20 gennaio 2008

Viaggi nel tempo / 2

Nel 1985, Carl Sagan sta scrivendo Contact e a un certo punto ha bisogno di un modo plausibile per far viaggiare la protagonista del romanzo attraverso la Galassia. Gli viene in mente di farla entrare in un buco nero e risbucare in un altro punto dello spazio, ma non è sicuro che la cosa possa funzionare. Decide allora di chiamare il suo amico e collega Kip Thorne, che sta a Caltech ed è uno dei massimi esperti dell'argomento. Thorne legge il manoscritto e si accorge subito che il meccanismo ideato da Sagan non sta in piedi: qualsiasi cosa entri in un buco nero fa una brutta fine, altro che viaggi interstellari. Però, pensa Thorne, si potrebbe provare a usare un "wormhole" (buco di verme).

Un wormhole è una specie di buco nello spazio, che mette in comunicazione due punti molto distanti attraverso una scorciatoia. Se lo spazio avesse solo due dimensioni, uno schema di wormhole sarebbe così:

Se uno volesse andare dal punto A al punto B attraverso lo spazio ordinario dovrebbe fare un percorso molto lungo, magari di parecchi anni luce. Ma passando attraverso il wormhole il percorso sarebbe molto più breve. Ora, i wormhole sono soluzioni matematiche delle equazioni di Einstein perfettamente valide, scoperte addirittura nel lontano 1916 (il nome però glielo ha dato John Wheeler, che li ha studiati parecchio negli anni '50). Ma queste soluzioni, oltre che descrivere una situazione fisica altamente ipotetica, sono quasi sempre instabili: un wormhole, anche ammesso che si apra, si richiuderebbe in un lasso di tempo brevissimo.

Per aiutare Sagan, a Thorne serve invece un wormhole stabile, che possa essere attraversato da una parte all'altra, mettendo in comunicazione due punti distanti della Galassia. Thorne fa qualche calcolo e arriva alla conclusione che si può mantenere aperto un wormhole in presenza di qualche tipo di materia molto strana, con densità di energia negativa. Dopo aver studiato ancora un po' il problema insieme a un suo studente, pubblica il risultato, più che altro come una pura curiosità didattica.

Poi però ci prende gusto, continua a lavorare al problema (un po' di straforo, per la verità, visto che l'argomento è di quelli che possono distruggere una carriera) e a un certo punto si accorge che se uno ha un wormhole allora ha anche una macchina del tempo. Cioè, non proprio bell'e pronta: deve "solo" prendere uno dei due ingressi del wormhole, accelerarlo a velocità prossime a quelle della luce e poi portarlo al punto di partenza. Fatto questo, per un fenomeno simile a quello del paradosso dei gemelli, attraversando il wormhole si viaggia anche avanti e indietro nel tempo: con il vincolo, però, di non poter mai tornare a tempi precedenti a quelli della creazione del wormhole.

Dal primo lavoro di Thorne, sono successe due cose. La prima, è che oltre a salvare il romanzo di Sagan, il wormhole è diventato una pacchia per gli autori di fantascienza (Star Trek Deep Space Nine e Stargate, tanto per fare due esempi). Lo stesso Thorne sta collaborando alla preparazione di "Interstellar", un film di Spielberg su un gruppo di esploratori che attraversano un wormhole. La seconda è che i cosmologi hanno cominciato a considerare un po' meno implausibile un tipo di materia con le caratteristiche ipotizzate da Thorne, visto che essa potrebbe spiegare l'osservazione dell'espansione accelerata dell'Universo. Ragion per cui, l'interesse per queste strane soluzioni della relatività generale è aumentato, invece di diminuire.

Ma tutto è partito da una domanda nata per scrivere un buon libro di fantascienza.

(Continua qui. La prima parte è qui)

15 gennaio 2008

L'ultimo uomo

"Io sono leggenda" di Richard Matheson è un romanzo straordinario. È del 1954, ed è stato l'ispiratore di molte delle storie post-apocalittiche che sono venute dopo. È un racconto di atmosfera, teso e scarno, costruito con poco: un solo protagonista e la sua routine quotidiana di solitudine e angoscia, in un mondo in cui un morbo misterioso ha sterminato la maggior parte della popolazione e trasformato il resto in feroci vampiri. Adesso ci hanno fatto un film con Will Smith: non è per niente male, ed è apprezzabile lo sforzo di non concedere troppo a certe facilonerie hollywoodiane, ma del libro di Matheson rimane davvero molto poco. 

