L’impossibile


Dagli antichi Greci abbiamo ereditato una grande verità: esistono dei limiti a ciò che possiamo fare. Quei formidabili pensatori del passato avevano dimostrato, ad esempio, una cosa molto semplice e cioè che è impossibile esprimere la radice quadrata di due con una frazione o con un numero decimale finito. La radice quadrata di due vale 1,4142… e via avanti all’infinito, senza ripetizioni. Ancora oggi esistono persone che non accettano questa limitazione e, facendo uso delle più recenti tecnologie, cercano inutilmente la fine di questa lunga serie di decimali che dovrebbe determinare con precisione assoluta il valore della radice di due.

Più in generale, l’idea che esista un limite al possibile non è penetrata molto in profondità nella coscienza dell’uomo moderno forse anche a causa degli incredibili successi ottenuti dalla scienza nello sviluppare metodi di controllo potenti oltre ogni previsione. Esistono molti esempi di limiti del possibile, alcuni dei quali ci accingiamo ad analizzare.

 

QUADRATURA DEL CERCHIO

Un problema, noto fin dall’antichità, consiste nell’impossibilità di costruire con riga e compasso un quadrato la cui area abbia la stessa misura di un cerchio fissato. Il cerchio è definito come la figura geometrica costituita dalla parte di piano il cui contorno è una circonferenza ovvero una linea che si disegna, puntando il compasso, con apertura r (raggio), in un punto del piano detto centro (C) e tracciando quindi una curva i cui punti ovviamente risultano tutti alla stessa distanza da C. È possibile costruire la stessa figura facendo uso di un semplice pezzetto di spago con un capo fissato al centro e una matita all’altro estremo fatta girare tutto intorno.

L’irrealizzabilità di una costruzione del genere (detta “quadratura del cerchio”) dipende dal fatto che il rapporto fra il perimetro della circonferenza e il suo diametro (dal greco dia– attraverso, da una parte all’altra, e metron, misura) non presenta un valore esatto. Proprio per tale motivo, intorno al 1600, un matematico inglese propose di indicare questa grandezza con la lettera greca pi (), iniziale di perimetron. Il “pi greco” può essere pertanto definito come il rapporto fra la circonferenza di un cerchio e il suo diametro (oppure tra l’area di un cerchio e il quadrato del suo raggio).

Già Babilonesi ed Egizi avevano notato che il rapporto tra l’area di un cerchio qualsiasi e il quadrato del suo raggio presentava un valore costante, ma incerto. Il greco Archimede (287- 212 a .C.) fu il primo a suggerire un procedimento per calcolare il valore di questa costante. Egli fece notare che l’area dei poligoni regolari iscritti in un cerchio di estensione qualsiasi tende all’area del cerchio stesso a mano a mano che aumentano i lati del poligono inscritto in esso.

La difficoltà di trovare un numero preciso di questo rapporto (ovvero in pratica il valore di ) sta nel fatto che non si tratta di un numero razionale, ossia di un numero esprimibile come rapporto tra due numeri interi. Non solo tali rapporti (o frazioni), ma anche gli stessi numeri interi, sono numeri razionali perché è sempre possibile esprimerli come rapporti di altri numeri interi: il 2, ad esempio, può essere espresso anche come 2/1 o 4/2 oppure 10/5 e così via. Non tutti i numeri, però, possono essere espressi in termini frazionari: ad esempio, la radice quadrata di due, come abbiamo visto in precedenza, non è un numero razionale perché non è esprimibile come frazione. I numeri che non possono essere scritti in forma esatta come frazioni vengono detti numeri irrazionali (il prefisso ir-sta per in- che in latino ha lo stesso significato dell’alfa privativo del greco).

L’equazione che definisce il pi greco non è algebrica e non ha coefficienti razionali: essa cioè non può essere risolta con operazioni come somme, divisioni e così via o con estrazioni di radici. Una tale equazione è detta trascendente (parola che deriva dal latino e significa “vado oltre, al di là”) e anche lo stesso pi greco viene detto numero irrazionale trascendente. L’impiego di algoritmi appropriati unito alla potenza dei moderni elaboratori elettronici ha permesso il calcolo di oltre un miliardo di cifre che esprimono il . Un numero tanto grande di decimali per definire con la massima precisione il valore di pi greco non ha alcuna applicazione pratica: per i calcoli possono essere sufficienti approssimazioni come 3,14 o 3,142.

