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Viaggiare nel tempo, attraversare i buchi neri e altre sfide scientifiche" di Cosimo Bambi | Letture.org
Niente è impossibile. Viaggiare nel tempo, attraversare i buchi neri e altre sfide scientifiche, Cosimo BambiProf. Cosimo Bambi, Lei è autore del libro Niente è impossibile. Viaggiare nel tempo, attraversare i buchi neri e altre sfide scientifiche edito dal Saggiatore: come e di quanto si è spostato il confine tra scienza e fantascienza?
Il confine fra scienza e fantascienza si è spostato – e presumibilmente continuerà a spostarsi in futuro – per il semplice fatto che le nostre conoscenze scientifiche e tecnologiche si sono ampliate. Certi fenomeni fisici o certe tecnologie che potevano essere considerate fantascienza in passato, in quanto completamente impossibili o non realizzabili all’atto pratico, possono non esserlo più oggi.

Esistono numerosi esempi di opere di fantascienza che hanno letteralmente anticipato la realizzazione di certe innovazioni tecnologiche. Un caso piuttosto emblematico è il film del 1989 di Robert Zemeckis, Ritorno al futuro II, in cui i protagonisti, Doc (Christopher Lloyd) e Marty (Michael J. Fox), sono nel 1985 e vanno nel 2015. Molte delle previsioni del film sul 2015 non si sono avverate, come auto volanti o scarpe che si allacciano da sole. Altre previsioni si sono invece realizzate, come la TV a schermo piatto, i tablets, gli occhiali tipo Google Glass, i videogiochi senza joystick come il Kinect, le videochiamate e i sistemi di sicurezza biometrica. Tutte cose che nel 1989 sembravano fantascienza e erano effettivamente diventate realtà nel 2015.

L’ostacolo fondamentale per spostare il confine fra scienza e fantascienza è determinato dalla fisica. Infatti possiamo immaginare di sviluppare tecnologie sempre più sofisticate con il passare del tempo solo se la fisica (e la convenienza economica) ce lo consentono. Per esempio, la teoria della relatività di Einstein ci dice che niente può superare la velocità della luce nel vuoto, che impedirebbe quindi la possibilità di costruire astronavi che siano in grado di superare i 300,000 km al secondo, per quanto ci si voglia impegnare e si abbia a disposizione un budget illimitato. Le opere di fantascienza di oggi sono solitamente consapevoli della presenza di questo tipo di limitazioni e tendono ad evitare episodi di puro immaginario narrativo. Si pensi, per esempio, al film di fantascienza del 2014 di Christopher Nolan, Interstellar, che ha avuto come consulente scientifico niente meno che Kip Thorne, fisico teorico statunitense e Premio Nobel per la Fisica nel 2017. Il caso del film Interstellar non è isolato e mostra come agli amanti di fantascienza piaccia fantasticare senza incontrare episodi palesemente impossibili.

Per evitare episodi di puro immaginario narrativo ma non avere limitazioni alla trama del libro o del film, vengono spesso utilizzate soluzioni che, ad oggi, sono senza dubbio irrealizzabili, e quindi classificabili come impossibili, ma la cui realizzazione non può essere completamente esclusa sulla base delle nostre attuali conoscenze scientifiche. Per esempio, se non possiamo costruire astronavi in grado di superare la velocità della luce nel vuoto, si devono trovare altre strategie, più o meno fantasiose, in modo da risolvere il problema di viaggi interstellari o intergalattici, elemento indispensabile in molte opere di fantascienza. In Interstellar, la soluzione è rappresentata da un cunicolo spazio-temporale intorno a Saturno (pianeta non così distante dalla Terra per eventuali future astronavi) che porta ad un’altra galassia (altrimenti irraggiungibile in tempi ragionevoli per ogni essere umano senza poter superare la velocità della luce nel vuoto). Al momento, i cunicoli spazio-temporali non sono propriamente né scienza né fantascienza. Non sono proibiti dalla teoria della relatività di Einstein, sono oggi argomento di studio di un gran numero di fisici in tutto il mondo, ma fino ad ora non abbiamo alcuna evidenza della loro eventuale esistenza. Potrebbero certamente non esistere ed essere in futuro definitivamente classificati come fantascienza o, chi sa, potrebbero esistere in qualche forma e quindi diventare realtà.

