Stephen Hawking: come costruire una macchina del tempo

Tutto ciò che serve è un wormhole, il Large Hadron Collider o un razzo che va molto, molto veloce ..

Salve. Il mio nome è Stephen Hawking. Fisico, cosmologo e una specie di sognatore. Anche se non posso muovermi e sono costretto a parlare attraverso un computer, la mia mente è libera. Libera di esplorare l’universo e porsi grandi domande, come: è possibile viaggiare nel tempo? Possiamo aprire un portale verso il passato o una scorciatoia per il futuro? Possiamo piegare le leggi della natura per diventare assoluti padroni del tempo?

Un tempo il viaggio nel tempo era considerato dalla scienza come un’eresia. Evitavo di parlarne per evitare di essere etichettato come uno “strambo”. Ma oggigiorno non sono più così cauto. Infatti, oggi somiglio di più alle persone che costruirono Stonehenge. Sono ossessionato dal tempo. Se avessi una macchina del tempo farei visita a Marilyn Monroe al suo apice oppure mi catapulterei da Galileo nel momento in cui puntò il suo telescopio verso il firmamento. Magari, volerei alla fine dei tempi per vedere com'è la fine di tutto.
Per capire come tutto questo possa essere possibile, dobbiamo concepire il tempo come lo fanno i fisici – in quarta dimensione. Non è difficile come sembra. Qualsiasi studente diligente sa, anche io su questa sedia, che esistono tre dimensioni. Ogni cosa ha un’altezza, una larghezza ed una profondità.

Ma esiste un altro genere di lunghezza, quella del tempo. Anche se un essere umano può vivere all’incirca 80 anni, le pietre di Stonehenge, per esempio, hanno resistito migliaia di anni. Ed il nostro sistema solare esisterà per miliardi di anni. Ogni cosa ha una lunghezza misurabile nel tempo. 

Viaggiare nel tempo vuol dire viaggiare lungo questa dimensione...

Per capire meglio, immaginiamo qualcosa di più comune, come un quotidiano viaggio in auto. 

Viaggiando in linea retta viaggiamo in un’unica dimensione. Svoltando a destra o a sinistra aggiungiamo una seconda dimensione. Viaggiamo su e giù in una strada di montagna ed aggiungiamo la dimensione dell’altezza, alla fine viaggiamo in tre diverse dimensioni. Ma come diavolo si fa a viaggiare lungo il tempo sulla terra? Come facciamo a trovare la via per la quarta dimensione?

Indugiamo nella fantascienza per un attimo. 

I film che contemplano il viaggio nel tempo ci propongono sempre una grande macchina affamata di energia. Questa macchina crea una via attraverso il tempo, un tunnel. 

Un viaggiatore del tempo, un coraggioso, forse temerario individuo, pronto ad affrontare chi sa cosa, entra in un tunnel temporale per emergere chi sa “quando”. Il concetto può sembrare inverosimile, la realtà può anche essere molto diversa da questa, ma l’idea in sé non è poi così folle.

Anche i fisici hanno pensato alla possibilità dei tunnel nel tempo, ma noi ci arriviamo da una angolazione differente. 

Noi cerchiamo di capire se è possibile viaggiare nel futuro senza infrangere le leggi della natura. Per come stanno le cose, pensiamo sia possibile.

Che altro serve, gli abbiamo anche dato un nome: wormholes.
La realtà è che i wormholes sono tutti intorno a noi, solo che sono troppo piccoli per essere visti. I wormholes sono minuscoli. Essi si verificano in pieghe e fessure dello spazio-tempo. 

Forse lo riterrete un concetto difficile, ma seguitemi..

Un wormhole è un 'tunnel' teorico, o scorciatoia, previsto dalla teoria della relatività di Einstein, che unisce due posti nello spazio-tempo - visualizzato sopra come i contorni di una mappa in 3-D - dove l’energia negativa tira spazio e tempo nella gola del tunnel, facendoli emergere in un altro universo. 

Quello che rimane è pura ipotesi, come è ovvio dato che nessuno ha mai visto nulla del genere, ma è stato usato in innumerevoli lavori cinematografici come - in Stargate (1994), per esempio, che prevedeva tunnel tra diversi universi, ed in Time Bandits (1981), dove le loro posizioni sono indicate anche nelle mappe stellari.

Nulla è piatto, o solido. Se guardiamo attentamente, su qualsiasi cosa troviamo buchi e increspature.