Non solo la quadratura del cerchio ma anche la rettificazione della circonferenza è impossibile. Il motivo è sempre lo stesso: il numero è irrazionale e trascendente. Il numero (3,14) è infatti la lunghezza della circonferenza di un cerchio il cui diametro sia esattamente 1. Più in generale, un cerchio di diametro d ha la circonferenza lunga ∙d.

 

SOTTO LO ZERO ASSOLUTO

Non è nemmeno possibile scendere al di sotto di una temperatura limite. Si può scaldare un corpo a temperature altissime di migliaia o milioni di gradi, ma non lo si può raffreddare al di sotto dei 273 gradi centigradi sotto lo zero. Questa temperatura (per la precisione -273,15 °C ) rappresenta lo zero assoluto, ovvero un limite estremo oltre il quale il freddo non può spingersi.

Per comprendere bene il significato di questo limite facciamo un esempio immaginando di mettere sul fuoco una pentola piena d’acqua. Dopo qualche minuto si scalderà la pentola poi l’acqua in essa contenuta fino a bollire e ad evaporare completamente se verrà lasciata sulla fiamma per lungo tempo. Se invece che sulla fiamma pentola ed acqua in essa contenuta venissero poste in un forno molto potente si otterrebbe, oltre all’evaporazione dell’acqua, la fusione della pentola stessa e poi la sua vaporizzazione. In realtà qualsiasi corpo diventerebbe un gas se venisse scaldato a temperature sempre più alte.

Se si tentasse di andare dall’altra parte, ossia di abbassare la temperatura, non si riuscirebbe a scendere sotto i 273 gradi centigradi sotto zero, cioè sotto quella temperatura che abbiamo definito “zero assoluto”. Per comprendere il motivo dell’esistenza di questa temperatura limite è necessario tenere presente un concetto molto importante in fisica: la temperatura è la misura dell’agitazione delle particelle (atomi, molecole o ioni) che costituiscono il corpo materiale. Molta agitazione = temperatura alta; poca agitazione = temperatura più bassa; nessuna agitazione = temperatura minima.

Quando un corpo viene raffreddato le sue particelle oscillano sempre meno a mano a mano che si abbassa la temperatura: se quelle particelle fanno parte di un gas o di un liquido perdono velocità, se si trovano entro un solido riducono le loro vibrazioni. Quando la temperatura raggiunge il valore minimo gli atomi, le molecole e gli ioni si fermano del tutto.

Il limite insuperabile del freddo venne scoperto nel XVIII secolo estrapolando a zero un grafico dell’energia in funzione della temperatura. Il movimento delle particelle che costituiscono un corpo materiale, come abbiamo detto, aumenta regolarmente con l’aumentare della temperatura e se la retta che mette in relazione le due quantità venisse prolungata verso temperature sempre più basse troverebbe quella per cui l’energia diventa uguale a zero. Questa temperatura vale esattamente -273,15 gradi Celsius.

Lo stesso risultato si ottiene analizzando le leggi di Gay-Lussac che regolano il comportamento dei gas al variare di temperatura, pressione e volume. La prima di queste leggi afferma che, a pressione costante, l’aumento del volume di un gas, corrispondente ad un aumento della temperatura, è costante ed è pari, per ogni variazione di 1 °C, a 1/273,15 volte il volume che il gas possiede a 0 °C. Se ora il gas venisse progressivamente raffreddato, invece che riscaldato, ad un certo punto il volume cadrebbe a zero: la temperatura teorica a cui dovrebbe manifestarsi tale caduta è appunto di -273,15 °C. Alle stesse conclusioni si giunge analizzando la seconda legge sui gas, che riguarda la variazione di pressione con la temperatura a volume costante.

Ma l’uomo ha tentato anche praticamente di raggiungere quella temperatura. Nel 1990 un’equipe di scienziati francesi riuscì a raffreddare alcuni atomi di cesio fino a portarli a una temperatura di 2,5 milionesimi di kelvin dal traguardo dello zero assoluto. In precedenza i fisici avevano escogitato vari sistemi per sottrarre energia alla materia al fine di abbassarne la temperatura.

