quelle riportate in tabella. Allo stato attuale non esiste una tabella “ufficiale” delle velocità. Infine, nell’ultimo episodio di Star Trek: The Next Generation, ambientato in un futuro alternativo, la dottoressa Beverly Crusher Picard, capitano dell’astronave medica USS Pasteur, ordina di viaggiare a curvatura 13.
NOTA :
- Curvatura 6 rappresenta la velocità “di crociera”.
- Curvatura 9.6 rappresenta la massima velocità raggiungibile e sostenibile fino all’esaurimento del propellente.
- Curvatura 9.9 rappresenta la massima velocità raggiungibile, ma sostenibile solo per poche ore onde evitare danni ai motori.
- Curvatura 9.9999 é la “soglia di transcurvatura” , raggiungibile solo da alcune razze aliene quali i Borg o i Kelvan.
Tabella delle velocitá di curvatura
MOTORE A CURVATURA: STRUTTURA E FUNZIONAMENTO
L’enorme quantità di energia necessaria a raggiungere la velocità di curvatura nelle prime navi stellari veniva ottenuta tramite reattori a fusione nucleare ma ai tempi della creazione della F.P.U. (Federazione dei Pianeti Uniti) i reattori nucleari erano già stati sostituiti dai più avanzati reattore materia/antimateria (abbr. M/AMR, Matter/Antimatter Reactor), conosciuto anche come camera di reazione, nei quali l’energia viene prodotta in seguito all’annichilimento di particelle di materia e antimateria poste in contatto durante una reazione regolata da una sostanza cristallina inerte: ilDilitio.
Molti dei sistemi di una nave stellare funzionano grazie all’energia
fornita dal reattore materia/antimateria, che produce un’energia superiore
a quella che si sviluppa all’interno di una stella.
L’antimateria è in pratica una sostanza uguale ed opposta alla materia (se
un atomo di materia é formato da protoni, neutroni ed elettroni, allo
stesso modo un atomo di antimateria sarà costituito da antiprotoni,
antineutroni e antielettroni, quasi a formare una sorta di universo allo
specchio). Se materia e antimateria vengono poste in contatto, esse si
annientano a vicenda dando luogo ad un’enorme liberazione di energia (per
maggiori informazioni vedi link).
Materia e antimateria sono stivate separatamente ai due estremi della
sezione motori. La materia usata per alimentare i motori a curvatura è
costituita da deuterio, un isotopo dell’idrogeno, che viene conservato
allo stato liquido alla temperatura di -259 gradi Celsius in serbatoi
situati all’estremità superiore della sezione motori, per permettere un
facile rifornimento ed un’eventuale rapida espulsione del combustibile (tale
sostanza se si dovesse realmente costruire una nave stellare del tipo
ipotizzato nella saga di Star Trek, si potrebbe eventualmente sostituire
con il deuterio ultra-denso).
L’antimateria invece, costituita da antideuterio (denominato anche Antidrogeno Criogenico Supercritico o ACS) anche questo a temperatura prossima allo zero assoluto, è conservata in capsule cilindriche separate ed indipendenti situate all’estremità inferiore dello scafo. Ognuna di queste capsule è dotata di un proprio sistema di contenimento e può essere espulsa rapidamente. Da ogni serbatoio e da ogni capsula si diramano condotti che trasportano l’antimateria al nucleo di curvatura. L’antimateria é mantenuta assolutamente isolata dalle pareti di contenimento tramite potentissimi campi magnetici.
Un elemento fondamentale è l’equilibrio tra contenimento e mantenimento della reazione: da un lato una reazione incontrollata tra materia e antimateria provoca un’esplosione catastrofica con il rilascio devastante di una grande quantità di energia; dall’altro lato, il tasso di reazione dell’antimateria deve essere al di sopra del 9%, altrimenti si verifica la chiusura degli iniettori di plasma e non è possibile attivare le gondole di curvatura; il tasso di reazione viene mantenuto sufficientemente alto utilizzando cristalli di Tellerio.