E’ un principio fisico basilare, e vale anche per il tempo. Anche una cosa liscia come una palla da biliardo ha increspature e minuscole cavità. Ora, questo è semplice da dimostrare quando parliamo delle classiche tre dimensioni. Ma credetemi, è vero anche per la quarta. Ci sono piccole fessure, increspature e vuoti nel tempo. Andando giù, fino alle più piccole scale di grandezza, più piccole dei moduli, più piccole degli atomi, arriviamo in un posto chiamato schiuma quantistica.

E' il luogo dove esistono i wormholes. Minuscoli tunnel e scorciatoie che attraversano il tempo, spariscono, e si riformano in questo mondo quantico. 

E in realtà collegano due luoghi e due tempi diversi. 

Sfortunatamente, questi tunnel sono milioni, miliardi, trilioni di volte più piccoli di un centimetro. 

Decisamente troppo piccoli perché un essere umano ci possa passare - ma è qui che la nozione di macchine del tempo è centrata. 

Alcuni scienziati ritengono che si possa allargare uno di questi tunnel abbastanza da farci passare un essere umano o anche un’astronave.

Basta avere sufficiente energia e la tecnologia adatta, si potrebbe forse costruirne uno gigantesco nello spazio. Non sto dicendo che siamo in grado di farlo, ma se possibile, sarebbe un oggetto davvero straordinario. 

Un'estremità sarebbe qui vicino alla terra, e l’altra lontano, lontanissimo, nelle vicinanze di qualche pianeta remoto.

In teoria, un tunnel del genere potrebbe permetterci di fare ben altre cose oltre a quella di viaggiare verso altri pianeti.

Se le due estremità fossero nello stesso luogo, ma ad una distanza di tempo differente, una nave potrebbe andare lontano e rimanere comunque sulla terra, ma in un distante passato. Magari I dinosauri potrebbero assistere all’atterraggio di un’astronave.

Il veicolo più veloce della storia è stato l’Apollo 10. Raggiungeva 25,000 miglia all'ora, ma per viaggiare nel tempo dovremmo andare 2000 volte più veloce.

Ora, mi rendo conto che pensare in quattro dimensioni non sia facile e che il concetto di wormholes sia impegnativo, ma rimanete con me.

Ho pensato a un semplice esperimento che ci dirà se oggi o in un futuro potremo mai viaggiare nel tempo. Io adoro gli esperimenti semplici ... e lo Champagne.

Quindi ho combinato due delle mie cose preferite per capire se si possa viaggiare nel futuro o nel passato.

Immaginiamo che stia preparando una festa, un ricevimento di benvenuto per i viaggiatori del tempo del futuro. Ma c'è una sorpresa. 

Sto facendo in modo che nessuno sappia della festa prima che si sia svolta. Ho preparato un invito dando le coordinate esatte di tempo e di spazio. Spero che le copie di questo invito, in una forma o nell'altra, siano in giro per molte migliaia di anni. 

Forse un giorno qualcuno che vive nel futuro troverà le informazioni su un invito ed utilizzerà una macchina del tempo per venire alla mia festa, questo dimostrerebbe che il viaggio nel tempo è possibile.

Nel frattempo, attendo che i miei ospiti viaggiatori del tempo arrivino. Cinque, quattro, tre, due, uno. Ma, nessuno arriva. Che peccato, speravo che almeno una signorina dal futuro attraversasse quella porta. 

Allora, perché il mio esperimento non ha funzionato? 

Uno dei motivi potrebbe essere a causa di un problema ben noto quando si parla di viaggi nel passato, il problema di ciò che chiamiamo paradossi.

I paradossi sono qualcosa di buffo se ci pensate bene. Il più famoso è il paradosso del nonno. Io ne ho uno più semplice che ho chiamato: il paradosso dello scienziato pazzo.

Non mi piace il modo in cui nei film gli scienziati sono spesso descritti come pazzi, ma in questo caso, è vero. 

Questo tizio è determinato a creare un paradosso, anche se questo gli costerà la vita. Immaginate: in qualche modo, ha costruito un wormhole, un tunnel temporale, che si estende a solo un minuto nel passato

Attraverso il wormhole, lo scienziato può vedere se stesso come era un minuto fa. 

Ma cosa succede se il nostro scienziato utilizza il wormhole per uccidere il suo io precedente? Lui è morto. 

Quindi chi ha sparato il colpo? E 'un paradosso. 

Semplicemente non ha senso. È il tipo di situazione che da gli incubi ai cosmologi. 

