Cosa leggere: Brevi risposte a grandi domande è l'ultimo libro di Stephen Hawking

2024 Autore: Malcolm Clapton | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 04:01

Un estratto dal lavoro del grande scienziato sulla possibilità di viaggiare nel tempo.

Strettamente correlata al viaggio nel tempo è la capacità di spostarsi rapidamente da un punto all'altro dello spazio. Come ho detto prima, Einstein dimostrò che sarebbe necessaria una spinta di getto infinitamente potente per accelerare una navicella spaziale fino alla velocità della luce. Quindi l'unico modo per spostarsi da una parte all'altra della Galassia in un ragionevole periodo di tempo è essere in grado di piegare lo spazio-tempo in modo tale da formare un piccolo tubo, o "wormhole". Può collegare due parti della Galassia e fungere da percorso più breve tra loro; puoi volare avanti e indietro e catturare ancora vivi tutti i tuoi amici. Tali "wormhole" erano seriamente considerati come un'opportunità a disposizione della civiltà del futuro. Se riesci a spostarti da una parte all'altra della Galassia in un paio di settimane, puoi tornare attraverso un altro "buco" - allo stesso tempo prima di metterti in viaggio. Inoltre, nulla ti impedirà di viaggiare in avanti e tornare al passato attraverso un "wormhole" se entrambe le estremità si muovono l'una rispetto all'altra.

Possiamo dire che per creare un "wormhole", è necessario piegare lo spazio-tempo nella direzione opposta a quella in cui lo piega la materia ordinaria. La materia ordinaria piega lo spazio-tempo verso se stessa, come la superficie della Terra. Ma creare un "wormhole" richiede materia che pieghi lo spazio-tempo nella direzione opposta, come la superficie di una sella. Lo stesso vale per qualsiasi altra curvatura dello spaziotempo per viaggiare nel passato, a meno che l'universo non sia così curvo da avere già capacità di viaggio nel tempo. Solo in questo caso avrai bisogno di materia con massa negativa e densità di energia negativa.

L'energia è come il denaro. Se hai un saldo positivo in banca, puoi utilizzare il denaro come preferisci. Tuttavia, secondo le leggi classiche, che fino a poco tempo fa erano considerate immutabili, lo scoperto non è consentito quando si utilizza l'energia.

Le leggi classiche ci rendono impossibile piegare l'universo in modo che il viaggio nel tempo diventi possibile. Ma le leggi classiche sono confutate dalla teoria dei quanti - la seconda dopo la teoria della relatività generale, la grande rivoluzione intellettuale nella nostra comprensione dell'Universo. La teoria quantistica è più flessibile e in alcuni casi consente lo scoperto. Tuttavia, la banca dovrebbe essere così gentile con noi. In altre parole, la teoria quantistica consente una densità di energia negativa in alcuni punti, se fornisci una densità positiva in altri.

La teoria quantistica consente la densità di energia negativa perché si basa sul principio di incertezza. E sostiene che alcune caratteristiche, come la posizione e la velocità di una particella, non possono avere contemporaneamente valori misurati esattamente. Più accuratamente viene determinata la posizione della particella, maggiore è l'incertezza sulla sua velocità e viceversa. Il principio di indeterminazione si applica anche ai campi, ad esempio a un campo elettromagnetico o gravitazionale. Sostiene che questi campi non possono avere un valore nullo anche dove pensiamo che ci sia spazio vuoto. Il fatto è che se i loro valori sono uguali a zero, significa che devono avere una posizione ben definita, uguale a zero, e una velocità ben definita, uguale a zero. E questo è contrario al principio di incertezza. Ciò significa che i campi devono avere una fluttuazione minima. Si possono immaginare le cosiddette fluttuazioni del vuoto sotto forma di coppie di particelle e antiparticelle che improvvisamente sorgono, si separano, poi si fondono nuovamente e si annichilano, annichilandosi a vicenda.

Tali coppie di particelle - le antiparticelle sono considerate virtuali, perché non possono essere rilevate direttamente utilizzando un rilevatore di particelle. Ma si può osservare un effetto indiretto. Per questo, viene utilizzato il cosiddetto effetto Casimir. Prova a immaginare due piastre metalliche parallele distanziate l'una dall'altra a breve distanza. Le piastre fungono da specchi per particelle e antiparticelle virtuali. Ciò significa che lo spazio tra le piastre sembra una canna d'organo, solo che trasmette onde luminose di una certa frequenza di risonanza. Di conseguenza, si scopre che tra le placche si verifica una certa quantità di fluttuazioni quantistiche, diverso da ciò che accade dietro di esse, dove queste fluttuazioni possono avere qualsiasi lunghezza d'onda. La differenza nel numero di particelle virtuali tra le piastre e l'esterno significa che le piastre sono sotto pressione su un lato rispetto all'altro. Sorge una piccola forza che avvicina le piastre l'una all'altra. Questa forza può essere misurata sperimentalmente. Quindi le particelle virtuali esistono nella realtà e hanno un effetto reale.