Nel 1920 si scoprì, ad esempio, che se determinati composti venivano sottoposti all’effetto di un campo magnetico, tutti gli atomi si allineavano. Se successivamente il composto veniva raffreddato si notava che gli atomi non potevano più riprendere la disposizione disordinata iniziale, anche qualora il campo magnetico fosse rimosso. Utilizzando questa tecnica nel 1933 gli scienziati ottennero temperature pari a soli tre centesimi di grado sopra lo zero assoluto.

Negli anni Ottanta del secolo scorso fu sviluppata una nuova tecnica basata sull’utilizzo del laser con la quale si ottennero risultati ancora più soddisfacenti. Puntando raggi laser in tutte le direzioni su di un gruppo molto piccolo di atomi in modo che gli stessi non potessero muoversi si ottenne l’effetto di abbassare la loro energia e di conseguenza la loro temperatura. Con tale procedura è stato possibile registrare una temperatura di solo un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto.

Ma è possibile raggiungere effettivamente lo zero assoluto? La risposta è no: lo impedisce una legge fondamentale della fisica. Per quanto si scenda verso temperature sempre più basse non si riuscirà mai a raggiungere lo zero assoluto perché a quella temperatura le particelle dovrebbero fermarsi, ma ciò non può succedere perché si andrebbe contro una legge fondamentale della meccanica quantistica: il principio di indeterminazione. Se le particelle che costituiscono un corpo stessero immobili sarebbe possibile determinare di esse posizione e quantità di moto (in pratica la velocità) con precisione assoluta, ma il principio scientifico in questione vuole che questa operazione sia impossibile. Se viene determinata con precisione assoluta la posizione di una particella poi risulta imprecisa la sua velocità e viceversa. Pertanto, se la particella su cui si intende prendere la misura stesse ferma sarebbe possibile misurare di essa con la massima precisione sia la posizione che la velocità, il che, come abbiamo detto, è vietato dal principio di indeterminazione.

Ma vi è anche un altro motivo per cui questo traguardo non potrà mai essere raggiunto. Per cogliere la misura di un corpo qualsiasi è necessario avvicinargli uno strumento di misura: in questo caso un termometro. Ma se il termometro non si trovasse esso stesso allo zero assoluto, trasferirebbe un po’ del proprio calore al corpo di cui si vuole prendere la misura, che quindi non sarebbe più quella che si vorrebbe misurare.

 

LA MACCHINA DEL MOTO PERPETUO

È anche impossibile creare una macchina dal moto perpetuo, ovvero un dispositivo in grado di produrre lavoro senza perdere energia e quindi funzionare in eterno. La costruzione di un macchinario del genere è proibita dai cosiddetti principi della termodinamica ossia in pratica da due leggi fisiche la prima delle quali afferma che l’energia può convertirsi da una forma all’altra, ma la sua quantità complessiva si conserva. In virtù di questa legge non è quindi possibile creare né distruggere energia. Un’altra versione della stessa legge potrebbe essere la seguente: “Non si può avere qualcosa in cambio di niente”.

Il secondo principio della termodinamica afferma che il calore si trasferisce dai corpi caldi a quelli freddi e non viceversa. Poiché il calore è indice del disordine, una forma di energia che i fisici chiamano entropia, un altro modo per esprimere lo stesso concetto potrebbe essere il seguente: “L’entropia di un sistema isolato aumenta sempre”. Un sistema isolato a sua volta è una parte di Universo nel quale materia ed energia non possono né entrare né uscire. L’Universo intero, per definizione, è un sistema isolato in quanto al di fuori di esso non esiste nulla. Ora, poiché ogni trasformazione dell’energia da una forma all’altra produce sempre un po’ di calore, a lungo andare tutta l’energia disponibile si sarà convertita in calore. Quando nell’Universo vi sarà solo un’uniforme distribuzione del calore nessun lavoro potrà più essere compiuto. Si perverrà allora alla cosiddetta “morte termica dell’Universo”.

In verità alcune zone circoscritte possono anche sperimentare una lieve diminuzione di entropia, ovvero un aumento di ordine: noi stessi ne siamo un esempio. Però un corpo ordinato è compensato dalla presenza di altri in cui si osserva un corrispondente aumento di disordine, in modo che nel complesso il bilancio entropico sia positivo.