Hawking in una scena di Star Trek, a cena con ospiti del passato e del futuro: 

(da sinistra) Albert Einstein, Data e Isaac Newton.

Questo tipo di macchina del tempo violerebbe una regola fondamentale che governa l'intero universo: le cause accadono prima degli effetti, e mai il contrario.

Credo che le cose non possono spingersi fino all’impossibile. Se potessero poi non ci sarebbe modo per evitare che l’universo cada nel caos. 

Quindi penso che accadrà sempre qualcosa che impedisce il paradosso. 

In qualche modo ci deve essere un motivo per cui il nostro scienziato non potrà mai trovarsi in una situazione in cui si poteva sparare. 

E in questo caso, mi dispiace dirlo, il wormhole è di per sé il problema.

Alla fine, penso che un wormhole come questo non possa esistere. 

E la ragione di ciò è il feedback. 

Se siete mai stati a un concerto rock, probabilmente riconoscerete questo rumore stridulo. E' il feedback. La causa è semplice: il suono è catturato dal microfono, trasmesso lungo i fili, aumentato dall'amplificatore, e esce dagli altoparlanti. Ma se il troppo suono emesso dagli altoparlanti torna nel microfono si crea un ciclo sempre più forte ogni volta. 

Se nessuno lo ferma, il feedback può distruggere il sistema audio.

La stessa cosa accadrà con un wormhole, solo che si tratta di radiazioni al posto del suono.

Non appena il wormhole si espanderà, la radiazione naturale vi entrerà e finirà in un circuito, un loop. Il feedback sarà così forte che distruggerà il wormhole. 

Quindi, anche se piccoli wormholes esistono, e se fosse possibile espanderli un giorno, il fenomeno non durerà abbastanza a lungo per essere utile come macchina del tempo. 

Questa è la vera ragione, secondo me, per cui nessuno potrà tornare indietro nel tempo.

Qualsiasi tipo di viaggio nel tempo verso il passato attraverso il wormhole o qualsiasi altro metodo è probabilmente impossibile, altrimenti si verificherebbero paradossi. 

Quindi purtroppo, sembra che viaggi nel tempo verso il passato non si faranno mai. Una delusione per i cacciatori di dinosauri e un sollievo per gli storici. 

Ma la storia non è ancora finita. 

Questo non rende tutti i viaggi nel tempo impossibili. 

Io credo nel viaggio nel tempo. 

Viaggio nel tempo verso il futuro. 

Il tempo scorre come un fiume e sembra che ognuno di noi venga trascinato avanti inesorabilmente dalla corrente del tempo. 

Ma il tempo è come un fiume anche in un altro modo. 

Scorre a velocità differenti in luoghi differenti e questa è la chiave per viaggiare nel futuro. 

Questa idea è stata inizialmente proposta da Albert Einstein oltre 100 anni fa. Si rese conto che dovevano esserci luoghi in cui il tempo rallenta, e altri dove il tempo accelera. Aveva assolutamente ragione. E la prova è proprio sopra le nostre teste. Nello spazio.

Questo è il Global Positioning System o GPS. 

Una rete di satelliti in orbita attorno alla Terra. I satelliti rendono possibile la navigazione satellitare. 

Ma rivelano anche che il tempo scorre più velocemente nello spazio di quanto non faccia sulla Terra. 

All'interno di ciascuna navicella c’è un orologio molto preciso. Ma nonostante siano così precisi, tutti guadagnano circa un terzo di un miliardesimo di secondo al giorno. 

Il sistema GPS corregge questa inclinazione che altrimenti, con la sua seppur minima differenza, sconvolgerebbe l'intero sistema facendo sbagliare ogni dispositivo di almeno 10 chilometri. Si può solo immaginare il caos che questo potrebbe causare.

Il problema non sta negli orologi. Corrono veloci perché il tempo stesso corre più veloce nello spazio di quanto non lo faccia sulla terra. 

E la ragione di questo straordinario effetto è la massa della Terra. 

Einstein si rese conto che la materia si trascina nel tempo e lo rallenta, come la parte lenta di un fiume. Più pesante è l'oggetto, tanto più si trascina nel tempo. E proprio questa realtà sbalorditiva è ciò che apre la porta alla possibilità di viaggiare nel tempo verso il futuro.

