Approfitto di una serie di articoli che dimostrano, con tanto di prove, che i razzi usati da mister Musk perdono letteralmente i pezzi, per divagare a ruota libera sulle reali possibilità di viaggiare tra le stelle. Il pensiero umano, osservando l'Universo, ha già trovato la risposta. Manca ancora la tecnologia capace di metterla in atto. Guai, però, se mancherà anche la... testa!

Piovono rottami dal cielo: grazie mister Musk!

Grazie al "genio" di mister Musk (e chi non lo conosce?), il cielo sopra di noi si sta riempiendo di satelliti, scie luminose che stanno intralciando sempre di più il lavoro degli astrofisici da terra, nuovi razzi "privati" sono stati costruiti e sono in costruzione per andare sulla Luna e colonizzare Marte. Molti sono stati i test già eseguiti e molti gli insuccessi. Qualcuno dirà: "Per ottenere qualcosa bisogna rischiare...". Purtroppo, il rischio colpisce la gente innocente. Per adesso nessuna tragedia, ma aumentando il numero dei test la situazione non può che peggiorare. Ovviamente, è difficile sapere certe cose, tenute segrete per i chiari interessi economici dell'uomo forse più potente della Terra (finanziato abbondantemente dalla stessa NASA). Ma qualcosa trapela e questo articolo illustra e documenta come certe assicurazioni date da Musk e dalla NASA sono state disattese. Essi avevano detto chiaramente che i nuovi progetti spaziali di Space X non avrebbero sicuramente potuto causare la caduta di detriti al suolo. L'immagine che segue mostra che le cose stanno andando in modo ben differente.

Se volete saperne di più, vi consiglio questa lettura, estremamente chiara, che si riferisce a un evento di poco tempo fa, ma che rimanda ad altri "inconvenienti" simili recuperabili abbastanza facilmente su Internet.

Beh... che dire? Il rischio di vedersi arrivare sulla testa qualche quintale di materiale artificiale dallo spazio sempre più intasato val bene la candela. Alloggi milionari o miliardari sulla Luna, equipaggi "sacrificali" che saranno i futuri eroi dell'umanità, il cambiamento del clima di un intero pianeta sono i fantastici progetti di mister Musk. Ma non si fermerà certo qui. Ecco cosa dice su Twitter (o quello che è, io non me intendo...):

Eh sì... lui pensa già alle stelle e sembra che gli basti solo qualcosa di più grande e di più avanzato. Ma per fare ciò basterà sicuramente l'Intelligenza Artificiale, dato che l'Intelligenza Vera sembra ormai un vecchio ricordo, ormai superato, dell'Umanità.

Qui di seguito, però, vorrei ancora una volta cercare di usare il pensiero e una sana conoscenza della fisica. Per chi non lo sapesse, il PENSIERO è una delle capacità del cervello, probabilmente la più importante in assoluto. La fisica, inoltre, non è quella cosa che conoscerà solo l'IA, ma un bene prezioso che è stato costruito attraverso millenni di utilizzo del pensiero.

Chiediamoci, allora: E' possibile viaggiare tra le stelle, in barba all'enormità delle dimensioni dello Spazio (ma sarebbe meglio dire dello Spazio-Tempo, inteso come un unico sistema di riferimento)?

Caliamoci nel mondo odierno e cerchiamo di prevedere il futuro sulla base di ciò che conosciamo oggi, ossia la Fisica dell'Universo, compresa, ovviamente, la Relatività Generale. Ipotizzare qualcosa che si basi su ciò che non conosciamo assolutamente va perfino oltre la fantascienza e diventa pura fantasia. Pensiamo a Verne... lui aveva pensato a un viaggio sulla Luna, ma lo aveva ottenuto attraverso i principi della fisica che conosceva: sparare un grande proiettile a grande velocità. La stessa fisica di Star Trek si basa su principi in pieno accordo con la relatività di Einstein.

