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Onde gravitazionali, verso viaggi spazio-temporali e nuovi mezzi di comunicazione
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Onde gravitazionali, verso viaggi spazio-temporali e nuovi mezzi di comunicazione

Il commento del fisico italiano Giuseppe Antonacci

17 Feb. 2016

La recente dimostrazione sperimentale dell’esistenza delle onde gravitazionali, condotta dagli scienziati del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), ha confermato definitivamente le ipotesi formulate da Albert Einstein un secolo fa nella sua teoria della Relatività Generale.

La teoria della Relatività ha rivoluzionato drasticamente il nostro modo di concepire lo spazio e il tempo, non più intesi come quantità assolute ma relative alla velocità del sistema di riferimento in cui ci troviamo.

Il tempo non è più solo un parametro utile a scandire gli istanti di una giornata ma è oggi concepito come una nuova dimensione inaccessibile ai nostri sensi. Spazio e tempo rappresentano così le quattro dimensioni su cui poggiano pianeti e galassie, così come una tela ben tesa sosterrebbe delle biglie di diversa grandezza.

Non è per questo difficile immaginare come il reticolo spazio-temporale subisca numerose distorsioni dovute all’influenza del campo gravitazionale dei pianeti.

Tali distorsioni, come dimostrato di recente, sono capaci di deviare la luce dalla sua naturale traiettoria rettilinea, motivo per il quale oggi gli astronomi devono necessariamente tenere conto della teoria della Relatività per localizzare con precisione le stelle, la cui posizione dal sistema di riferimento terrestre risulterebbe altrimenti errata.

La scoperta delle onde gravitazionali apre senza dubbio le porte a scenari inesplorati fino ad ora. Quest’osservazione ha confermato empiricamente l’esistenza dei buchi neri, oggetti di massa infinitamente più grande rispetto a quella della Terra, capaci di bucare il reticolo spazio-temporale e catturare tutto ciò che li circonda.

Il loro nome è associato al fatto che perfino la luce, dal punto di vista quantistico formata da particelle (fotoni) di massa nulla e quindi teoricamente non soggetta alla forza di gravità, viene risucchiata al loro interno.

Secondo gli scienziati di LIGO, la rivelazione delle onde gravitazionali non solo conferma l’esistenza dei buchi neri, ma dimostra anche come un sistema binario di buchi neri può collassare sprigionando un’enorme quantità di energia, pari per un istante a quella della luce emessa da tutte le stelle dell’universo

È proprio da questa violenta perturbazione dello spazio-tempo che hanno origine le onde gravitazionali capaci di alterare lo spazio in maniera impercettibile mentre si propagano alla velocità della luce. 

Gli scienziati di LIGO hanno sfruttato le fluttuazioni dello spazio indotte dalle onde gravitazionali rilevandole attraverso un sistema d’interferometria a precisione sub-atomica. Il sistema è composto da due fasci laser propaganti in direzioni trasversali che si ricombinano insieme generando un unico segnale.

(Nella foto qui sotto: il funzionamento dell’interferometro LIGO) 

Come condizione iniziale, l’interferenza distruttiva tra i due laser prodotta dalle loro fasi opposte fa si che il detector non riveli luce. Tuttavia, al passaggio delle onde gravitazionali, uno dei due fasci laser cambia fase in seguito a un’impercettibile variazione del suo cammino ottico lungo uno dei due rami, annullando quindi l’interferenza distruttiva.

Questo ha permesso ai rivelatori di LIGO di osservare, diversamente dalla condizione iniziale, un segnale luminoso e di ascoltare il cinguettio (risultante della variazione del cammino ottico) dopo un’attesa di circa cinquanta anni di analisi e falsi allarmi.

Nel futuro prossimo, l’osservazione e l’analisi delle onde gravitazionali potranno fornire innumerevoli informazioni riguardo le origini dell’Universo.

Non solo, credo che con un’approfondita conoscenza di queste onde, e quindi dello spazio-tempo in cui si propagano, si potrebbero creare portali iperspaziali attraverso buchi neri: immaginate di segnare due punti su un foglio di carta che rappresentano un punto di partenza e uno di arrivo. Piegando il foglio questi due punti si sovrapporrebbero e sarebbero cosi collegati attraverso un buco.

Allo stesso modo, zone della tela spazio-temporale distanti centinaia di anni luce, finora inaccessibili, sarebbero dunque raggiungibili per mezzo dei buchi neri in un tempo per noi accettabile.

In ultima analisi, credo che tra qualche anno queste onde potrebbero essere utilizzate come nuovo mezzo di comunicazione. Basti pensare alla scoperta di Heinrich Hertz delle onde radio nel 1887. Appena tre anni dopo, Guglielmo Marconi realizzò il primo sistema di radio trasmissione rivoluzionando il nostro modo di comunicare.

Le onde gravitazionali, se opportunamente controllate, avrebbero il vantaggio, rispetto alle onde radio, di poter viaggiare attraverso la materia senza che essa alteri la loro traiettoria.

Ciò significa, per esempio, che se dall’Italia volessimo comunicare con l’Australia, il segnale non dovrebbe più viaggiare lungo la superficie terrestre, ma gli passerebbe attraverso mantenendo la stessa velocità.

Cosi facendo il nostro segnale arriverebbe, seppure con una differenza di qualche frazione di secondo, più rapidamente a destinazione.

Non mi stupirei se nel futuro prossimo le onde gravitazionali dovessero essere utilizzate come mezzo di comunicazione interstellare, magari per comunicare con altre forme di vita lontane a noi ancora sconosciute. 

* Giuseppe Antonacci, 28 anni, fisico italiano. Ha condotto il suo PhD all’Imperial College di Londra. Ora lavora presso l’Istituto Italiano di Tecnologia sullo sviluppo di nuovi sistemi ottici per la microscopia.

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