I due reagenti vengono iniettati ciclicamente all’interno del Nucleo di Curvatura dove, giunti in contatto, si distruggono a vicenda per originare un flusso energetico, chiamato elettroplasma, necessario ad alimentare tutti i sistemi elettronici di bordo. Essendo la reazione altamente instabile si é reso necessario introdurre nella Camera di interscambio un dispositivo di controllo della reazione di annichilimento: tale dispositivo è costituito da un semplice cristallo di Diallosilicato 1:9:1 Eptoferranide, comunemente detto DILITIO: tale sostanza, immessa in un campo elettrico di elevata intensità, permette di indirizzare e contenere il flusso di particelle di antimateria senza scatenare accidentali e disastrose reazioni di annichilimento al di fuori della camera di interscambio. La quantità di reagenti presenti nei serbatoi di stoccaggio, anche in considerazione del fatto che la reazione energetica necessita solo di poche particelle per ciclo, é tale da garantire alla nave stellare un periodo di autonomia della durata media di 7 anni standard.
Nessun altro sistema di produzione di energia può competere con il nucleo di curvatura in termini di efficienza e di quantità di energia prodotta in modo controllato.
Componenti
Iniettori dei reagenti
Sono posti alle estremità superiore ed inferiore del nucleo di curvatura, immettono un flusso controllato di materia e antimateria nei segmenti di costrizione magnetica che confluiscono nella camera di reazione. Questi iniettori sono regolabili secondo la potenza di reazione necessaria e richiesta. Nelle navi moderne sono posti appena sopra i segmenti di costrizione e sono singoli, nelle vecchie Enterprise NX sono posti in una camera apribile a destra della Sala Macchine e sono cinque.
Segmenti di costrizione magnetica
Costituiscono la parte mediana del nucleo e provvedono a fornire il supporto strutturale alla camera di reazione stessa, il contenimento della pressione per tutto il nucleo e l’allineamento del flusso dei reagenti convogliandolo verso la camera di reazione. Ogni costrittore è formato da due parti, ognuna delle quali contiene un compressore toroidale e numerose serie di bobine di costrizione magnetica. I costrittori concentrano e accelerano il flusso di materia o antimateria proveniente dagli iniettori per indirizzarlo al centro della camera di reazione.
Camera di reazione
È il cuore pulsante della nave, al suo interno i reagenti si annichiliscono formando l’elettroplasma che permette il funzionamento dei sistemi della nave. La camera di reazione è costruita attorno ad una rete di cristalli di Dilitio (l’unico materiale conosciuto che non reagisce con l’AM), che consente mediante il rallentamento dell’antimateria di produrre una reazione costante e controllata. Tutta la camera è costruita con compositi di Duritanio e altre leghe estremamente resistenti a calore e pressione; appositi superconduttori creano un campo di contenimento in grado di reggere una temperatura di 4.000.000 kelvin e una pressione di 200.000 atmosfere. A partire dalla seconda metà del XXIV secolo nelle camere di reazione è presente un sistema che permette la ricristallizzazione del dilitio. L’energia fornita dall’annichilazione viene divisa e inviata nei due condotti principali che escono dal nucleo di curvatura per dirigersi alle gondole di curvatura. L’energia prodotta dalla reazione viene inviata anche ad altri sistemi tramite la rete di distribuzione energetica della nave (Griglia EPS).
Condotte di trasferimento di energia od Elettro-Plasma System
Sono simili ai costrittori magnetici in quanto utilizzano anch’esse un campo di contenimento interno per trasferire il plasma da un punto all’altro. Questi canali devono percorrere distanze molto maggiori per raggiungere ogni sezione dell’astronave, dove ricaricano accumulatori e batterie che a loro volta alimentano i vari sistemi (l’unico componente alimentato direttamente dal plasma è il motore a curvatura).