Cerchiamo allora di raggiungere, almeno, la stella più vicina a noi: Proxima Centauri e, in particolare, il suo pianeta b, posto nella zona abitabile, quella in cui sarebbe possibile l'esistenza di acqua allo stato liquido.

Personalmente, non credo proprio che sia un ottimo candidato per la vita. Proxima è una nana rossa e, quindi, una stella particolarmente violenta nelle sue manifestazioni energetiche. Inoltre, come ben sappiamo, per stare nella zona abitabile è necessario orbitare molto vicino alla stella e questo fatto comporta un "blocco" mareale, ossia il pianeta volgerebbe sempre la stessa faccia alla stella. Un emisfero sarebbe terribilmente caldo e l'altro terribilmente freddo. Ma non basta, dato che l'attività stellare eliminerebbe facilmente la presenza di un'atmosfera necessaria per una vita simile alla nostra. Ovviamente, potremmo pensare a forme di vita del tutto immaginarie, ma commetteremmo un grave errore, di tipo chimico-fisico, dato che l'unico esempio di vita che conosciamo è la nostra. Inventarsi qualcosa senza evidenze sperimentali va contro la vera Scienza.

Il razzo più veloce

Oggi, per abbandonare la Terra e raggiungere i pianeti del nostro Sistema Solare, vengono usati i razzi. Un razzo è una struttura "semplicissima" che sfrutta sapientemente il principio della conservazione della quantità di moto. Se il mio oggetto contiene al SUO interno del propellente e questo viene espulso con una certa velocità, la conservazione della quantità di moto obbliga il resto del sistema iniziale a muoversi in direzione contraria. Siamo nel caso tipico della pistola e del suo rinculo e, più in generale, nel problema del razzo studiato da Tsiolkovsky.

La struttura è apparentemente semplice, ma le sue dimensioni sono enormi, dato che per raggiungere velocità sempre più grandi è necessario poter contenere una enorme quantità di massa da espellere. L'espulsione avviene attraverso reazioni chimiche e i limiti sono facili da capire.

Il razzo, o meglio, ciò che resta alla fine dell'accelerazione e del raggiungimento della velocità di crociera,  che è più lontano da noi e sta viaggiando verso le stelle è il Voyager 1, che si muove a circa 62 000 km/h. Malgrado abbia abbandonato Saturno nel lontano 1980, oggi si trova a "sole" 20 ore luce da noi. La sua velocità, tradotta in km/s ammonta al "ridicolo" numero di 17 km/s, il che, sempre che fosse pianificata questo tipo di traiettoria, gli permetterebbe di raggiungere Proxima Centauri tra circa 70 000 anni. Un periodo un po' troppo lungo anche per i viaggi che idealizzano un certo numero di generazioni prima dell'arrivo.

Il Voyager, comunque, non è la navicella che ha raggiunto la massima velocità nel Sistema Solare. Questo record spetta alla sonda Juno che ha raggiunto i 266 000 km/h. In tali condizioni potrebbe raggiungere Proxima in "soli" 17 500 anni.

Un bel guadagno, ma le cose restano praticamente allo stesso punto.

Per fare arrivare la massa di un grammo su Proxima in cent'anni occorrerebbe una velocità di crociera pari  0.04 volte la velocità della luce. Per ottenerla sarebbe necessaria una massa da espellere decisamente più grande della massa dell'intero Universo Osservabile. No, non è la strada giusta. Potremmo giocare sulla velocità di espulsione del propellente. Essa, però, ha dei limiti ben definiti e, con reazioni chimiche, NON può superare i 5 km/s. Niente da fare... anche se costruissimo razzi sempre più grandi.

Vi è poi un fatto molto importante da tenere a mente. Abbiamo solo parlato di raggiungere Proxima. Ma una missione del genere non potrebbe certo accontentarsi di sorvolare a grande velocità il pianeta così lontano. Le immagini dovrebbero essere ottenute in una frazione di secondo per avere una risoluzione decente. La cosa più sensata sarebbe quella di rallentare e addirittura fermarsi. Ma l'energia necessaria a compiere questa manovra sarebbe impossibile da trovare, dato che non avremmo più combustibile da utilizzare.