Proprio nel centro della Via Lattea, 26.000 anni luce da noi, si trova l'oggetto più pesante nella galassia. Si tratta di un buco nero supermassiccio di una massa di quattro milioni di soli schiacciati verso il basso in un singolo punto per la gravità stessa. Più ci si avvicina al buco nero, più grande è la forza di gravità. Nelle immediate vicinanze nemmeno la luce può sfuggire. 

Un buco nero come questo ha un effetto drammatico sul tempo, rallentandolo molto più di qualsiasi altro oggetto nella galassia.
Questo lo rende una macchina del tempo naturale. 

Mi piace immaginare come una navicella spaziale, in orbita intorno ad esso, potrebbe essere in grado di trarre vantaggio da questo fenomeno. 

Se una agenzia spaziale stesse controllando la missione dalla Terra osserverebbe che ogni orbita completa guadagna 16 minuti. 

Ma per le persone coraggiose, così vicino a questo oggetto massiccio, il tempo sarebbe rallentato. 

Qui l’effetto sarebbe più estremo rispetto alla forza gravitazionale della Terra. Il tempo per l'equipaggio sarebbe rallentato della metà. 

Per ogni 16 minuti in orbita, l’equipaggio sperimenterebbe soltanto otto minuti di tempo.

Large Hadron Collider

E così, girando girando, sperimenterebbero solo la metà del tempo rispetto a quelli che sono lontani dal buco nero. 

La nave e il suo equipaggio viaggerebbe attraverso il tempo. 

Immaginiamo che orbitino intorno al buco nero per cinque dei loro anni. Dieci anni sarebbero passati altrove. Al loro ritorno a casa, tutti sulla Terra sarebbero invecchiati cinque anni più di loro.

Quindi, un buco nero supermassiccio è una macchina del tempo. 

Ma, naturalmente, non è esattamente pratico. Il vantaggio rispetto ai wormholes, è che non provoca paradossi. Inoltre non si distruggerà in un lampo di feedback. Ma è alquanto pericoloso. E' molto distante e non ci porterebbe nemmeno tanto lontano nel futuro. 

Per fortuna c'è un altro modo di viaggiare nel tempo. E questo rappresenta la nostra ultima e migliore speranza di costruire una macchina in tempo reale.

Basta viaggiare molto, molto veloce. Molto più veloce anche rispetto alla velocità necessaria per evitare di essere risucchiati in un buco nero. Ciò è dovuto a un altro fatto strano dell'universo. C'è un limite di velocità cosmica, 186.000 miglia al secondo, noto anche come la velocità della luce. Niente può superare quella velocità. E' uno dei maggiori principi stabiliti dalla scienza. 

Che ci crediate o no, viaggiare quasi alla velocità della luce ci potrebbe trasportare nel futuro.

Per spiegare come cerchiamo di immaginare un fantascientifico sistema di trasporto, immaginate un binario che va dritto attorno alla Terra, un binario per un treno superveloce.
L'intenzione è di utilizzare questo treno immaginario per avvicinarsi il più possibile alla velocità della luce e vedere come diventa una macchina del tempo. A bordo ci sono passeggeri con un biglietto di sola andata verso il futuro. Il treno inizia ad accelerare, sempre più veloce. Presto gira intorno alla Terra più e più volte.

Avvicinarsi alla velocità della luce significa orbitare attorno alla Terra piuttosto velocemente. Sette volte al secondo.

Ma non importa quanto energia il treno abbia, non sarà mai abbastanza potente da raggiungere la velocità della luce, dal momento che le leggi della fisica lo proibiscono. 

Però noi diciamo che ci si avvicina, poco al di sotto di quella velocità finale. 

Accade allora qualcosa di straordinario. Il tempo comincia a scorrere lentamente a bordo del treno rispetto al resto del mondo, proprio come in prossimità del buco nero, solo un po' di più. Tutto sul treno è in lento movimento.

Questo accade per proteggere il limite di velocità, e non è difficile capire perché. Immaginate una bambina che corre avanti per il treno. La sua velocità di avanzamento sarebbe aggiunta alla velocità del treno stessa, a questo punto non si potrebbe rompere il limite di velocità semplicemente per caso? La risposta è no.

Le leggi della natura prevengono la possibilità che accada rallentando il tempo a bordo.

Ora, la bambina non può correre abbastanza velocemente per rompere il limite. Il tempo sarà sempre rallentato quanto basta per proteggere il limite di velocità. 

E da questo fatto deriva la possibilità di viaggiare di molti anni nel futuro.