Tornando alla macchina a moto perpetuo c’è da dire che essa non è una novità dell’era industriale: un primo tentativo di costruire qualcosa del genere fu fatto già nel Medioevo. Il modello si basava su una serie di piccoli magneti che venivano applicati ad una ruota la quale, girando, li portava alternativamente in corrispondenza di una grande calamita posta sul pavimento. Quando, nel corso della rotazione, i diversi magneti fissati sulla ruota si avvicinavano al più grande sistemato a terra, avrebbero dovuto essere attratti e poi respinti spingendo la ruota e creando in questo modo i presupposti di un moto perpetuo.

Un marchingegno simile prevedeva l’aggiunta ai bordi di una ruota di pesi che avrebbero dovuto provocare uno squilibrio e di conseguenza una rotazione che si sarebbe protratta all’infinito. Molti altri progetti dello stesso tipo vennero proposti ma non fu difficile dimostrare che nei giri delle ruote lentamente veniva persa energia e che prima o poi esse si sarebbero fermate. Pertanto da quei congegni non poteva essere ricavato lavoro utile illimitato.

Durante il Rinascimento le ipotesi di macchine a moto perpetuo si fecero sempre più frequenti ma in pratica si rivelarono tutti strumenti non funzionanti, se non addirittura degli autentici imbrogli, tanto che alla fine l’Accademia Reale delle Scienze di Parigi decise che non sarebbe più stata accettata o esaminata alcuna proposta relativa al moto perpetuo.

Nel 1800 gli incentivi a produrre macchine a moto perpetuo si fecero sempre più numerosi e con essi aumentarono anche i raggiri. Anche scienziati ed ingegneri si lasciarono trascinare dall’entusiasmo per questo tipo di macchine e perfino alcuni redattori di “Scientific American” ci sono cascati pubblicando una serie di articoli che esaltava La più grande scoperta di sempre che in realtà era una macchina a moto perpetuo falsa perché alimentata da una fonte di energia nascosta.

Vi fu anche chi riuscì a sottrarre molti quattrini ad investitori convinti che da quella invenzione avrebbero tratto cospicui guadagni. In realtà il furbo truffatore privo di qualsiasi retroterra scientifico alla fine venne denunciato dai suoi stessi investitori del progetto illusorio e finì in galera. Peraltro, poco dopo uscì dal carcere giusto in tempo per godersi l’ingente guadagno che aveva accumulato con la sua “invenzione”.

Alla fine i progetti di macchine a moto perpetuo divennero tanto numerosi che l’Ufficio Brevetti Americano fu costretto a rifiutarne qualsiasi richiesta a meno che non venisse mostrato un modello funzionante: cosa che non era invece richiesta per qualsiasi altro brevetto scientifico. Da quel giorno nessuno si fece vivo con in mano una macchina a moto perpetuo.

Nonostante nessuno sia mai riuscito a costruirne una, l’impegno e il denaro profuso per realizzare un progetto del genere, indussero i fisici a studiare nei minimi dettagli la natura delle macchine termiche da cui sarebbero scaturite le leggi della termodinamica. La stessa cosa era successa in precedenza in seguito all’infruttuosa ricerca della pietra filosofale, che avrebbe dovuto trasformare i metalli vili in oro: quella ricerca improduttiva consentì infatti la scoperta di alcune leggi fondamentali della chimica.

Una macchina dal moto perpetuo fu effettivamente realizzata, o almeno così si pensava. Si trattava di un orologio che poteva funzionare all’infinito ma in realtà veniva azionato dal cambiamento della pressione atmosferica; di fatto una forma di energia poco appariscente ma che comunque provenendo dall’esterno entrava nell’apparecchio.

Le supposte macchine a moto perpetuo possono essere classificate in due categorie. Quelle del primo tipo sono macchine che violavano il primo principio della termodinamica ovvero consumavano più energia di quanta ne producessero. Esse in realtà si affidavano a qualche fonte di energia nascosta sia grazie ad un raggiro, sia perché l’inventore, come nel caso dell’orologio (tuttora esistente) che funziona senza una fonte evidente di energia, non si era reso conto dell’introduzione della stessa dall’esterno.

Le macchine a moto perpetuo di secondo tipo sono invece qualcosa di più ingegnoso in quanto obbediscono sì al primo principio della termodinamica ma violavano il secondo perchè senza averne consapevolezza producono in minima parte calore che si disperde nell’ ambiente aumentando in tal modo l’entropia dell’Universo. È questo un fenomeno che sta sotto i nostri occhi: l’invecchiamento, la ruggine, la disintegrazione, le macerie sono altrettanti esempi della presenza in natura del secondo principio della termodinamica.

