Motore a curvatura: velocità superluminali da fantascienza

Gli scienziati da sempre lavorano per superare muri che sembrano invalicabili. I fratelli Montgolfier hanno fatto salire l’uomo fino al cielo, i fratelli Wright gli hanno permesso di viaggiare sopra le teste dei propri simili. Poi satelliti e uomini hanno raggiunto lo spazio, mentre gli aerei superavano l’ostica barriera del suono, che aveva quasi fatto desistere gli ingegneri aeronautici del secondo dopoguerra. Ad oggi abbiamo esplorato a fondo praticamente tutto il Sistema Solare, ad eccezione dei confini rappresentati dalla lontanissima nube di Oort. Una volta raggiunti i confini cosa si fa? Li si supera!

Ma per raggiungere altri sistemi stellari servirebbero navette in grado di superare la velocità della luce. I veicoli che al momento solcano gli spazi vuoti del Sistema Solare non si avvicinano neanche a tali velocità. Ma se guardiamo molto più in basso, nelle nostre televisioni, ci sono molte navette che senza difficoltà viaggiano di stella in stella su pianeti alieni sempre diversi. Una delle più famose serie televisive in cui ciò avviene è sicuramente Star Trek. In questa serie concepita oltre 50 anni fa le navicelle sfruttano un futuristico sistema propulsivo, il motore a curvatura (noto anche come motore gravitazionale o motore warp), per superare la velocità della luce e raggiungere in scioltezza tutti gli angoli dell’universo. Il nome deriva dall’apparente curvatura della luce attorno all’astronave. Ma come funziona il motore a curvatura? E cosa ne pensano gli scienziati di oggi di una sua ipotetica realizzabilità?

Storia e funzionamento del motore a curvatura

Nell’universo di Star Trek il motore a curvatura viene inventato sulla Terra dallo scienziato Zefram Cochrane negli anni immediatamente successivi al 2060. Durante il lancio di prova gli uomini entrano in contatto con una civiltà aliena, i vulcaniani, che già disponevano di una tecnologia simile da secoli; così la Terra entra nei radar di tutte le civiltà dell’universo che già erano in grado di compiere viaggi interstellari.

I motori a curvatura (o motori gravitazionali) ricevono energia dalla reazione tra materia (deuterio) e antimateria (antideuterio), mediata da cristalli di dilitio che non reagiscono con l’antimateria se soggetti a campi elettromagnetici ad alta frequenza. Questa reazione produce un plasma altamente energetico, chiamato elettroplasma o plasma di curvatura, che viene incanalato dai condotti del plasma attraverso il sistema a elettro-plasma (EPS); questo sistema fornisce energia anche agli altri sistemi elettronici della navetta. Per la propulsione l’elettroplasma viene incanalato dagli iniettori di plasma in una serie di bobine di curvatura, poste nelle gondole di curvatura. Le bobine sono composte di cortenide di verterio e generano il campo di curvatura. Le gondole possono essere interne al veicolo o collocate all’esterno e collegate al corpo principale tramite piloni. Il motore a curvatura genera una distorsione spaziotemporale attorno all’astronave, isolata all’interno di una bolla di curvatura. La distorsione consiste nel contrarre lo spazio davanti alla navetta e dilatarlo dietro di essa, riducendo l’effettiva distanza da percorrere. Quindi all’interno della bolla di curvatura la navetta non viaggia a velocità superiori a quella della luce, ma vista dall’esterno sì.

Motori a curvatura nella realtà: il motore di Alcubierre e il motore a curvatura NASA

Il motore a curvatura di Alcubierre è un ipotetico sistema propulsivo basato su una soluzione delle equazioni di campo di Einstein della relatività generale, proposto dal fisico teorico messicano Miguel Alcubierre. Con questo motore un’astronave potrebbe raggiungere un’apparente velocità superluminale. La condizione di funzionamento principale della propulsione a curvatura di Alcubierre è la creazione di un campo di densità energetica minore del vuoto, ossia di massa negativa, ad oggi ancora mai realizzato. Come le navi di Star Trek, una navicella col motore di Alcubierre non raggiungerebbe la velocità della luce in un sistema di riferimento locale, ma attraverserebbe distanze minori contraendo lo spazio dinanzi a sé e espandendo quello dietro di sé; ciò risulterebbe in un effettivo spostamento a velocità superluminale. Nel normale spazio-tempo gli oggetti non possono raggiungere la velocità della luce; quindi il motore a curvatura di Alcubierre cambia lo spazio-tempo attorno alla navetta, affinché essa possa arrivare a destinazione a velocità superluminale, ma senza andare contro le leggi della fisica.

Anche se la soluzione di Alcubierre è consistente con le equazioni di campo di Einstein, potrebbe non avere un vero significato fisico, e quindi potrebbe non essere realizzabile. E anche se si riuscisse a trasporre nella realtà, la sua possibilità non significherebbe per forza che il motore sarebbe costruibile. Il meccanismo proposto da Alcubierre implica una densità di energia negativa, e quindi la materia esotica. Essa è materia che non obbedisce alle normali leggi della fisica, ma è costituita da particelle effimere, e quindi decade poco dopo la sua produzione. Non esistendo ad oggi materia esotica stabile, il motore a curvatura non può essere costruito.

Anche la NASA ha effettuato degli esperimenti su un motore che possa far viaggiare le astronavi a velocità superluminali: il motore elettromagnetico (EM). E’ un innovativo sistema propulsivo per muovere le navicelle senza l’uso di propellente. L’esperimento che ha portato all’idea di un motore di questo tipo è stato condotto nello spazio. Dei raggi laser sono stati sparati nella camera di risonanza del motore EM per aumentarne l’intensità. I ricercatori hanno scoperto che alcuni dei raggi hanno raggiunto velocità superiori a quella della luce. Secondo la teoria della relatività di Einstein niente può muoversi più veloce della luce; quindi l’elevata intensità raggiunta dai raggi laser ha permesso loro di distorcere lo spazio-tempo e raggiungere una velocità solo apparentemente superluminale. Se si riuscisse a sfruttare questo campo di curvatura generato dai laser ad alta energia, si potrebbe contrarre lo spazio davanti alla navetta e dilatare quello dietro con lo stesso procedimento dell”elettro-plasma di Star Trek, ottenendo di fatto un viaggio a velocità superiore a quella della luce senza che la navetta ne risenta.