Se invece volete vedere come era la prima versione portata sullo schermo, nel 1964, la trovate qui, scaricabile liberamente perché nel frattempo è diventata di dominio pubblico (storie di diritti scaduti e non rinnovati). Si chiamava "The Last Man on Earth" (poi c'è stato anche "The Omega Man", ovvero "Occhi bianchi sul pianeta Terra", con Charlton Heston) ed era più fedele al libro, avendo contribuito a una prima stesura della sceneggiatura lo stesso Matheson (che è elencato nei titoli con lo pseudonimo Logan Swanson). Io non ho avuto il tempo e la pazienza di vederlo tutto: ho guardato qualche scena qua e là, abbastanza per notare che Vincent Price gigioneggia da par suo (guardate anche solo come si alza dal letto la prima volta che compare sullo schermo), che il film fu girato con mezzi evidentemente ridotti, a Roma, e che il fungo dell'EUR all'epoca sembrava ancora abbastanza avveniristico da fare da sfondo a un mondo futuro post-apocalisse.

Comunque, leggete il libro, che ne vale la pena.

13 gennaio 2008

Ultime dall'Universo

È stata la settimana del meeting annuale dell'American Astronomical Society, è come sempre sono state annunciate parecchie novità interessanti. Per esempio, usando il telescopio spaziale Hubble, è stato osservato per la prima volta un doppio anello di Einstein:


Cos'è? È una manifestazione spettacolare dell'effetto di lente gravitazionale di cui abbiamo già parlato un po' anche qui e qui. In questo caso, sono rimaste coinvolte tre galassie, distanti 3, 6 e 11 miliardi di anni luce. La massa della galassia più vicina ha curvato lo spazio nelle sue circostanze, così che la luce proveniente dalle due galassie più lontane è stata distorta (proprio come in una lente). Uno straordinario colpo di fortuna ha voluto che le tre galassie fossero perfettamente allineate lungo la linea di vista: quando ciò accade la distorsione è esattamente simmetrica e si forma l'immagine di un anello intorno alla galassia che fa da lente. Qui l'allineamento si è verificato per ben due volte, cosa evidentemente molto rara.

Poi c'è stata una straordinaria immagine della galassia Centaurus A presa dal telescopio Chandra:


In realtà, quella a sinistra è un'immagine composita fatta mettendo insieme le immagini in varie bande sulla destra. Quella osservata da Chandra è solo la componente nei raggi X, in alto a destra, che mostra la presenza di due enormi jet che partono dal nucleo della galassia. A un'osservazione fatta con un telescopio tradizionale (immagine in basso a destra) Centaurus A sembra solo una galassia qualsiasi. Ma quando la si osserva nella banda radio o in X si notano gli effetti devastanti della presenza di un buco nero supermassiccio nel suo nucleo. La materia viene continuamente inghiottita dal buco nero, spiraleggiando in uno spesso disco che circonda il nucleo (e che è possibile vedere nell'immagine come una banda trasversale che oscura la luce delle stelle) e rilasciando durante la caduta uno spaventosa quantità di energia, evidente nei due jet, lunghi circa 13 mila anni luce. 

Chiudo con questo spettacolare dettaglio della Nebulosa Vela nella costellazione del Cigno — non una roba da prima pagina, per la verità, ma la mostro lo stesso perché ci ricorda che l'astronomia, oltre ad aprirci gli occhi sul nostro posto nell'Universo, è anche una fonte inesauribile di bellezza estetica:


Sono i resti di una ben nota esplosione di supernova avvenuta tra 5000 e 10000 anni fa a 1500 anni luce da qui. L'esplosione ha scagliato materiale e gas a distanze enormi, e nel corso di migliaia di anni ha dato vita a queste strutture filamentose.

Il che dovrebbe anche trasmetterci la consapevolezza che, dietro la maestosità di certe immagini astronomiche, c'è un Universo in cui avvengono fenomeni di inimmaginabile violenza.

08 gennaio 2008

Viaggi nel tempo

Intorno al tema dei viaggi nel tempo sono stati costruiti innumerevoli libri e film di fantascienza. Se il viaggio nel futuro serve spesso come prestesto per storie a sfondo sociologico, spesso dai toni apocalittici o antiutopici (si veda il caso più noto, "The Time Machine" di H.G. Wells), il viaggio nel passato è quello che probabilmente ha maggiore potenziale narrativo. La ragione, presumibilmente, sta nell'introduzione di un elemento di circolarità nelle storie, nella possibilità di alterare i rapporti di causa ed effetto in modi sconcertanti e lontani dalla percezione comune. Un viaggiatore nel tempo può cambiare il proprio passato e con esso il mondo futuro da cui proviene, dando luogo a paradossi senza fine, a percorsi autoreferenziali apparentemente impossibili e contraddittori come la scala di Penrose.