Immaginate che il treno abbia lasciato la stazione il 1 ° gennaio 2050. Gira attorno alla la Terra più e più volte per 100 anni prima di giungere ad una fermata il giorno di Capodanno, 2150. I passeggeri avranno vissuto solo uno settimane perché il tempo è rallentato all'interno del treno. 

Quando usciranno troveranno un mondo molto differente da quello che avevano lasciato. In una settimana di viaggio percepita avranno viaggiato 100 anni nel futuro. Naturalmente, la costruzione di un treno che potrebbe raggiungere tale velocità è del tutto impossibile. 

Ma abbiamo costruito qualcosa di molto simile al treno; il più grande acceleratore di particelle del mondo al CERN di Ginevra, in Svizzera. 

In profondità, in un tunnel circolare lungo 16 miglia, c’è un flusso di migliaia di miliardi di minuscole particelle. 

Quando l'alimentazione è accesa quelle particelle accelerano da zero a 60.000 mph in una frazione di secondo. Aumentando la potenza le particelle vanno sempre più veloce, finché non sfrecciano attorno al tunnel 11.000 volte al secondo, che è quasi velocità della luce. 

Ma proprio come il treno, non hanno mai abbastanza energia per raggiungere quella velocità finale. Si può ottenere solo al 99,99 per cento del limite.

Quando ciò accade, anche loro iniziano a viaggiare nel tempo. Lo sappiamo grazie ad alcune particelle osservabili per un tempo estremamente breve, chiamate pi-mesoni. 

Di solito, si disintegrano dopo soli 25 miliardesimi di secondo.

Ma quando sono accelerate a velocità quasi-luce durano 30 volte più a lungo.

E 'davvero molto semplice. Se vogliamo viaggiare nel futuro, abbiamo solo bisogno di andare veloce.
Veramente veloce.

E credo che l'unico modo che abbiamo per farlo è quello di andare nello spazio. 

Il veicolo con equipaggio più veloce nella storia è stato Apollo 10. Ha raggiunto 25 mila miglia all'ora. Ma per viaggiare nel tempo dovremo andare più di 2.000 volte più veloce. E per fare questo avremmo bisogno di una nave molto più grande, una macchina veramente enorme. La nave dovrebbe essere grande abbastanza da portare una grande quantità di carburante, sufficiente per accelerare alla quasi velocità della luce. Arrivare appena sotto il limite di velocità cosmica richiederebbe almeno sei anni interi a piena potenza.

L'accelerazione iniziale sarebbe la parte più delicata, per via delle dimensioni e del peso della nave. Ma a poco a poco prenderebbe velocità e presto coprirebbe distanze enormi. 

In una settimana raggiungerebbe i pianeti esterni. 

Dopo due anni raggiungerebbe metà della velocità della luce e sarebbe di gran lunga fuori del nostro sistema solare. 

Due anni dopo arriverebbe al 90 per cento della velocità della luce. 

A circa 30.000 miliardi di miglia di distanza dalla Terra, e quattro anni dopo il lancio, la nave comincerebbe a viaggiare nel tempo. 

Per ogni ora di tempo a bordo della nave, due ore sarebbero passate sulla Terra. Una situazione simile a quella navicella spaziale che orbita intorno al massiccio buco nero.

Dopo altri due anni di spinta a pieno regime la nave raggiungerebbe la velocità massima, il 99 per cento della velocità della luce. A questa velocità, un solo giorno a bordo equivarrebbe ad un intero anno di tempo terrestre. La nostra nave volerebbe verso il futuro.

Il rallentamento del tempo ha un altro vantaggio. Significa che si potrebbe, in teoria, percorrere distanze straordinarie nel corso di una sola vita. Un viaggio ai margini della galassia prenderebbe solo 80 anni. Ma la vera meraviglia del nostro viaggio sarebbe che rivelerebbe quanto sia strano l'universo. 

E' un universo dove il tempo scorre a ritmi diversi in luoghi diversi. Dove minuscoli wormholes esistono intorno a noi. E dove, in ultima analisi, potremmo usare la nostra comprensione della fisica per diventare dei veri navigatori della quarta dimensione.

Tradotto da Catherine.
Fonte: www.dailymail.co.uk
Articolo precedentemente pubblicato qui il 10.08.2016

AGGIORNAMENTO: Ho scoperto solo ora un'altra traduzione, del 2010, dello stesso articolo (ebbene si, a volte si lavora inutilmente!), forse anche più accurata della mia, non posso non segnalarla!
QUI