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BREVE SAGGIO SULLA PROPULSIONE A CURVATURAdi Salvatore Carboni "Sooran"

Sommario:Premessa: la propulsione a impulso.Sezione: la struttura dello spazio.I.Sezione: come curvare a piacere lo spazio.II.Sezione: il campo di curvatura.III.Sezione: la velocità di curvatura.IV.Sezione: curvatura e paradossi relativistici.V.Sezione: curvatura e tunnel spaziali.VI.Sezione: il motore a curvatura.VII.

PREMESSA: LA PROPULSIONE A IMPULSO

Nel XXIV secolo il volo interstellare fa parte integrante della vita di ogni giorno, come un tempolo erano gli spostamenti sulla superficie dei pianeti. Le odierne navi stellari offrono un livello dicomfort talmente elevato da indurre l'utente medio a considerare il viaggio nello spazio comequalcosa di facile e scontato, senza riflettere sugli enormi problemi scientifici e tecnologici che èstato necessario risolvere negli ultimi 3 secoli per giungere alle prestazioni attuali, che la maggiorparte degli scienziati vissuti nell'epoca pre-curvatura considerava impossibile da realizzare. Tra questi problemi, quello della forma di propulsione ha rappresentato senza dubbio l'ostacolopiù arduo da superare: prima della scoperta della teoria della curvatura, difatti, la maggior partedelle civiltà conosciute riteneva che il limite della velocità della luce rendesse praticamenteimpossibili i viaggi interstellari. All'epoca, difatti, l'unica forma di propulsione conosciuta erarappresentata dai motori a impulso, basati sulla terza legge della dinamica classica. Al fine dicomprendere i principi posti a base della teoria della curvatura, e i complessi problemi che haconsentito di risolvere, ritengo opportuno illustrare brevemente i limiti insiti nella propulsione adimpulso, richiamando, quando necessario, le nozioni di fisica classica e relativistica necessari perla loro comprensione.

La propulsione ad impulso, come detto, è fondata sulla terza legge della dinamica classica,conosciuta come principio di azione e reazione: ad ogni azione corrisponde una reazione uguale econtraria; in altre parole, ogni volta che ad un corpo viene applicata una determinata forza, sigenera (per reazione) una forza di pari intensità, stessa direzione e verso opposto. A questo punto è bene richiamare, per completezza di comprensione, le altre due leggi delladinamica classica. Secondo la prima (principio di inerzia), ogni corpo tende a conservare il proprio stato di quiete(o di moto rettilineo uniforme), sino all'intervento di una forza esterna che modifichi tale stato.L'inerzia può essere dunque definita come la resistenza che un corpo oppone alla variazione delsuo stato di quiete o di moto.

La seconda legge della dinamica classica afferma invece che applicando una forza ad uncorpo, lo stesso subisce un'accelerazione direttamente proporzionale alla forza medesima, einversamente proporzionale alla propria massa (f = m x a). Questa legge è importante perché definisce il concetto di massa inerziale1, ossia di resistenzaall'accelerazione: la stessa forza genera accelerazioni uguali in corpi di masse uguali e diverse in


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corpi di masse diverse. Per applicare una forza ad un corpo occorre, ovviamente, impiegaredell'energia, ossia, con espressione più tecnica, compiere un lavoro: l'energia viene difatti definitacome la capacità di un sistema (ad esempio, di un motore) di compiere un lavoro, che è a suavolta definito come il prodotto della forza applicata ad un corpo per lo spostamento ottenuto2.