Con le conoscenze fisiche attuali qualsiasi soluzione che utilizzi un razzo alla Tsiolkovsky sarebbe regno di una fantascienza di serie B.

In realtà, ciò è vero solo se pensassimo a una fonte di energia chimica. Negli anni '50 del secolo scorso, Dyson (lo stesso che propose le sfere di Dyson, tornate in auge e di cui parleremo presto)  propose l'energia nucleare al posto di quella chimica. E lo fece in modo molto "banale": una serie numerosa di bombe atomiche che dovevano scoppiare a tempi cadenzati una dall'altra. Esse dovevano essere centinaia se non addirittura migliaia. La proposta stava tecnologicamente in piedi e avrebbe permesso di raggiungere una velocità pari a 0.1 volte quella della luce. Il che voleva dire giungere su Proxima in qualche decennio. Una soluzione non difficile con la tecnologia attuale, ma impossibile da realizzare politicamente... Chi preparerebbe gli ordigni e chi gestirebbe il tutto? No, nemmeno a parlarne. Chi vuole saperne di più su questo progetto può leggere su ORION .

Negli anni '70 fu proposto e studiato il progetto DAEDALUS che avrebbe dovuto utilizzare l'energia derivante dalla fusione nucleare controllata. Magnifico sicuramente... peccato che la fusione nucleare controllata sia ancora un sogno, forse addirittura mal visto da chi produce e vende l'energia con i mezzi attuali.

Quale altra fonte di energia permetterebbe di essere applicata per raggiungere velocità comparabili con quelle della luce? Una è conosciuta molto bene: mettere a contatto materia e antimateria. Sappiamo bene che esse si annichiliscono producendo un'enorme quantità di energia. L'idea è molto geniale, ma occorrerebbero centinaia di chilogrammi di antimateria, senza contare che si dovrebbe comunque manipolare e la faccenda è, al momento (ma forse in assoluto), irrealizzabile.

Riassumendo... qualsiasi metodo basato sull'invio di un razzo sia con propellente chimico che nucleare o del tipo materia-antimateria è bel lontano dall'essere messo in pratica anche sperando in un rapido miglioramento delle odierne tecnologie. Quello che ci dice mister Musk è quindi una falsità, basata su ipotetici motori di cui non ha la minima idea. Può anche farci viaggiare tra i pianeti, ma le stelle rimangono un miraggio anche per lui.

Restano aperte due soluzioni che si discostano parzialmente dall'idea del razzo a propellente "casalingo": la vela spaziale e il collettore di Bussard.

Come Cristoforo Colombo

Raggiungere velocità enormi senza carburante interno fa parte del progetto STARSHOT che vede tra i suoi autori anche Hawking.

Sappiamo bene che i fotoni non hanno massa ma hanno comunque quantità di moto. Se costruissimo una vela leggerissima, di grandi dimensioni e ad altissima riflettività, potremmo spingerla a grandi velocità sfruttando proprio l'impatto dei fotoni contro di essa.

In realtà, la sonda giapponese IKAROS ha già volato in questo modo per raggiungere Venere. Ovviamente, la radiazione solare non può bastare se la vela inizia a trovarsi troppo lontana dalla nostra stella. Il progetto, quindi, necessita di laser ultrapotenti che facciano la parte della radiazione solare. L'ultima versione prevede una vera e propria flotta di piccole vele spinte da laser che permetterebbero di raggiungere velocità di circa 0.2 volte quella della luce. In tal modo la flotta (o quello che ne rimane) raggiungerebbe Proxima in circa 20 anni. Fattibile? Probabilmente sì, ma con grandi rischi dovuti alle collisioni con micrometeoroidi: una volta che una vela cambia rotta niente può rimetterla lungo la giusta traiettoria. E poi? Si trasporterebbero mini telecamere che dovrebbero ottenere immagini mentre viaggiano a velocità pazzesche. Otterremmo informazioni forse del tutto simili a quelle  che potremmo conoscere in vent'anni di osservazioni con telescopi terrestri?