Ai due principi della termodinamica, che abbiamo descritto, in seguito ne venne aggiunto un terzo il quale afferma che non si può mai raggiungere lo zero assoluto. Di esso si è parlato ampiamente in precedenza.

Nonostante tutti i fallimenti nella nostra epoca sono ancora numerosi gli astuti ciarlatani i quali annunciano di avere inventato la macchina a moto perpetuo. Si tratta in generale di individui senza scrupoli che riescono a convincere persone ingenue, compresi alcuni giornalisti privi della pur minima preparazione scientifica, a pubblicare articoli su quotidiani economici con i quali vengono convinti gruppi di sciocchi finanziatori a investire molto danaro nel loro progetto.

La cosa sorprendente non è tanto il fatto che qualcuno si sia approfittato degli allocchi, perché questo è sempre successo, ma che sia stato così semplice gabbare un gruppo di ricconi assolutamente ignari dei principi fondamentali della fisica. Ciò confermerebbe il proverbio che dice: “In mano agli sciocchi i soldi durano poco”. A questo si potrebbe aggiungere, poiché le truffe continuano tuttora, che: “La mamma dei cretini è sempre incinta”.

Non possiamo terminare questo capitolo senza ricordare il famoso “Diavoletto di Maxwell” un tentativo escogitato dal fisico britannico James Clerk Maxwell (1831-1879) che avrebbe dovuto violare il secondo principio della termodinamica senza trasgredire il primo.

Questo scienziato propose verso la metà del 1800 un esperimento mentale, immaginando due contenitori pieni di gas posti l’uno accanto all’altro con un forellino nella parete divisoria in modo che le molecole di gas potessero passare dall’uno all’altro recipiente. Maxwell immaginò l’esistenza di un diavoletto in grado di abbassare o alzare una saracinesca in prossimità del foro in modo da lasciare passare alcune molecole e non altre.

Quando si presentava una molecola veloce il diavoletto apriva la saracinesca e la faceva passare; se la particella era lenta chiudeva la saracinesca e la lasciava dov’era. In questo modo la velocità media delle molecole presenti in un contenitore sarebbe aumentata, mentre nell’altro si sarebbero fermate le molecole più lente. Maxwell postulò quindi che fosse possibile trasferire calore cioè le molecole più veloci dal contenitore più freddo a quello più caldo, violando il secondo principio della termodinamica, poiché non veniva assunta energia dall’eterno.

I fisici per alcuni anni si scervellarono per trovare la spiegazione del perché il diavoletto di Maxwell non poteva funzionare. La soluzione più convincente venne proposta nel 1929 dal fisico ungherese Leo Szilard (1898-1964) lo stesso che lavorò a stretto contatto di gomito con Enrico Fermi nella preparazione delle bomba atomica a Los Alamos nel famoso progetto Manhattan. Egli dimostrò che il diavoletto avrebbe dovuto assumere delle informazioni sulle molecole che lo circondano e avrebbe potuto farlo solo spendendo energia (ad esempio energia luminosa per vedere le molecole). La quantità di energia per acquisire tali informazioni sarebbe superiore alla quantità di energia utile originata dal trasferimento di calore dal contenitore più freddo a quello più caldo.

Non esiste pertanto alcun meccanismo in grado di spostare delle particelle senza utilizzare energia aggiuntiva e nemmeno i fisici contemporanei sono riusciti a scoprire un metodo efficace per violare il secondo principio della termodinamica. Tali principi in realtà non sono dei dogmi, tuttavia per il momento resistono saldamente.

 

PIÙ VELOCI DELLA LUCE

I viaggi più veloci della luce sono sempre stati un pallino degli scrittori di fantascienza, ma per i fisici la cosa è impossibile: lo impedisce la teoria relativistica di Einstein.

Le onde sonore si diffondono nell’aria ma non possono attraversare lo spazio vuoto privo di materia. In verità il suono si propaga in qualsiasi mezzo materiale solido, liquido o gassoso. La luce invece viaggia anche nel vuoto come dimostra il fatto che vediamo il Sole e le stelle.