Poiché ci sono meno particelle virtuali, o fluttuazioni quantistiche nel vuoto, tra le piastre, anche qui la densità di energia è inferiore rispetto allo spazio circostante. Ma la densità di energia dello spazio vuoto a grande distanza dalle piastre dovrebbe essere uguale a zero. Altrimenti, lo spazio-tempo sarà curvo e l'Universo non sarà completamente piatto. Ciò significa che la densità di energia nell'area tra le piastre deve essere negativa.

La deflessione della luce sperimentalmente provata indica che lo spaziotempo è curvo e l'effetto Casimir conferma che la curvatura può essere negativa. E può sembrare che man mano che la scienza e la tecnologia si svilupperanno, saremo in grado di creare "wormhole" o piegare lo spazio e il tempo in qualche altro modo per poter viaggiare nel passato. Ma in questo caso sorgono inevitabilmente una serie di domande e problemi.

Ad esempio: se il viaggio nel tempo diventa possibile in futuro, perché nessuno è tornato da noi dal futuro e ci ha detto come farlo.

Anche se ci sono buone ragioni per tenerci all'oscuro, è intrinsecamente difficile per gli umani credere che nessuno voglia mostrarsi e rivelare a noi poveri contadini arretrati il segreto del viaggio nel tempo. Naturalmente, alcuni sostengono che gli ospiti del futuro ci stanno già visitando: volano sugli UFO e i governi sono coinvolti in una gigantesca cospirazione per coprire questi fatti al fine di utilizzare le conoscenze scientifiche che gli ospiti portano con sé. Posso solo dire una cosa: se i governi nascondono qualcosa, non sono ancora in grado di utilizzare le informazioni utili ricevute dagli alieni. Sono molto scettico sulla "teoria del complotto" e trovo più plausibile la "teoria del disordine". I rapporti sugli UFO non possono essere correlati esclusivamente agli alieni perché sono reciprocamente contraddittori. Ma se ammettiamo che alcune di queste osservazioni sono solo errori o allucinazioni, non è più logico ammetterlo, piuttosto che credere che siamo visitati da ospiti dal futuro o da un'altra parte della Galassia? Se questi ospiti vogliono davvero colonizzare la Terra o avvisarci di qualche tipo di pericolo, allora sono estremamente inefficaci.

C'è un modo per conciliare l'idea del viaggio nel tempo con il fatto che non abbiamo mai incontrato ospiti dal futuro. Possiamo dire che tali viaggi saranno possibili solo in futuro. Lo spaziotempo del nostro passato è fisso perché lo abbiamo osservato e abbiamo visto che non era abbastanza curvo per poter viaggiare indietro nel tempo. E il futuro è aperto, quindi un giorno impareremo a piegare lo spazio-tempo e avremo l'opportunità di viaggiare nel tempo. Ma poiché saremo in grado di piegare lo spazio-tempo solo in futuro, non potremo tornare da esso al nostro presente o anche prima.

Un'immagine del genere potrebbe spiegare perché non stiamo vivendo un afflusso di turisti dal futuro. Ma lascia ancora spazio a molti paradossi. Supponiamo che ci sia l'opportunità di volare in un'astronave e tornare prima dell'inizio del volo. Cosa ti impedirà di far esplodere un razzo nel sito di lancio e quindi escludere la possibilità di un tale volo per te stesso? Ci sono altre versioni non meno paradossali: per esempio, tornare indietro nel tempo e uccidere i tuoi genitori prima che tu nascessi. Ci sono due possibili soluzioni a questo.

Una cosa che definirei un approccio storico coerente. In questo caso, si può trovare una soluzione coerente alle equazioni fisiche, anche se lo spaziotempo è curvo nella misura in cui è possibile viaggiare nel passato. Da questo punto di vista, non puoi preparare un razzo per viaggiare nel passato se non ci sei tornato e non sei riuscito a far saltare in aria la rampa di lancio. Questa è un'immagine sequenziale, ma dice che siamo completamente determinati: non siamo in grado di cambiare i nostri pensieri. Questo è troppo per il libero arbitrio.

