Se sei già un fan di Star Wars, sai che le storie si svolgono in una galassia lontana, lontana, quindi le leggi della fisica dovrebbero ancora applicarsi. D’altra parte, queste sono ovviamente opere di finzione; ha senso applicare quelle leggi? Il mio libro rende il caso che è sia divertente e vale la pena di farlo per una gamma di tecnologie di Star Wars, tra cui quello dei suoi più importanti: iperspazio.
Nel 1905 Einstein formalizzò la sua teoria della relatività speciale. Secondo questa teoria, la velocità della luce non è solo una costante, ma anche il limite di velocità universale. Sono state avanzate teorie che propongono come si possa viaggiare più velocemente della velocità della luce, che vanno dai wormhole ai tesseracts ai viaggi nel tempo. Alcune di queste teorie sfruttano dimensioni aggiuntive che non possiamo vedere. Ma quanto sono realistici questi suggerimenti? Ci sono più di tre dimensioni? È possibile viaggiare più velocemente della luce? Cos’è un wormhole e come ci permetterebbe di percorrere grandi distanze in un breve lasso di tempo?
Retroscena
In Star Wars, l’iperspazio è uno spazio extra-dimensionale attraverso il quale le navi possono viaggiare in modo da muoversi attraverso la galassia più velocemente di quanto sarebbe permesso viaggiando attraverso lo spazio reale. Per fare ciò, una nave deve essere dotata di un hyperdrive. Ma andare nell’iperspazio non è privo di pericoli. ” Viaggiare attraverso l’iperspazio non è come spolverare le colture”, come spiega Han Solo. “Senza calcoli precisi potremmo volare attraverso una stella o rimbalzare troppo vicino a una supernova.”Con tali rischi gravi, è importante fare affidamento su computer hyperdrive.
La fisica di Star Wars
L’iperspazio è, in teoria, un insieme di dimensioni extra oltre le tre che sperimentiamo quotidianamente. Queste dimensioni extra sono in grado di collegare punti distanti nello spazio reale. Ciò consente velocità più veloci della luce (in un certo senso). Ad esempio, considera il volo da Tatooine ad Alderaan. Se Owen accendesse un laser puntato direttamente su Alderaan (e supponiamo che non ci siano ostacoli e che il raggio rimanga punteggiato con precisione abbastanza da essere rilevabile ad Alderaan) nello stesso momento in cui il Millennium Falcon saltò nell’iperspazio, il Millennium Falcon sarebbe arrivato prima che il raggio laser raggiungesse Alderaan. Sembra che il Millennium Falcon viaggi ” più veloce della luce.”
Ci sono problemi con questa spiegazione teorica. Uno è l’idea che causa ed effetto si basano su cose che accadono in un ordine particolare. Più semplicemente, affinché un evento causi un secondo evento, il primo evento deve accadere prima del secondo. Sembra abbastanza facile e non correlato all’iperspazio, ma il concetto di simultaneità getta una chiave in tutto.
Considera quanto segue: sei seduto su una sedia accanto a un binario ferroviario ad alta velocità e decidi di lanciare due fuochi d’artificio contemporaneamente, uno su entrambi i lati. Dal tuo punto di vista, si lanciano esattamente nello stesso momento. Se il tuo amico dovesse guidare su un treno che viaggia vicino alla velocità della luce mentre i fuochi d’artificio sono stati lanciati, quell’amico vedrebbe il lancio dei fuochi d’artificio in momenti diversi. Un evento simultaneo per te non sarebbe simultaneo per il tuo amico. Allo stesso modo, si potrebbe lanciare i fuochi d’artificio in momenti diversi in modo tale che nel quadro di riferimento del tuo amico si lanciano contemporaneamente.
La cattura è, se il treno del tuo amico dovesse viaggiare più velocemente della velocità della luce, l’ordine in cui il lancio dei fuochi d’artificio apparirà diverso da te (come osservatore fisso) rispetto al tuo amico (come osservatore che viaggia più velocemente della luce).
Potresti pensare, beh, i fuochi d’artificio sono un esempio sciocco. A chi importa se non sei d’accordo sull’ordine in cui sono stati lanciati i fuochi d’artificio? Tuttavia, questo esperimento mentale ci mostra l’interrelazione tra velocità e sequenza di eventi. Le leggi della fisica non si preoccupano di quali siano quegli eventi. Immagina di sparare un blaster (evento 1) e il bullone che colpisce il bersaglio (evento 2). O leggere un libro (evento 1) e raccontare a un amico ciò che leggi (evento 2). Come puoi vedere, l’ordine in cui accadono questi eventi sarebbe privo di senso se invertito. Tecnicamente, sarebbe possibile per il Millennium Falcon volare più velocemente della luce oltre Alderaan mentre esplode e arrivare alla Morte Nera in tempo per fermare l’arma dal fuoco in primo luogo.