Verso Star Trek: i Collettori di Bussard 

Lo spazio non è vuoto. Non è vuoto anche senza introdurre le particelle virtuali quantistiche. Esso, infatti, contiene idrogeno anche se la densità è estremamente bassa: un atomo ogni qualche centimetro cubo. Tuttavia, si è pensato, grazie a Bussard, negli anni '60 del secolo scorso, di usare un enorme imbuto spaziale capace di catturare una gigantesca quantità di idrogeno. Questo materiale raccolto nello spazio potrebbe essere utilizzato come combustibile per raggiungere velocità comparabili a quelle della luce. Il vero problema sarebbe quello di riuscire ad accelerarlo dentro una specie di reattore, che, probabilmente, dovrebbe utilizzare la fusione nucleare e ricadiamo in un problema ancora aperto.

Questo sistema, tuttavia, è già stato usato anche se solo nella migliore fantascienza, ossia nell'astronave Enterprise di Star Trek. Collettori di Bussard sono, infatti, le parti segnate in rosso nell'immagine che segue.

Curvatura 5, signor Sulu!

Ammettiamo pure che si sia in grado di raggiungere la velocità della luce. Beh... sarebbe possibile in pochi anni raggiungere le stelle più vicine, ma i problemi rimarrebbero se si volesse veramente viaggiare tra le stelle di una galassia o di compiere viaggi intergalattici.

Facciamoci, allora, una domanda: "La Natura ci mostra qualcosa capace di avvicinare la velocità della luce e -magari- di superarla?". Direi proprio di sì. Basta entrare nel mondo della Relatività Generale e tutto ciò diventa possibile. Intendiamoci bene... La relatività ci dice che nessun oggetto può superare la velocità della luce, ma non vieta allo spazio stesso di deformarsi contraendo o dilatando le distanze tra oggetti immobili. Queste condizioni esistono così come esistono equazioni che le descrivono.

Pensiamo soltanto ai buchi neri. Essi sono confermati dalla relatività e sono anche "osservabili" nell'Universo. Ebbene, nelle loro vicinanze lo spazio (dovremmo più giustamente dire lo spazio-tempo) si deforma. Al loro interno possiamo pensare che lo spazio si "stiri" a tal punto che la luce stessa (i nostri poveri fotoni) non riescano più a stargli dietro e non riescano più a uscire.  In realtà, ciò capita costantemente in tutto l'Universo. Sappiamo che le galassie sono ferme e che il fatto che la loro distanza diventi sempre più grande è dovuta all'espansione dello spazio. Facciamo attenzione: lo spazio non è qualcosa di materiale, ma è una struttura nella quale è possibile stabilire grandezze come distanza e cose del genere. Tutta la relatività generale si basa su questo fatto. La variazione di distanza e quindi l'apparente movimento può essere dovuto alla variazione della metrica. In parole povere, lo spazio dice alla materia come muoversi e la materia dice allo spazio come deformarsi. Ne segue che per avvicinarci a una stella lontanissima potremmo agire direttamente sullo spazio misurato tra noi e lei.

Queste conclusioni non sono fantascienza, ma leggi che la Natura è capace di seguire: l'inflazione -sempre che vi sia stata- ha superato di gran lunga la velocità della luce, ma non ha agito sulla materia che era contenuta nello spazio. La stessa espansione fa qualcosa del genere: non per niente esiste la sfera di Hubble, quella che vieta alla luce di stelle troppo lontane di raggiungerci. Ripeto quanto detto per i buchi neri. I fotoni ce la mettono tutta, ma lo spazio davanti a essi cresce troppo in fretta e sono costretti a rimanere indietro.