Poiché però il discorso rischia di divenire noioso, sarà meglio passare alle navi spaziali.Muovere un oggetto nello spazio comporta diversi vantaggi rispetto al movimento sulla superficie diun pianeta: l'assenza di attrito atmosferico e di campi gravitazionali3 comporta che, una voltaimpressa una determinata velocità, l'oggetto la conserverà indefinitamente, senza che sianecessario impiegare energia per mantenerla. Supponiamo di essere a bordo di una navetta e di attivare i motori ad impulso: il sistema dipropulsione preleverà del deuterio dai serbatoi e lo porterà a 15 milioni di gradi: a tale temperaturagli atomi di idrogeno si fonderanno per produrre atomi di elio, e una piccola parte di materia, circalo 0,1%, si trasformerà in energia, secondo la nota relazione E=mc2. Otterremo così del plasma daeiettare dagli ugelli ad altissima velocità, e per reazione verremo spinti nella direzione opposta: inavanti se usiamo gli ugelli posteriori, a destra se usiamo quelli di sinistra ecc.. Una volta raggiuntala velocità desiderata, ad es. 1000 km/h, possiamo spegnere i motori e la navetta manterràinvariata tale velocità (nonché la direzione), sinché non interverremo sui comandi. Tutto facile dunque. Sì, se ci accontentiamo di percorrere brevi distanze. Ma se vogliamoraggiungere un'altra stella, le cose diventano terribilmente complicate!

Cominciamo col più famoso limite di velocità dell'universo, quello della luce (o, in generale, dellaradiazione elettromagnetica): circa 300.000 Km al secondo nel vuoto (indicato comunemente conla lettera c). Se avete una vaga idea delle dimensioni dell'universo (diametro: circa 30 miliardi dianni luce4), della nostra galassia (diametro: circa 100.000 anni luce), o della distanza dalla stellapiù vicina (che nel caso del Sole è Proxima Centauri, lontana circa 4,3 anni luce), appare evidentecome tale velocità sia troppo modesta per percorrere simili distanze in tempi accettabili. Ma perchénon è possibile andare più veloci? Per rispondere a questa domanda dobbiamo richiamare alcuniprincipi di fisica relativistica.

Si è già parlato del concetto inerziale di massa, comunemente usato nella fisica classica. Lacaratteristica fondamentale della massa così intesa è che essa resta costante, invariante: perciò, inlinea di principio, non ci sarebbero limiti alle velocità che è possibile raggiungere, a patto didisporre dell'energia sufficiente. Purtroppo non è così: quando si superano certe velocità occorreconfrontarsi con un diverso concetto di massa, quella relativistica, che a differenza della prima nonè costante, ma aumenta all'aumentare della velocità: i corpi, insomma, si oppongono ad essereaccelerati a velocità prossime a quelle della luce, e tanto più ci si avvicina a tale velocità, tanto piùdifficile diventa accelerare ulteriormente, come se il corpo diventasse "più massiccio". Dettoaumento di massa segue una legge matematica ben precisa, che comporta la necessità di unaquantità infinita di energia per raggiungere la velocità della luce, la quale risulta pertantoirraggiungibile e insuperabile5. La conseguenza evidente di tale principio è che la propulsione ad impulso diventa terribilmentecostosa alle alte velocità: occorrono immense quantità di propellente per raggiungere velocitàvicine a quella della luce (che è sempre troppo poco, come detto, per le nostre esigenze), pertacere del fatto che il propellente fa parte della massa da muovere, per cui, anche disponendo diun enorme serbatoio pieno di deuterio, occorre fare i conti con la sua brava massa relativistica, eprima ancora con quella inerziale. La propulsione ad impulso ad alte velocità, insomma, è unasorta di serpente che si morde la coda.

La massa, inoltre, non è l'unica grandezza non più costante alle alte velocità: un altro problemada affrontare nei viaggi spaziali a velocità relativistiche è difatti la dilatazione del tempo. Il tempo non scorre in modo uniforme per tutti gli osservatori, al contrario di quanto postulatodalla fisica classica, bensì tanto più lentamente quanto più l'osservatore che misura un dato eventosi avvicina alla velocità della luce6. Il motivo di questo fenomeno va ricercato nel fondamentale postulato posto a base delladinamica relativistica: l'invarianza della velocità della luce. Cerchiamo di chiarire il concetto;