Ci sono modi in cui viaggiare attraverso l’iperspazio non richiederebbe una violazione della relatività, però. L’idea che due punti nello spazio reale siano collegati da un” tunnel ” sfruttando dimensioni aggiuntive non è inaudita nelle teorie della fisica. Queste connessioni tra punti nello spazio-tempo sono chiamate wormhole. Ecco come funziona un wormhole: tieni un pezzo di carta davanti a te e piegalo a metà. Ora prendi una matita (o un altro oggetto appuntito) e fai un buco attraverso la carta piegata. Ora immagina che una formica voglia camminare da un lato all’altro della carta. Se cammina lungo la superficie della carta, dovrà camminare fino in fondo e intorno alla piega. D’altra parte, se la formica cammina attraverso il foro, può passare da un lato all’altro della carta molto più velocemente. La formica stessa non ha mai viaggiato più velocemente; ha appena fatto da un luogo all’altro più veloce.
Mentre la carta è una superficie bidimensionale, lo spazio tridimensionale come abbiamo capito potrebbe essere piegato attraverso una quarta dimensione per creare connessioni tra due punti. Poiché le nostre menti hanno sempre e solo sperimentato lo spazio tridimensionale, questo è impossibile da visualizzare completamente. Tuttavia, se un hyperdrive fosse in grado di distorcere lo spazio-tempo in modo tale da deformarsi e creare un buco tra Tatooine e Alderaan, viaggiare attraverso l’iperspazio non violerebbe alcuna legge della fisica. Richiederebbe solo enormi quantità di energia per compiere questi salti.
La fisica della vita reale
Questo probabilmente sembra tutto fantastico; qualcosa che non potrebbe accadere nella realtà. Per quanto riguarda la fisica sperimentalmente verificata, è vero. Ci sono teorie, però, che indicano che potrebbero esserci ulteriori dimensioni della realtà ancora da scoprire. Forse l’esempio più noto di questo è la teoria delle stringhe. In questo momento, ci sono cinque diverse formalizzazioni della teoria delle stringhe, che non possono essere falsificate dai dati correnti. La teoria M è una possibile unificazione di tutte le teorie delle stringhe secondo cui ogni singola teoria delle stringhe è un esempio speciale della teoria M generalizzata.
La premessa di base di tutte le teorie delle stringhe è che tutto nell’universo è costituito da piccole stringhe, che sono avvolte in un ciclo o esistono in una linea retta. Proprio come le corde di una chitarra oscillano in modi particolari per prendere appunti in una canzone, le corde che compongono l’universo oscillano in modi diversi per creare particelle subatomiche.
Una delle altre idee della teoria delle stringhe è che ci sono più delle tre dimensioni spaziali e delle dimensioni una tantum che conosciamo. A seconda della formulazione specifica della teoria delle stringhe a cui si fa riferimento, esistono diversi numeri di dimensioni proposti. Ad esempio, nella teoria delle stringhe bosoniche, ci sono ventisei dimensioni proposte.
Quindi dove sono queste dimensioni extra? Perché non possiamo vederli o sperimentarli? Come la maggior parte delle cose coinvolte con la fisica al confine della conoscenza umana, usiamo analogie per descrivere i risultati. Immaginate di essere un astronauta nella Stazione Spaziale Internazionale guardando verso il basso a New York City. Sarete in grado di vedere la griglia di strade illuminate di notte. Dal tuo punto di vista, le strade appariranno come linee unidimensionali; le cose possono andare lungo di loro, ma non c’è larghezza per attraversarle. Essendo stato su una strada, sai che puoi attraversare una strada (non solo percorrerla) e che potresti persino saltare su e giù mentre attraversi la strada, ma dallo spazio sei troppo lontano per vedere quei dettagli. Allo stesso modo, sulla nostra scala a misura d’uomo, potremmo essere così lontani da queste dimensioni compatte che non possiamo vedere la complessità di esse.
Queste dimensioni sono spesso descritte in termini di ciò che è noto come la lunghezza di Planck. Alcune persone suggeriscono che questa è la lunghezza più breve possibile. La lunghezza di Planck può essere visualizzata in questo modo: Guarda la larghezza di un capello umano. Questo è circa un decimo di millimetro. Se questi capelli fossero scalati per essere la dimensione dell’universo osservabile (circa 1027 metri di diametro), nella versione ridimensionata la lunghezza di Planck sarebbe la larghezza di un capello umano. Un altro modo di dire questo è che un capello umano è di circa 1031 lunghezze Planck attraverso. Questo è dieci milioni di volte il numero di stelle nell’universo osservabile.