Non vogli certo dilungarmi su nozioni e concetti che ormai dovrebbero essere ben compresi da tutti i nostri lettori, ma far solo presente che, in fondo, utilizzare le caratteristiche tipiche della relatività generale è un qualcosa di molto meno fantascientifico di altre soluzioni puramente inventate e mai viste nell'Universo.

Il vero grande problema è capire come fare, in pratica, a deformare lo spazio per ottenere viaggi di brevissima durata anche in spazi enormi. Molte volte l'uomo ha dovuto cercare di imitare la Natura e alla fine c'è riuscito. Ho detto l'uomo ma intendevo dire uomo pensante, capace di fantasia e intuizione. Un piccolo esempio? Newton ha capito perché i pianeti girano intorno al Sole. Questa intuizione ha poi permesso di inviare satelliti artificiali nello spazio e sonde spaziali in giro per il Sistema Solare. Non è tanto la tecnologia che ci serve, ma la capacità di rendere ammissibile il passaggio da un nostro manufatto a ciò che si osserva nel Cosmo. Credetemi... la tecnologia, senza pensiero umano, non potrà mai ottenere questo successo, potrà solo favorire la messa in opera di idee basate su uno studio attento della realtà.

Un sistema molto comodo per viaggiare in questo modo potrebbe essere quello di creare un wormhole, ossia un cunicolo spazio temporale che accorci la via da seguire da un punto a un altro dello stesso Universo (o anche tra Universi...). Il vero problema è che i wormhole sono, per il momento solo teoria, ma niente del genere è stato mai osservato. Molto meglio pensare a contrarre e dilatare lo spazio-tempo, concetto pienamente seguito e osservato in Natura.

Ed eccoci al motore a curvatura, il warp drive utilizzato dall'astronave di Star Trek. 

Il concetto è veramente banale e intuitivo, come mostra la figura che segue.

L'astronave E si trova tra due stelle lontanissime tra loro e vuole raggiungere in fretta la stella B, dopo aver lasciato la stella A. Niente di più facile: basta dilatare lo spazio tra E ed A e contrarre lo spazio tra E e B. Il gioco è fatto. L'Enterprise non si è realmente mossa, ma ha raggiunto velocemente la stella B, superando, apparentemente, la velocità della luce.

In fondo è qualcosa di molto simile a un surfista che si sistema sulla cresta di un'onda. Lui sta fermo, ma è l'onda che si sposta, riducendo lo spazio che vi è tra lei e la costa.

Nel 1995 Alcubierre ha dimostrato che un motore del genere non è vietato assolutamente dalla RG .

Torniamo con i piedi per terra. La RG ha bisogno di materia per curvare lo spazio. Sì, ma quale? Purtroppo sarebbe necessaria materia con una massa NEGATIVA. E questa non la conosciamo ancora... C'è chi pensa che non sia altro che l'energia oscura? Un momento, un momento... Ma non sappiamo nemmeno se esiste per cui come pensare di poterla utilizzare? Forse si potrebbe "costruire", ma a questo punto il gatto si morde la coda: bisognerebbe avere un motore a curvatura per costruirne uno. Accidenti... le cose si complicano: beato il comandante James Kirk!

Tornando a essere seri, dobbiamo anche tener presente che abbiamo sfruttato solo la RG ma ancora non abbiamo idea di quali potrebbero essere gli effetti quantistici di certe realizzazioni basate solo sulla conoscenza del macrocosmo e la gravità. Attendiamo con pazienza la gravità quantistica, sperando che questa stupida specie abbia il tempo necessario. A meno di non deformare anche il tempo a nostro piacimento.

Abbiamo scherzato, ovviamente... comunque state attenti alla testa: il signor Musk non perdona e potrebbe rendere obbligatori caschi speciali anti rottami spaziali che lui venderebbe a prezzi altissimi!