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normalmente le velocità si sommano tra loro: se io, da una navetta in moto a 1000 km/s, lanciouna sonda avente una velocità di 5 km/s, rispetto a me la sonda avrà detta velocità, ma unosservatore in quiete rispetto alla navetta misurerà invece una velocità di 1000 + 5 = 1005 km/s,poiché, giustamente (dal suo punto di vista), dovrà considerare anche la velocità che la sondaaveva prima di essere lanciata (ossia, la velocità della navetta). Le cose vanno invece diversamente quando in ballo vi è la velocità della luce (o di unaqualunque radiazione EM): se io accendo le luci di navigazione della navetta, o invio un (antiquato)segnale radio, sia io, sia l'osservatore in quiete rispetto a me, sia qualunque altro osservatoredell'universo, misureremo tutti la stessa velocità di propagazione dell'onda: circa 300.000 km/s7.Ora, poiché la velocità è definita, come è noto, come il rapporto tra lo spazio percorso e il tempoimpiegato per percorrerlo (v = s/t), e poiché nel caso di specie tutti gli osservatori hanno misuratola stessa distanza e la stessa velocità, ne deriva che a variare deve essere il tempo, il quale, comedetto, scorre in funzione della velocità dell'osservatore.

Le conseguenze appaiono chiare: poiché ogni viaggio a velocità relativistica è anche un viaggionel tempo (nel futuro), i costi di un simile viaggio sono elevatissimi non solo dal punto di vistaeconomico (propellente), ma anche sotto il profilo sociale. Gli astronauti partirebbero con laconsapevolezza di non rivedere mai più le loro famiglie, i loro parenti, i loro amici, a meno di nonportarli con sé o di non averli affatto; al rientro, per contro, troverebbero una societàprofondamente diversa da quella che hanno lasciato, con intuibili problemi di reinserimento.L'astronauta tipo risulterebbe così essere un disadattato o un asociale, insomma un pessimoambasciatore della sua specie! Ma non solo: un simile metodo di viaggio non potrebbe consentirel'esistenza di istituzioni interstellari, come la Federazione Unita dei Pianeti, che solo fondate sugliscambi commerciali e culturali tra razze diverse, e che presuppongono un omogeneo livello diprogresso tecnologico e sociale: omogeneità che non è compatibile con i tempi necessari ai viaggiinterstellari così concepiti.

Ma supponiamo, come è successo, di essere disposti a pagare i costi economici e sociali delviaggio a velocità relativistiche. I problemi sono tutt'altro che finiti, anzi! Quelli veramente seriiniziano proprio quando si parte, e sono tali da mettere a repentaglio la sopravvivenzadell'equipaggio. Cominciamo dall'accelerazione: per raggiungere velocità prossime a quella della luce occorre,ovviamente, imprimere alla nave accelerazioni elevatissime. Con l'avvento degli ammortizzatoriinerziali tale problema è stato risolto in radice, ma appare improbabile che una società non ancoragiunta alla tecnologia di curvatura possa sviluppare simili dispositivi8. Così, per proteggerel'equipaggio dagli effetti micidiali dell'accelerazione, questa deve essere estremamente lenta: sitenga conto che una banalissima accelerazione da 2 g comporta che l'astronauta sperimenti su disé una forza pari al doppio del proprio peso, sinché dura l'accelerazione, con intuibili conseguenzesull'apparato scheletrico, muscolare, cardiocircolatorio. Ed è facile immaginare cosa succederebbein caso di manovre di emergenza obbliganti a brusche variazioni di velocità o direzione. La conseguenza è che il viaggio deve comunque durare diversi anni, prima di raggiungere lavelocità di crociera o di decelerare a velocità compatibili con l'arrivo alla destinazione: annipercepiti effettivamente come tali, giacché la gradualità dell'accelerazione comporta che gli effettirelativistici di dilatazione del tempo divengano significativi solo dopo parecchio tempo dallapartenza. Ma il peggio arriva quando la velocità diventa elevata: lo spazio, come è noto, è molto meno"vuoto" di quanto si riteneva un tempo; pulviscolo, micrometeoriti, semplici particelle subatomiche,tutta roba quasi innocua a basse velocità, si trasforma con l'accelerazione in una pioggia mortale diproiettili9 e radiazioni ionizzanti ad elevato potere penetrante, in grado di danneggiare gravementelo scafo e di renderlo pericolosamente radioattivo per gli occupanti. Questo problema vienecomunemente risolto dai deflettori di navigazione10, ma, al pari di quanto detto per gliammortizzatori inerziali, si tratta di una tecnologia difficilmente sviluppabile da una societàpre-curvatura.