Un'altra soluzione che chiamo l'approccio della storia alternativa. È stato sostenuto dal fisico David Deutsch e probabilmente era inteso dai creatori di Ritorno al futuro. Con questo approccio, in una storia alternativa non ci sarà ritorno dal futuro prima del lancio del razzo e, di conseguenza, non ci sarà alcuna possibilità di farlo esplodere. Ma quando il viaggiatore torna dal futuro, si ritrova in un'altra storia alternativa. In esso, la razza umana fa sforzi incredibili per costruire un'astronave, ma prima di partire da un'altra parte della Galassia, appare una nave simile e distrugge quella costruita.

David Deutsch preferisce un approccio storico alternativo al concetto di pluralità di storie, proposto dal fisico Richard Feynman. La sua idea è che, secondo la teoria quantistica, l'universo non ha una storia unica e unica.

Ci sono tutte le possibili storie nell'Universo, ognuna con il proprio grado di probabilità.

Dovrebbe esserci la possibilità di una storia in cui vi sia una pace stabile in Medio Oriente, ma la probabilità di una tale storia è molto probabilmente bassa.

In alcune storie, lo spaziotempo è deformato in modo che oggetti come i razzi possano tornare al loro passato. Ma ogni storia è integrale e autosufficiente, descrivendo non solo lo spazio-tempo curvo, ma anche tutti gli oggetti in esso contenuti. Pertanto, il razzo, tornando, non può entrare in un'altra storia alternativa. Rimane nella stessa storia, che deve essere autoconsistente. E io, a differenza di Deutsch, credo che l'idea di una pluralità di storie funzioni a favore di un approccio storico coerente piuttosto che di un approccio storico alternativo.

Apparentemente, non siamo in grado di abbandonare il quadro storico coerente. Tuttavia, questo potrebbe non affrontare le questioni del determinismo e del libero arbitrio se c'è una probabilità molto piccola di storie in cui lo spaziotempo è curvo in modo che il viaggio nel tempo sia possibile oltre la scala macroscopica. La chiamo l'ipotesi della sicurezza della cronologia: le leggi della fisica sono progettate per impedire il viaggio nel tempo a livello macroscopico.

Sembra che se lo spazio-tempo è abbastanza curvo da consentire il viaggio nel passato, allora le particelle virtuali possono diventare particelle quasi reali che si muovono lungo traiettorie chiuse. La densità delle particelle virtuali e la loro energia aumentano in modo significativo, il che significa che la probabilità di tali storie è molto piccola. Anche se questo sta diventando simile alle attività di un'agenzia di protezione cronologica che cerca di preservare il mondo per gli storici. Ma il tema della curvatura dello spazio e del tempo è ancora agli inizi. Secondo una forma unificante di teoria delle stringhe nota come teoria M, che nutriamo grandi speranze di unire la relatività generale e la teoria quantistica, lo spaziotempo dovrebbe avere undici dimensioni, non le quattro che sperimentiamo.

La linea di fondo è che sette di queste undici dimensioni sono arrotolate in uno spazio così piccolo che non ce ne accorgiamo. Le restanti quattro dimensioni, invece, sono praticamente piatte e rappresentano quello che chiamiamo spazio-tempo. Se questa immagine è corretta, allora dovrebbe essere possibile collegare in qualche modo le quattro dimensioni piatte con le restanti sette dimensioni altamente curve o distorte. Cosa ne verrà fuori, non lo sappiamo ancora. Ma le opportunità sono entusiasmanti.

In conclusione, dirò quanto segue.

I nostri concetti moderni non escludono la possibilità di viaggi spaziali veloci e ritorno al passato. Questo può creare enormi problemi logici, quindi speriamo che ci sia una sorta di legge sulla sicurezza della cronologia che impedisca alle persone di tornare indietro nel tempo e uccidere i propri genitori.

Ma i fan della fantascienza non dovrebbero essere sconvolti. La M-teoria dà speranza.

L'ultimo lavoro del fisico di fama mondiale Stephen Hawking, un libro-testamento, in cui riassume e parla dei temi più importanti che preoccupano tutti.

L'umanità sopravviverà? Dovremmo essere così attivi nello spazio? Esiste un Dio? Queste sono solo alcune delle domande a cui ha risposto nel suo ultimo libro una delle più grandi menti della storia.