Nel 1905 Albert Einstein pubblicò la sua teoria della relatività ristretta, nella quale dimostrava che se i corpi materiali si muovono molto rapidamente, si verificano strani fenomeni. Osservando una navetta spaziale che procede ad una velocità prossima a quella della luce la vedremmo diventare più pesante, contrarsi in lunghezza e invecchiare più lentamente. Il motivo della presenza di tali fenomeni sta nel fatto che non è possibile superare la velocità della luce, perciò, quando ci si avvicina a questo limite, il tempo e lo spazio si deformano.

La dilatazione del tempo venne sperimentata sistemando quattro orologi atomici identici su aerei in viaggio: due verso ovest e due verso est. Confrontando il tempo indicato da quegli orologi con quello di riferimento rimasto a terra, fu possibile notare che ogni orologio in movimento aveva perduto una frazione di secondo rispetto a quello fermo.

Un altro fattore che impedisce ai corpi di superare la barriera della velocità della luce è il fatto che la loro massa aumenta in base alla famosissima equazione E = mc2. Alla velocità della luce un corpo diventerebbe infinitamente pesante rendendo impossibile ogni ulteriore accelerazione. Un oggetto dotato di massa non potrà mai raggiungere realmente la velocità della luce, ma solo avvicinarsi ad essa perché, via via che si approssima a quel limite, diventa sempre più pesante e diventa sempre più difficile accelerarlo. Alla fine per spingerlo ulteriormente servirebbe una forza e quindi un’energia infinita che in pratica non esiste.

La prova di ciò si è avuta accelerando dei protoni all’interno di speciali macchine chiamate “acceleratori di particelle”. Si tratta di tunnel circolari che portano all’interno una serie di magneti i quali ad ogni giro imprimono un’ulteriore spinta alle particelle subatomiche immesse al loro interno. Si è notato ad esempio che i protoni introdotti negli acceleratori, affinché essi siano portati a velocità prossime a quelle della luce, hanno bisogno di sempre maggiore energia. Per esempio, se dal 75 per cento della velocità della luce si volesse portare un protone al 99,9% di tale velocità, la spinta energetica dovrebbe aumentare di 50 volte. Se ora da questa velocità si volesse arrivare al 99,999 per cento della velocità della luce, si dovrebbe aumentare l’energia di un’altra decina di volte. Se poi si volesse portare quel protone ad una velocità pari al 99,99999% della velocità della luce, cioè a solo un centomillesimo dal limite massimo si dovrebbe imprimere ad esso una spinta ulteriore di altre dieci volte. Ma l’energia sempre crescente somministrata al protone non va tutta ad aumentare la velocità in quanto una parte sempre più cospicua di essa si trasforma in massa (massa ed energia come abbiamo visto sono interscambiabili) e quel protone sempre più veloce diventa anche sempre più pesante.

Questi esperimenti confermano che la velocità della luce non è raggiungibile perché occorrerebbe un’energia infinita per lanciare quel protone ad una velocità pari a quella della luce ma nello stesso tempo esso raggiungerebbe una massa infinita. La massa quindi deve essere considerata una forma estremamente concentrata di energia. I fotoni, che costituiscono la luce, sono privi di massa, perciò non risentono di questo effetto.

Per quanto riguarda la dilatazione del tempo è istruttivo il famoso paradosso dei due gemelli. Se uno dei due gemelli identici venisse inviato nello spazio su di un razzo sufficientemente veloce invecchierebbe più lentamente del fratello rimasto sulla Terra e al suo ritorno scoprirebbe che il gemello è diventato vecchio mentre lui è rimasto giovane. Anche se la cosa può sembrare impossibile non si tratta di un vero paradosso perché il gemello che ha viaggiato a velocità prossime a quelle della luce ha sperimentato, senza rendersene conto, forze estremamente potenti in grado di indurre un cambiamento di questo tipo.

Mentre il tempo rallenta le lunghezze si contraggono: l’oggetto o la persona in moto a quella velocità non noterebbe nessuno dei due effetti che invece risulterebbero evidenti ad un osservatore esterno.

 

CONCLUSIONI

Esistono tante altre cose impossibili come ad esempio il viaggio al centro della Terra o quello verso le stelle più lontane, ma si tratta di imprese rese impossibili per la mancanza di macchine adatte e che quindi, almeno in linea teorica, potrebbero anche essere realizzate. I fatti impossibili che abbiamo esposto in precedenza non sono in alcun modo superabili perché dipendono da leggi fisiche e da calcoli matematici e quindi non si tratta, come nel caso dei viaggi nello spazio, di costruire o anche semplicemente progettare macchine in grado di superare imprese che oggi sembrano precluse.