Da quanto detto, insomma, appare evidente come la propulsione a impulso, pur indispensabileper gli spostamenti a breve raggio e le manovre orbitali, sia assolutamente inidonea al volointerstellare. Un viaggio con tale tipo di propulsione costituisce essenzialmente un esperimento


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scientifico, e spesso è un'importante tappa nel progresso tecnologico della maggior parte delleciviltà evolute, ma non muta la condizione di isolamento del mondo che lo sviluppa, né può averesignificative applicazioni sul piano commerciale e sociale. Solo la propulsione a curvatura, o meglioil complesso di nozioni e tecnologie che essa comporta, consente di aggirare gli inconvenienti vistie aprire alla specie che la sviluppa le porte della comunità interstellare. Non a caso la PrimaDirettiva considera idonee al Primo Contatto solo le civiltà che abbiano sviluppato tale tecnologia. E' ora, pertanto, di entrare in curvatura!

SEZIONE PRIMA: LA STRUTTURA DELLO SPAZIO

La propulsione a curvatura può essere definita in questo semplice modo: mentre nellapropulsione a impulso si sposta la nave nello spazio, in curvatura si "muove" lo spazio attorno allanave! Per la precisione, si comprime lo spazio nella direzione di avanzamento della nave, e lo siespande nella direzione opposta. Le tre righe che precedono, se lette dalla prospettiva di un fisico dell'epoca pre-curvatura,sollevano così tanti problemi da richiedere, per la loro esauriente illustrazione, uno spazio e untecnicismo incompatibili con lo scopo della presente trattazione. Cercherò di procedere passo perpasso, limitando il tecnicismo allo stretto indispensabile.

Intanto, come è possibile "comprimere" o "espandere" lo spazio? Occorre chiarire, a questo punto, cos'è esattamente (o quasi) lo spazio. Si tratta, in verità, di unconcetto estremamente complesso, sia dal punto di vista fisico-matematico che da quellofilosofico11. Cominciamo dalla nozione più elementare, che definisce lo spazio come distanza tradue corpi. Si tratta di una definizione banale solo in apparenza, perché contiene una veritàfondamentale: lo spazio esiste solo in presenza di materia (o energia), non è concepibile unospazio "vuoto": se dall'universo, con un qualche procedimento fantastico, potessimo rimuoveretutta la materia e l'energia esistente, non avremmo un universo vuoto, ma, al contrario, nonesisterebbe più l'universo (a patto di sparire anche noi). Una delle fondamentali acquisizioni dellafisica relativistica è difatti che lo spazio ha una "struttura", ha delle "dimensioni", e non deve esserepensato in antitesi alla materia-energia, come una sorta di fondale in cui la massa recita da attriceprincipale; la materia, l'energia, le particelle in realtà sono "spazio concentrato", o più tecnicamente"dimensioni collassate". Ma un passo alla volta: torniamo alla struttura dello spazio. Come appena detto, lo spaziopresuppone l'esistenza di materia-energia; niente materia, niente spazio. Dal punto di vistastrettamente intuitivo, appare ovvio che non si possa parlare di distanza tra A e B se A e B nonesistono (benché la realtà sia molto più complessa). Lo spazio è "creato" dalla materia, la qualenon è altro che un particolare "tipo" di spazio.