Il paradosso più radicale è quello in cui un'azione compiuta dal viaggiatore nel passato rende impossibile la propria stessa nascita (per esempio attraverso l'uccisione del proprio genitore). Casi altrettanto drammatici sono quelli in cui il viaggiatore si ritrova catturato in un ciclo infinito da cui non riesce a uscire, perché è proprio l'azione da lui provocata nel passato che gli fornirà, in futuro, la spinta a viaggiare a ritroso nel tempo: un eterno ritorno opprimente da cui è bandito il libero arbitrio. Un esempio di storia circolare di questo tipo si trova nel cortometraggio "La Jetée" di Chris Marker, che ha ispirato il film "L'esercito delle 12 scimmie" di Terry Gilliam. Poi ci sono i cicli imperfetti, che si ripetono sempre leggermente diversi fino a quando il viaggiatore non trova la chiave per ripristinare la "realtà" originaria o per uscire dal ciclo. Questo presupposto dà spesso vita a storie più leggere o ottimistiche, come la commedia "Groundhog Day" ("Ricomincio da capo", in italiano), in cui Bill Murray è costretto a ripetere innumerevoli volte la stessa giornata dall'inizio, fino a diventare una persona migliore. Un altro caso di ciclo temporale (imperfetto?) è emerso recentemente in Lost (e non dite che vi ho rovinato la sorpresa perché la puntata in questione è stata trasmessa da Raidue proprio ieri sera).

Cosa ha da dire la fisica su queste possibili contraddizioni? Naturalmente, non c'è moltissima attività teorica su temi speculativi di questo tipo, ma qualche tentativo è stato fatto. È interessante che la prima soluzione della teoria della relatività generale che prevedeva curve temporali di tipo chiuso, permettendo di descrivere viaggi nel passato, fu trovata dal logico e matematico Kurt Gödel, più noto per i suoi lavori sulla ricorsività nei sistemi logici. Tuttavia, oggi sappiamo che le soluzioni di Gödel, benché formalmente corrette, non hanno attinenza con l'universo reale. Più recentemente, le vie di uscita ai paradossi causati dalla possibilità di viaggi nel passato sono state essenzialmente di due tipi. Quelle che rientrano nell'ambito delle "teorie a molti mondi", per cui ogni alterazione della linea temporale si dirama in un diverso universo: ogni possibile conflitto viene così cancellato postulando l'esistenza di infinite realtà parallele non interconnesse. Oppure quelle che ritengono semplicemente che gli eventi che potrebbero causare una contraddizione nelle curve temporali chiuse hanno una probabilità nulla di verificarsi. In pratica, anche volendo, non riusciremmo mai a causare un paradosso, semplicemente perché non riusciremmo mai a partire dalla giuste condizioni iniziali. Questa interpretazione fu proposta per la prima volta dal fisico Igor Novikov. Secondo Stephen Hawking, invece, qualche principio ancora non compreso (la "congettura di protezione della cronologia"), analogo al principio di conservazione dell'energia, vieterebbe l'esistenza di curve temporali chiuse, eliminando alla radice la possibilità dei viaggi nel tempo e quindi l'emergere di qualsiasi paradosso.

(Continua qui e qui)

03 gennaio 2008

Colpa della Luna

Una delle cose che rendono difficile capire quanto sia probabile che la vita si sia sviluppata su altri pianeti è che non abbiamo modo di separare gli eventi puramente fortuiti da quelli che seguono regole più generali, né di stabilire con certezza l'importanza di tutti i fattori in gioco.

Prendiamo il caso del sistema Terra-Luna. Quale effetto ha avuto la presenza di un satellite così grande sul mantenimento delle condizioni ambientali necessarie per l'origine e lo sviluppo della vita? La presenza della Luna influenza la distribuzione dell'acqua sulla superficie terrestre, dando origine al fenomeno delle maree. Che importanza può avere avuto questo fatto per la distribuzione dei composti organici dagli oceani alla terraferma? La Luna esercita un influsso gravitazionale anche sulla crosta terrestre. Che ruolo ha avuto questo effetto nel rendere la Terra un pianeta geologicamente attivo, in particolare per quanto riguarda la tettonica delle placche e i moti convettivi del mantello, che sono essenziali per il ciclo dell'anidride carbonica? E quanto è cruciale l'effetto di stabilizzazione dell'asse terrestre esercitato dalla Luna, che ha contribuito a mitigare le variazioni climatiche stagionali su periodi di centinaia di migliaia di anni?

Difficile quantificare l'importanza di questi e di altri fattori. Né è facile capire quanto sia comune per un pianeta roccioso avere un satellite grande come la Luna. Nel nostro sistema solare, questo è un caso unico. La formazione della Luna è probabilmente avvenuta a seguito dell'impatto di un corpo delle dimensioni di un piccolo pianeta con la Terra primordiale. Un evento presumibilmente piuttosto raro, come sembra confermare uno studio recente, che ha cercato tracce di polvere lasciate da collisioni planetarie intorno ad altre stelle della nostra Galassia. Solo il 5% circa delle stelle osservate ha mostrato qualche segno di possibili collisioni, e non è detto che questo abbia necessariamente portato alla formazione di sistemi come quello Terra-Luna. La strada per comprendere le connessioni tra origine della vita e ambiente cosmico è ancora molto lunga.