Cosa, tra ciò che consideriamo scientificamente impossibile, oggi non lo è più?
Penso ci possano essere molti esempi. Immagino che fra quelli più suggestivi possiamo includerci le macchine del tempo, che appaiono in numerosi libri e film di fantascienza, dove vengono utilizzate per andare nel passato (tipicamente per cambiare il presente) e nel futuro (spesso per provare ad esportare tecnologia non nota nel presente o per conoscere eventi futuri). Ad oggi, la maggior parte della comunità scientifica è convinta che non sia possibile andare indietro nel tempo, sebbene questo non sia proibito dalla teoria della relatività di Einstein ed esistono proposte (come lo scenario dei “multiversi”) per non incorrere in eventi apparentemente paradossali.

Spostarsi nel futuro è però teoricamente possibile. Lo scorrere del tempo, infatti, non è qualcosa di universale, come siamo abituati a percepirlo normalmente sulla base delle nostre esperienze quotidiane. La sua velocità può essere alterata variando il nostro moto o dalla presenza di campi gravitazionali più o meno intensi. Si noti che qui non stiamo parlando di ipotesi teoriche mai verificate, ma di fenomeni fisici che conosciamo bene e ben confermati da osservazioni ed esperimenti. Se mi sposto in un campo gravitazionale più intenso, il mio orologio rallenta rispetto a quello del mio amico che è rimasto in un campo gravitazionale più debole. Uno spazio con un campo gravitazionale forte potrebbe quindi essere considerato una macchina del tempo per andare nel futuro. Per esempio, potrei entrare nel campo gravitazionale forte e poi tornare dal mio amico rimasto nello spazio con campo gravitazionale debole dopo un tempo che per me è breve e trovare il mio amico profondamente invecchiato o anche morto. Questo è esattamente quello che uno si aspetterebbe da una macchina del tempo in grado di portare nel futuro.

Questo è quello che accade anche nel film Interstellar. Mentre Cooper visita il primo pianeta vicino a Gargantua per alcune ore, sulla Terra passano 23 anni, tanto che la figlia Murph, salutata quando era appena dodicenne, è diventata adulta e lavora come scienziato alla NASA. In pratica, almeno al momento, non è possibile realizzare una macchina per andare avanti nel tempo di qualche utilità. Sulla Terra il campo gravitazionale non è uniforme ed esistono zone dove è più debole e zone dove è più forte. Il campo gravitazionale terrestre è però talmente debole che non possiamo sfruttare le ancor più piccole differenze per creare una macchina del tempo che si rispetti. L’eventuale possibilità di andare sulla Luna o su Marte non aiuterebbe: sono tutti campi gravitazionali troppo deboli. Si perderebbe certamente più tempo nello spostarsi da un punto con campo gravitazionale più debole ad uno con campo gravitazionale più forte piuttosto che il vantaggio di avere un tempo che scorre in modo diverso. Se però avessimo la possibilità di avvicinarsi ad un buco nero, proprio come Cooper nel film Interstellar, potremmo andare avanti nel tempo senza invecchiare.

Su quali presupposti scientifici si può pensare di realizzare ciò che ci appare come pura fantasia?
Direi che ci sono due ingredienti fondamentali. Per prima cosa, quello che spesso riteniamo “impossibile” si basa sulle nostre esperienze quotidiane, che possono essere forvianti. Secondo, le conoscenze scientifiche e tecnologiche evolvono.

Per tornare all’esempio del film di Christopher Nolan, Interstellar, il fenomeno del rallentamento del tempo provato da Cooper durante la sua missione è certamente assurdo se pensiamo alla nostra concezione di tempo, che abbiamo imparato fin da bambini sulla base di quello che vediamo intorno a noi. Nella nostra vita quotidiana non interagiamo con persone che si muovono rispetto a noi a velocità prossime alla velocità della luce nel vuoto o che attraversano campi gravitazionali molto forti. Abbiamo quindi imparato a concepire il tempo come qualcosa di universale che scorre con la stessa velocità per chiunque. Per quanto possa essere non intuitivo, la fisica che conosciamo ci dice che non è così. I navigatori GPS nei nostri smartphone o nelle nostre auto ne sono la prova. Con un navigatore GPS possiamo conoscere la nostra posizione sulla Terra con una precisione solitamente intorno ai 5-10 metri. Ciò è possibile grazie allo scambio di segnali elettromagnetici fra il nostro navigatore ed almeno quattro satelliti GPS che si trovano a circa 20,000 km dalla superficie terrestre (quindi in un campo gravitazionale leggermente più debole del nostro) e con una velocità orbitale di circa 14,000 km all’ora. Anche se il campo gravitazionale terrestre è debole e la velocità di questi satelliti è ben lontana dalla velocità della luce nel vuoto di quasi 300,000 km al secondo, il nostro strumento comunica con i satelliti GPS con segnali che si muovono alla velocità della luce. Piccoli errori fra la velocità di scorrimento del nostro tempo e di quello dei satelliti a 20,000 km dalla superficie terrestre potrebbero impedirci di determinare la nostra posizione con la precisione di 5-10 metri. I navigatori GPS funzionano proprio perché si tiene in considerazione che il nostro orologio è leggermente più lento degli orologi atomici dei satelliti GPS e la differenza è in perfetto accordo con le previsioni della teoria della Relatività.