Facciamo un altro passo, e parliamo di tempo. Definire il tempo non è meno arduo che definirelo spazio, e solitamente le definizioni peccano di tautologia, giacché definiscono il tempo comedurata o intervallo tra due eventi, senza riuscire a chiarire cosa sia la "durata". Una primaosservazione che si può fare, però, è che, al pari dello spazio, anche l'esistenza del tempo richiedemateria-energia; perché ci sia un "prima" e un "dopo" è necessario che ci si riferisca a "qualcosa"(di diverso dal tempo stesso), ad un "evento". Spazio e tempo sono accomunati, nella loroesistenza, dalla necessità dell'esistenza della materia: niente materia, niente tempo, niente spazio. Spazio e tempo hanno però un legame ben più stretto, accertato fin dalla nascita della fisicarelativistica; legame talmente stretto da far considerare il tempo una delle dimensioni dello spazio:si parla, difatti, di spazio-tempo. Per capire come possano essere legati dei concetti che,apparentemente, non hanno niente in comune, pensiamo ad un oggetto qualunque: appareevidente che tale oggetto occupa una posizione ben definita nello spazio, che può esseredeterminata con precisione indicando le distanze da una serie di punti di riferimento (ad es., untavolo in una stanza avrà una certa altezza rispetto al pavimento e una certa distanza dalle pareti).Tuttavia tale oggetto, pur se in ipotesi immobile, in realtà si sta spostando attraverso il tempo; essoesisteva prima dell'osservazione, a partire dal momento in cui fu creato, ed esisterà dopol'osservazione, sinché non verrà distrutto. In altre parole, qualunque cosa, oltre che esistere (emuoversi) nello spazio, esiste (e deve muoversi) anche nel tempo. Se così non fosse, se l'oggetto


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fosse "immobile" nel tempo, esso esisterebbe solo per un istante infinitesimo, per poi sparire nelnulla (e ciò è impossibile per il principio di conservazione dell'energia). Il tempo, insomma, può essere considerato una dimensione dello spazio, anche se dotata diparticolarità tutte sue (muoversi nello spazio non è come muoversi nel tempo).

Si è accennato, in precedenza, alle "dimensioni" dello spazio; cosa e quante sono ledimensioni? Non è facile rispondere a questa domanda, specie considerando i limiti del presentelavoro. Si possono comunque descrivere le dimensioni come gli elementi strutturali dello spazio, i"mattoni" che lo costituiscono. Alcune di esse sono ben note: altezza, larghezza, profondità,tempo. Oltre a queste, però, ne esistono molte altre, che non sono percepibili sensorialmente inquanto esistenti a livello subatomico, ma presiedono a fenomeni subatomici fondamentali perl'esistenza dell'universo come lo conosciamo. Le dimensioni dello spazio-tempo si dividono in due categorie: quelle bosoniche e quellefermioniche. Le prime (circa una trentina) consentono degli spostamenti simili a quelli a cui siamonormalmente abituati, nel senso che le condizioni dell'oggetto (ad es., una particella) al terminedello spostamento saranno differenti rispetto a quelle di partenza. Nelle seconde (circa una decina)sono possibili spostamenti senza che l'oggetto modifichi le proprie condizioni iniziali. Non èpossibile essere più precisi senza affrontare argomenti (e istituti matematici) terribilmentecomplessi, ma il succo di questo discorso, per quanto ci interessa, è che la comprensione dellastruttura dello spazio ha consentito di pervenire alla Grande Unificazione, ossia ad una teoria fisicache renda conto dell'origine comune delle forze fondamentali della natura (Gravitazionale,Elettrodebole, Forte, Repulsiva. Vedi nota n. 14). Tale teoria ha consentito la manipolazione deicampi gravitazionali secondo principi analoghi a quelli usati sin dall'antichità per i campielettromagnetici, rendendo così possibile la polarizzazione gravitazionale, posta a base non solodella propulsione curvatura, ma anche dei campi gravitazionali artificiali, degli scudi deflettori, deiraggi traenti, degli ammortizzatori inerziali.

Torniamo dunque al problema iniziale: come comprimere ed espandere lo spazio? La meccanica relativistica descrive lo spazio-tempo come entità quadridimensionale curva. Larealtà è più complessa, poiché lo spazio ha ben più di 4 dimensioni, ma poiché tutte le altre sonocome "arrotolate" su scala subatomica possiamo, almeno per il momento, non tenerne conto.