Forse un giorno si riuscirà a viaggiare nel Cosmo ma sicuramente non lo si farà alla velocità della luce e tanto meno a velocità superiore a quel limite. Servendosi di razzi convenzionali a propulsione chimica che raggiungono al massimo una velocità di 64.000 km/h, potremmo arrivare in prossimità della stella a noi più vicina in circa 70.000 anni. E si tratta soltanto della stella più vicina!

È evidente che se volessimo raggiungere le stelle e magari le galassie dovremmo utilizzare qualche altro tipo di propulsore che non sia quello classico. Per esempio un motore a ioni in cui la spinta non sia dovuta alla fiammata dei gas caldi ed esplosivi, ma al flusso, ancorché tenue, di ioni potrebbe portarci lontano in breve tempo. Anche il motore a plasma, che costituisce la versione potenziata di quello a ioni, fornirebbe al razzo una spinta significativa. Sia l’uno che l’altro sistema prevede l’utilizzo di quantità enormi di combustibile e in ogni caso una durata del viaggio non compatibile con la vita dell’uomo.

Uno dei candidati preferiti dai fisici per il viaggio interstellare è il motore a fusione nucleare. Esso prevede l’utilizzo di idrogeno, un elemento che nell’Universo abbonda anche se è presente molto rarefatto. Una volta raccolto, l’idrogeno verrebbe riscaldato fino a temperature di milioni di gradi, in modo tale da consentirne la fusione e quindi il rilascio di energia termonucleare. Con un motore che funzionasse ad energia termonucleare i fisici hanno calcolate che si potrebbe lanciare una navetta di mille tonnellate fino a farle raggiungere il 77% della velocità della luce. Altri modi per raggiungere le stelle potrebbero utilizzare tecnologie avanzate ai confini con la fantascienza come quelle che si giovano dell’antimateria.

Un’altra ipotesi prevede l’invio di sonde prive di equipaggio e basate sulle nanotecnologie. Invece che inviare astronavi (che consumano enormi quantitativi di energia) in grado di portare un equipaggio umano fino alle stelle, potrebbe essere praticabile la strada dell’invio di sonde meccaniche miniaturizzate in grado di viaggiare fino alle stelle alla velocità di poco inferiore a quella della luce. Si tratterebbe di realizzare minuscole astronavi spinte da macchine di dimensioni atomiche o molecolari contenenti ioni leggerissimi che potrebbero essere accelerati a velocità prossime a quelle della luce. Con macchine di questo tipo verrebbero risolti in un sol colpo molti dei problemi che affliggono i progetti relativi a grandi astronavi con uomini a bardo. Trattandosi di sonde robotizzate fra l’altro non ci sarebbe alcun bisogno di prevedere un viaggio di ritorno.

Oltre alla ricerca di carburanti sempre più efficaci e potenti i fisici sono anche sulle tracce di particolari tecniche di volo che sfruttano la forza di gravità per aumentare la velocità della navetta spaziale. Si tratta del cosiddetto “effetto fionda” già utilizzato per lanciare una navetta spaziale oltre il sistema solare per mezzo del quale viene impiegata la vicinanza di un corpo pesante (nell’esperimento utilizzato fu Giove) per aumentare la velocità della sonda stessa. Il fisico Freeman Dyson ha ipotizzato che in un lontano futuro potremmo imbatterci in due stelle di neutroni in rapida rivoluzione l’una attorno all’altra. Avvicinandosi il più possibile a tali stelle potremmo farci spingere nello spazio a velocità prossima a quella della luce. Naturalmente il fisico si affretta a chiarire che si tratta di una ipotesi valida solo sulla carta. Altri ricercatori hanno mostrato, sempre sulla carta, che un effetto simile potrebbe essere raggiunto semplicemente avvicinandosi il più possibile al nostro Sole.

Prof. Antonio Vecchia

Reply

Utilizzando il sito, accetti l'utilizzo dei cookie da parte nostra. maggiori informazioni

Questo sito utilizza i cookie per fornire la migliore esperienza di navigazione possibile. Continuando a utilizzare questo sito senza modificare le impostazioni dei cookie o cliccando su "Accetta" permetti il loro utilizzo.

Chiudi