Per quanto riguarda l’evoluzione delle nostre conoscenze scientifiche e tecnologiche, è chiaro che cose che possono apparire fantascienza oggi possono non esserlo più un domani. Dal lato delle conoscenze tecnologiche, direi che oggi ci siamo abituati. Negli ultimi decenni sono state così veloci ed alcune innovazioni sono entrate così prepotentemente nella nostra vita quotidiana che non ci meravigliamo più. Per quanto riguarda le conoscenze scientifiche, può essere meno evidente. Il punto è che oggi non sappiamo tutto. Per esempio, nel film Interstellar si sfrutta un cunicolo spazio-temporale per spostarsi dal nostro sistema solare al buco nero Gargantua, che si trova in un’altra galassia. Come già detto, ad oggi non siamo nella posizione né di escludere con sicurezza né di confermare la possibilità dell’esistenza di cunicoli spazio-temporali. Sempre nel film Interstellar, quando Cooper entra nel buco nero, verso la fine del film, si ritrova in uno spaziotempo con cinque dimensioni in cui è in grado di comunicare i dati quantistici della singolarità del buco nero alla figlia Murph. Sebbene ci sia un certo grado di fantasia, non è qualcosa di assolutamente assurdo. Modelli teorici in cui questo è possibile possono essere costruiti e non possono essere scartati sulla base delle attuali conoscenze. Anche la presenza di extra dimensioni non è fantasia. Una parte della comunità dei fisici teorici di oggi prende molto seriamente l’ipotesi dell’esistenza di extra dimensioni oltre alle tre spaziali ed a quella temporale a cui siamo abituati. Non è né scienza e né fantascienza. Sono teorie, al momento senza alcun supporto sperimentale ma solitamente ispirate da argomenti teorici, che in futuro potranno essere testate e magari qualcuna di queste potrebbe diventare la nuova realtà. Al momento semplicemente non lo sappiamo.

Quali, tra le innovazioni immaginate dall’uomo, sarà a Suo avviso destinata a produrre i maggiori effetti cambiando il corso della storia?
Intelligenza artificiale, telecomunicazioni e bioingegneria sono i settori che mi sembra siano oggi in grado di produrre i maggiori cambiamenti a breve termine. Si pensi, per esempio, alle auto a guida automatica, la possibilità di produrre energia da alghe o la creazione o riparazione di organi umani in laboratorio: tutte cose che oggi sembrano dietro l’angolo ma che apparivano come pura fantascienza quando eravamo bambini.

Non mi aspetterei, al contrario, scoperte rivoluzionarie nel campo della fisica. Previsioni di questo tipo sono però difficili, se non impossibili. Si pensi che alla fine dell’Ottocento agli studenti più brillanti veniva consigliato di fare ingegneria invece di fisica, perché si riteneva che la tutta fisica fosse sostanzialmente già nota e quindi il futuro non poteva che essere nelle sue applicazioni. All’inizio del Novecento vengono invece formulate la teoria della relatività e la meccanica quantistica, che cambiano profondamente le nostre conoscenze di fisica, come pure le sue applicazioni. Basti pensare che tutta l’elettronica di cui disponiamo oggi non sarebbe possibile senza le nostre conoscenze di meccanica quantistica. Con tale premessa, nessuno può escludere che dall’oggi al domani non possa essere fatta una scoperta in grado di rivoluzionare la nostra vita. Non conoscendo già tutta la fisica, non sappiamo cosa si potrà scoprire in futuro.

Cosimo Bambi (1980) è Professore di Fisica presso la Fudan University, a Shanghai. Si occupa prevalentemente dello studio di buchi neri con telescopi spaziali per raggi X per testare modifiche alla teoria della relatività generale di Einstein. È autore di varie monografie scientifiche e testi universitari, quali Black Holes: A Laboratory for Testing Strong Gravity (Springer 2017) ed Introduction to General Relativity. A Course for Undergraduate Students of Physics (Springer 2018). Niente è impossibile. Viaggiare nel tempo, attraversare i buchi neri e altre sfide scientifiche (il Saggiatore 2020) è la sua prima opera divulgativa.

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