Il fatto che lo spazio sia curvo e "plasmabile" ha delle importanti conseguenze per i nostri fini,perché in tale tipo di spazio le distanze non sono "assolute" e la via più breve tra due punti non ènecessariamente una retta. Per visualizzare intuitivamente la struttura dello spazio possiamo ricorrere ad un anticoesempio: immaginarlo come un foglio di gomma molto elastico. Su tale foglio poggiano le variemasse dell'universo, particelle, pianeti, stelle ecc. Tali masse "deformano" il foglio di gomma, inmisura dipendente dalla loro entità (masse maggiori produrranno una "curvatura" maggiore).Abbiamo perciò scoperto che è la gravità a modellare lo spazio, il quale risulta più curvo nelleregioni più prossime a masse elevate. La gravità è perciò lo "scalpello" che modella lo spazio. A questo punto è chiaro perché si parladi curvatura: essa è precisamente ciò che indica tale termine, una "deformazione" (warp) dellospazio indotta da un campo gravitazionale. Ma cosa succede, esattamente, curvando lo spazio?

Qualunque massa, come visto, è in grado di curvare lo spazio: poiché non può esistere spaziosenza massa, ne deriva che lo spazio è sempre e necessariamente curvo, benché la curvatura siamaggiore in prossimità delle masse e minore (in ragione del quadrato della distanza12) man manoche ci si allontana da esse. Qualunque massa o onda in movimento nello spazio deve seguirne necessariamente lageometria, così come un turboascensore non può muoversi al di fuori degli appositi condotti ditrasferimento. Quando una massa o un'onda entrano in una regione dello spazio caratterizzata dauna particolare curvatura, devono necessariamente percorrerne la struttura. In tal modo è stata giustificata, in passato, l'attrazione gravitazionale: poiché lo spazio si incurvasempre di più in prossimità di una massa, un corpo entrato in tale regione deve dirigersi verso lamassa deformante, percorrendo il "baratro" gravitazionale da essa creato (a meno che non sia in


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possesso di una velocità sufficiente per "uscirne"). Appare quindi evidente che, poiché lo spazio non ha una struttura fissa e immodificabile, èpossibile "plasmarlo" in modo da adeguarlo alle nostre esigenze. Se vogliamo, ad esempio,percorrere una grande distanza in tempi brevi, possiamo comprimere lo spazio tra il punto dipartenza e quello di arrivo (senza spostare questi ultimi, per i motivi che si vedranno). In questomodo non sono più necessarie velocità elevate, e comunque irraggiungibili: è come seprendessimo una scorciatoia… nello spazio stesso, una sorta di galleria che ci consente di evitarela scalata della montagna.

Detto così, ovviamente, è troppo semplice, e troppo bello per essere vero. Vediamo quali sono iterribili problemi da affrontare, e come sono stati risolti.

SEZIONE SECONDA: COME CURVARE A PIACERE LO SPAZIO

Prima di affrontare il problema di come curvare lo spazio secondo i nostri comodi, vediamocosa succede in natura. Cominciamo col dire che le curvature prodotte da masse non certamente trascurabili, comepianeti e stelle, sono del tutto insufficienti per i nostri scopi: ad esempio, la massa di una stella ditipo G (come il Sole della Terra) è in grado di deflettere un raggio di luce di circa un millesimo digrado. Ma a noi servono curvature enormemente superiori. Noi non vogliamo semplicemente"piegare" lo spazio, ma "accartocciarlo". Ci servono perciò curvature ben maggiori di quelleprodotte dalle stelle. Dove prendere la massa (o l'energia) necessaria, se persino quella del Solerisulta insufficiente?