Nucleo di curvatura
Il Nucleo di Curvatura è una grande struttura cilindrica che occupa svariati ponti della sezione ingegneria di una nave stellare. Esso è costituito da una serie di toroidi impilati a formare un condotto di costrizione magnetica all’interno del quale passano i reagenti. All’estremità superiore del nucleo è posto l’iniettore del reagente materia, mentre all’estremità inferiore si trova l’iniettore del reagente antimateria. Gli iniettori prelevano i reagenti dai loro rispettivi serbatoi e, dopo averli portati allo stato di particelle aeriformi, li iniettano nel condotto di costrizione magnetica. I reagenti percorrono il condotto fino a raggiungere la camera di interscambio contenente i cristalli di dilitio. Qui, materia e antimateria vengono in contatto, liberando plasma energetico (elettro-plasma) che, mediante i condotti del plasma, viene trasferito alle gondole di curvatura. Il plasma fornisce anche gran parte dell’energia necessaria al funzionamento di tutti i sistemi elettronici di bordo. La camera di interscambio si trova nella sala macchine della nave stellare, in modo che l’Ingegnere Capo ed il suo staff possano costantemente controllare l’andamento della reazione materia-antimateria. In caso di accidentali fuoriuscite di plasma dal nucleo di curvatura, il personale della nave é protetto da un campo di forza che si erge automaticamente intorno al nucleo stesso; quando invece i danni si rivelano tali da non poter più controllare la reazione di interscambio, il nucleo di curvatura può essere espulso dalla nave tramite un portello posto sulla parte inferiore della Sezione Ingegneria, in modo da detonare all’esterno del vascello. Nel XXIII secolo, il dilitio doveva essere sostituito periodicamente in quanto decristallizzato; nel XXIV secolo, invece, la scienza ha introdotto un dispositivo di ricristallizzazione che consente un uso pressoché illimitato di ogni singolo cristallo.
Casi speciali
Colpo di risonanza nel nucleo di curvatura
Per produrre questo colpo di risonanza è necessario aprire un campo di curvatura simmetrico e quindi mettere in sequenza la compressione di plasma magnetico secondo la formula D = C1/(theta * pe).
Per
accedere al codice sequenziale, si attiva il modulo di comando e si
seleziona la sequenza del plasma magnetico; una volta attivato, si immette
la temperatura centrale, che deve essere abbastanza alta da provocare il
colpo di risonanza ma non troppo alta per evitare conseguenza
sull’equipaggio, di 3.000.000 K.
Infine, si attiva il campo di
curvatura.
Nota degli ingegneri: La manovra
sopra citate è assolutamente sconsigliata e per tale motivo non rientrano
nelle procedure standard.
GONDOLE DI CURVATURA
Le Gondole di Curvatura sono strutture tubolari a sezione circolare, ellittica, o poligonale, contenenti al proprio interno un sistema di bobine di curvatura, nonché una sala di controllo. Le gondole sono la parte più pesante di una nave stellare, e la loro funzione é quella di creare un campo di curvatura attorno al vascello, permettendo così a quest’ultimo di viaggiare a velocità di curvatura. Attraverso i condotti del plasma, l’energia di curvatura derivante dal nucleo raggiunge il sistema di bobine, determinando la creazione del campo di curvatura: maggiore sarà l’energia inviata alle bobine, più accentuata diverrà l’entità della curvatura spaziale (e quindi la “velocità” del vascello). Lateralmente alle gondole sono posti alcuni propulsori di manovra, mentre nella parte anteriore trova alloggiamento un Collettore di Boussard, proposto nel 1960 dal fisico Robert W. Bussard (1928-2007), il cui scopo é quello di raccogliere le scarse particelle di materia spaziale: i collettori vengono impiegati quando, per un qualsiasi motivo, ci si ritrovi a dover far fronte alla scarsità di reagenti per alimentare la reazione di curvatura; in simili casi, risulta allora possibile prelevare la materia (idrogeno) presente nello spazio interstellare onde poterla utilizzare (come tale o convertita in antimateria mediante apposito generatore) nella reazione di interscambio. In caso di danni o disfunzioni, le gondole possono essere distaccate dal resto della nave mediante l’ausilio di cariche esplosive.
Le navi della Flotta Stellare generalmente montano le gondole su piloni di collegamento, e sono di solito dotate del collettore di Bussard piazzato in testa.
Fanno eccezione alcune navi di classe più recente, come la USS Defiant
o il Deltaflyer della USS Voyager.
In molti casi, sia per navi aliene che per navi della Federazione Unita dei Pianeti, il numero di gondole è pari e, spesso, uguale a due. Tale configurazione contribuisce all’ottenimento di una geometria simmetrica della bolla di curvatura, conferendogli maggiore stabilità e diminuendo le possibilità di ottenere un effetto collaterale chiamato di cavitazione.
Vi sono poi alcune navi, come la USS Stargazer (classe Constellation) che adottano una geometria a quattro gondole.
Nota: L’Enterprise D utilizzó in un’occasione i collettori Bussard per “sparare” deuterio ad una nave incagliata in un’anomalia spaziale.
Nota: Durante una battaglia intrapresa con delle navi Son’a nell’area dello spazio denominata “Macchia di Rovi”, l’Enterprise E utilizzó il collettori Bussard per immagazzinare gas metreon.
Nota degli ingegneri: Entrambe le manovre sopra citate sono assolutamente sconsigliate e per tale motivo non rientrano nelle procedure standard.
Funzionamento
Da descrivere (l’articolo sará revisionato).
La propulsione iperluminare nella realtá (o quasi)
Chi si interessa di astrofisica potrebbe aver sentito giá parlare dei meccanismi proposti per il viaggio interstellare che si basano su tecnologie che abbiamo a disposizione giá oggi. In esso si evidenziava come l’oggetto artificiale più veloce attualmente esistente (ovvero l’Helios 2) impiegherebbe 17.000 – 18.000 anni per raggiungere la nostra stella più vicina, Proxima Centauri. Ma le navi spaziali dell’articolo in questione ridurrebbero il tempo di viaggio da millenni fino a solo secoli. Diverse generazioni passeranno comunque durante il viaggio e tali navi stellari dovranno essere completamente autosufficienti tramite il riciclaggio di tutti i prodotti alimentari, i rifiuti e l’aria.
Ma cosa succede quando vogliamo andare più lontano? Se non distruggiamo prima noi stessi, un giorno, in futuro, i nostri discendenti (uomini o macchine che siano) dovrano necessariamente andare alla ricerca di un nuovo pianeta al di fuori del sistema solare da colonizzare per viverci. E’ molto improbabile che questo sarà in qualche posto vicino a noi come Proxima Centauri e così, basandoci sulla tecnologia attuale, ci vorrebbero decine, o anche centinaia, di migliaia di anni per raggiungere questi remoti sistemi solari.
Ma ci saranno mai, in futuro, conquiste nel campo della scienza tali da offrire modi alternativi e più veloci per attraversare lo spazio?
Come risultato del Simposio per il 100mo anniversario della nave stellare, nel 2012, la risposta è stata, con molte speranze, sì.
Il primo pensiero, giustamente, potrebbe essere: “sicuramente non possiamo accorciare troppo il viaggio a meno di superare la velocità della luce il che proprio non è possibile”. Quindi, anche volendo ammettere di poter viaggiare a velocitá pari a quella della luce, le distanze da coprire sono cosí immense che non si potrebbe arrivare in sistemi solari nell’arco di una vita. E nemmeno probabilmente di mille. Il nostro universo é realmente incredibilmente vasto. La sola galassia in cui viviamo, la Via Lattea, ha una estensione di circa 100.000 anni luce. Significa che viaggiando alla velocitá della luce, ovvero a 300.000 km al secondo, impiegheremmo 100.000 anni per andare da un punto all’altro di essa. Immaginate l’andare in un’altra delle miliardi di galassie del nostro universo, varcare gli infiniti spazi vuoti intergalattici…
E comunque, come dimostrato da Einstein, non é in ogni caso possibile viaggiare a velocitá superiori a quella della luce (e nemmeno prossime, aggiungo io). Sebbene questa affermazione sia indiscutibilmente vera, fortunatamente sembra che abbiamo a disposizione alternative che sono consentite dalle teorie di Einstein della relatività speciale e generale.
I Wormholes
Una delle possibilitá che gli scienziati hanno ipotizzato é proprio l’uso dei wormholes, i cunicoli spaziotempo, strutture teoriche ipotizzate giá da Einstein stesso (vedi Ponte di Enstein-Rosen) ma attualmente mai riscontrati in natura e impossibili da realizzare con le nostre attuali conoscenze (anche per via dell’immensa quantita di energia necessaria per mantenere aperto un wormhole).
Tuttavia é recente l’annuncio che un team di fisici ha chiesto di poter utilizzare le strutture delLHC del CERN di Ginevra per testare la possibilita di generare microscopici wormholes. Lo studio di tali strutture spaziotemporali potrebbe riservarci molte sorprese in futuro.