Esistono però in natura curvature dello spazio ben maggiori di quelle prodotte dalle stelle: sitratta delle singolarità (oggi definite con l'aggettivo quantiche, per significare che, a differenza chein passato, si è ormai in grado di determinare gli effetti quantistici della gravità), ossia di regionidello spazio-tempo caratterizzate da un intenso campo gravitazionale, imprimente unaconfigurazione "a cuspide", una sorta di baratro non interpretabile con le teorie relativistichepre-unificazione. In altre parole, la curvatura in una singolarità è talmente accentuata che lelunghezze sono ridotte ad un valore prossimo allo zero, mentre il tempo scorre ad un ritmopressoché infinito13. Singolarità che si trovano, solitamente, al centro di buchi neri (stelle di grandemassa collassate, dotate di un campo gravitazionale talmente intenso da non consentire neppurel'emissione di luce). Sembrerebbe quindi che, se devo recarmi da A a B e nel tragitto trovo un buco nero, potreiusare lo stesso per accorciare il viaggio, dal momento che nella singolarità lo spazio è compressosin quasi ad un valore nullo. Sconsiglio vivamente gli aspiranti navigatori spaziali dal compiere una simile impresa: ci sonoforme di suicidio meno complicate, e non implicanti la distruzione di una costosa nave spaziale.Innanzitutto perché lo stesso campo gravitazionale che ci fa il favore di comprimere lo spaziofarebbe a pezzi noi e l'astronave ben prima di raggiungere la singolarità. In secondo luogo perché,qualora resistessimo alla gravità usando il campo di integrità strutturale, gli ammortizzatori inerzialie gli scudi deflettori (sinché dura l'energia...), la dilatazione temporale implicherebbe un tempo (perun osservatore esterno al luogo del nostro suicidio) lunghissimo per raggiungere la singolarità, ecosì la breve durata del viaggio andrebbe a farsi friggere. Dulcis in fundo, una volta raggiunta lasingolarità difficilmente potremmo venirne fuori, non potendo con i motori a impulso néraggiungere, né superare la velocità della luce. Come se non bastasse, non andremmo comunquea finire da nessuna parte, perché la singolarità resta dov'è e non si muove certo nella direzione checi aggrada (e se volessimo spostarla noi dovremmo fare i conti, per dirne una, con la suaformidabile inerzia). Insomma, usare un buco nero per viaggiare nello spazio è un po' come volereentrare in una stanza passando per il buco della serratura: scomodo, doloroso, inutile! Ma a noi serve proprio una curvatura del tipo di quelle generate dalle singolarità!

Torniamo al punto di partenza: come curvare lo spazio? Con la gravità. Cos'è che genera lagravità, o se si preferisce i gravitoni, le particelle portatrici della forza gravitazionale? La massa.Per avere il campo gravitazionale di una stella devo per forza disporre della massa di una stella?


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No! E' qui che risiede l'inizio della soluzione dei nostri problemi. In natura, il campo gravitazionale ha simmetria sferica: si estende uniformemente in tutte ledirezioni, con intensità decrescente (in proporzione quadratica) rispetto alla distanza dallasorgente. Per i nostri fini, questo è un enorme spreco! In natura è bene che le cose vadano così, perchél'universo come lo conosciamo non potrebbe certamente esistere (e noi con lui) se la gravitàoperasse in una sola direzione. Ma a noi non interessa curvare un enorme volume di spazio, bensìagire solo nella zona che intendiamo attraversare. La radiazione elettromagnetica si comporta, per certi aspetti, come il campo gravitazionale:anch'essa ha simmetria sferica, anch'essa ha intensità decrescente con il quadrato della distanza.Ma le specie evolute hanno, da molto prima del saper viaggiare nello spazio, appreso come"piegare" la radiazione EM alle proprie necessità, ottenendo onde propagantesi in una direzioneprefissata, o luce monocromatica (laser, maser ecc.). La stessa cosa si è riusciti a fare con la gravità, mediante la polarizzazione gravitazionale. Lateoria del Campo Unificato, con cui le forze della natura (Gravitazionale, Elettrodebole, Forte,Repulsiva) vengono descritte come diverse manifestazioni di un unico ente14, ha consentito lamanipolazione delle onde gravitazionali con modalità analoghe a quelle conosciute sindall'antichità con le onde EM. In particolare, è stato possibile porre onde gravitazionali inconcordanza di fase15 ed ottenere delle emissioni coerenti, in modo da creare treni d'onda apropagazione lineare.