Viaggio nel tempo tramite wormhole
Il motore a curvatura di Alcubierre
Noi appassionati di Star Trek siamo familiari con il motore a curvatura visto sopra. In realtá si è sempre dato per scontato che questo concetto sarebbero stato sempre e solo limitato alla fantascienza. Ma gli scienziati e gli ingegneri della NASA fortunatamente non la pensano cosi. Essi stanno infatti esplorando modi in cui noi potremo manipolare l’universo per raggiungere il fatidico “viaggio più veloce della luce”. Il nucleo dietro questo non è la propulsione che conosciamo oggi (chiamata propulsione newtoniana) ma utilizzerà invece la flessibilità del tessuto dello spazio stesso. Il progetto attualmente più praticabile è quello di un anello costruito intorno a un veicolo più piccolo, che dovrebbe espandere rapidamente lo spazio dietro di esso. Ne risulterebbe una bolla di curvatura che sposterebbe lo spazio-tempo attorno al veicolo per riposizionare efficacemente il continuum senza muoversi relativamente al veicolo stesso. Dall’interno del veicolo sembrerebbe come se si stesse correndo attraverso lo spazio quando in realtà non ci sarebbe alcuna l’accelerazione di sorta! Il dispositivo é chiamato Alcubierre Warp Drive.
Motore a curvatura di Alcubierre
Se teoricamente il progetto sembra valido, in realtá il problema è l’energia necessaria per alimentarlo. Avremmo bisogno dell’equivalente energetico della massa di un pianeta delle dimensioni di Giove, il che chiaramente non è fattibile.
Ma presso il simposio del 100YSS, è stato suggerito da Harold White che si potrebbe davvero realizzare la tecnologia warp drive utilizzando una massa delle dimensioni di una piccola automobile solo modificando la geometria del motore a curvatura. Una differenza di massa abbastanza incredibile. “Improvvisamente mi resi conto che se avessimo utilizzato un anello di energia negativa del vuoto di maggior spessore, passando per esempio da una forma a nastro ad una forma di ciambella e facevamo oscillare la bolla di curvatura, sarebbe stato possibile ridurre notevolmente l’energia necessaria, rendendo l’idea plausibile” disse White.
Motore a curvatura di Alcubierre
Esperimenti di laboratorio sono iniziati immediatamente per testare le teorie, utilizzando un interferometro per misurare le piccolissime flessioni nello spazio-tempo che essi creano. “Aumenteremo la fedeltà dei nostri dispositivi di test e continueremo a migliorare la sensibilità dell’interferometro del campo di curvatura, eventualmente utilizzando dispositivi per generare direttamente energia negativa del vuoto”, annuncia White.
Egli comunque sottolinea che il lavoro attuale è rigorosamente su carta e con esperimenti di laboratorio in miniatura ma si dice molto ottimista del fatto che un giorno potremmo realmente costruire un motore a curvatura funzionante.
Se le prove di laboratorio avranno successo, le possibilità derivanti dal fatto che questa tecnologia venga incorporata in progetti di grandi dimensioni sono incredibili: distanze impossibili di spazio saranno istantaneamente ristrette e gli esseri umani avranno l’opportunità di estendere la propria presenza non solo attraverso il sistema solare, ma in tutta la galassia.
Forse, chissá, potremmo anche avere la nostra astronave interstellare entro 100 anni.
Warp spazio-tempo
Ancora un esempio di motore a curvatura di Alcubierre
Conclusioni
Viaggeremo tra le galassie? Per ora solo tramite i film, telefilm, romanzi e videogiochi di Star Trek e della fantascienza in generale ma il sogno di poter mettere piede su pianeti sconosciuti, di arrivare lá dove nessun uomo é mai giunto prima, forse non resterá un sogno per sempre. Dobbiamo ricordare che tante e tante volte l’umanitá si é trovata a trasformare il sogno in realtá a dispetto di quello che sembravano limiti invalicabili. Il volo, la luna, Marte e il Sistema solare. Ora il limite ci é imposto dalle stesse leggi della fisica che noi abbiamo contribuito a scoprire e codificare, ma sono sicuro che l’ingegno umano troverá il modo di cambiare anche queste, se non di modificarle, quantomeno di trovare una escamotageche ci permetta di ottenere lo stesso risultato senza violarle.
Una moderna atronave nel gioco Star Trek con una struttura fisica coerente con il motore di Alcubierre
Come saranno le nostre astronavi? Forse non davvero simili a quelle vista su Star Trek, al posto delle gondole di curvatura avremo un anello di curvatura, forse non useremo dilitio ma deuterio ultra-denso ma una cosa é certa: esse porteranno i nostri discendenti verso l’estremo, incredibile, viaggio di esplorazione: l’Universo!
Ricostruzione fantasiosa di una nave stellare utilizzante il motore di Alcubierre