E' noto da tempo che particolari leghe metalliche contenenti elementi transuranici dielevatissimo peso atomico (cortenide di verterio, thoronium arkenide) possono emettere gravitoniin condizioni particolari (la cortenide di verterio se esposta a plasma ad alta energia, il thoroniumarkenide se posto in rotazione a velocità elevate, in un ambiente di gas chrylon e applicandoun'opportuna differenza di potenziale). La prima lega viene utilizzata per le bobine delle gondole acurvatura delle navi spaziali, la seconda per la realizzazione dei generatori di gravità artificiali. La caratteristica fondamentale di queste leghe è il consentire la trasformazione, con rendimentopiuttosto elevato (intorno al 70%) della forza elettromagnetica in forza gravitazionale. Conversioneresa vantaggiosa dal fatto che la forza elettromagnetica ha intensità ben superiore a quellagravitazionale (il debolissimo campo magnetico della maggior parte dei pianeti di classe M èsufficiente a spostare l'ago di una bussola, vincendo l'attrazione gravitazionale). Con procedimenti particolari (vedi la sezione settima) è possibile fare in modo che l'emissionedi gravitoni avvenga unicamente lungo una direzione prefissata, e con frequenze predeterminate16.Le onde gravitazionali così emesse sono poste in concordanza di fase, in modo che l'energia dellasuccessiva si sommi a quella della precedente, e si concentri in un ristretto volume di spazio. E' così possibile realizzare un campo gravitazionale di elevata intensità e limitata estensione,senza dovere disporre della massa necessaria per ottenerne uno di analoga intensità in modo"naturale". Il consumo di energia necessario è certamente elevato, ma di gran lunga inferiore aquanto teorizzato in epoca pre-curvatura. A questo punto è evidente che, facendo in modo che il campo gravitazionale (di intensitàanaloga a quello esistente nelle singolarità) si formi nella direzione di avanzamento della nostranave, esso provvederà innanzitutto a comprimere la regione di spazio che ci accingiamo adattraversare, e in secondo luogo si sposterà con la nave stessa, comprimendo regioni di spazioposte in successione, senza soluzione di continuità. Tale risultato, però, rappresenta solo il primo passo, fondamentale ma insufficiente. Il nostrobravo campo gravitazionale portatile e regolabile ha sempre i difetti dei suoi colleghi naturali: lasgradevole tendenza a fare a pezzi noi e la nostra povera nave, incurante del fatto che siamo i suoigenitori, e l'effetto relativistico di dilatazione temporale (della contrazione delle lunghezze non è ilcaso di curarsi troppo, con le altre grane che abbiamo), che prolunga la nostra agonia con ladilatazione temporale, anche se non quanto una singolarità, perché una volta distrutto ilgeneratore, il campo gravitazionale morirà dopo di noi. Magra consolazione. Ma cos'altro serve, allora, per realizzare un campo di curvatura utile ai nostri scopi?

SEZIONE TERZA: IL CAMPO DI CURVATURA


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Per poter sfuggire al pozzo gravitazionale creato davanti alla nostra nave per comprimere lospazio davanti a noi, è necessario creare un "antipozzo" dietro, in modo che la compressionevenga bilanciata dall'espansione (che dovrà avere pari intensità e "segno" opposto) e la navevenga sospinta su tale "onda" di spazio-tempo modificato, passata la quale lo spazio tornerà allasua struttura normale. Comprimendo lo spazio nella direzione anteriore riduciamo la distanza dalpunto di arrivo, ossia ci "avviciniamo" (benché, lo si ripete, la posizione del punto di arrivo nonmuta, poiché operiamo solo sullo spazio intermedio); espandendo lo spazio nella direzioneopposta, invece, ci "allontaniamo" dal punto di partenza, sfuggendo al baratro gravitazionale creatodavanti a noi (senza necessità di alcuna accelerazione). La regione compresa tra il fronte di compressione e quello di espansione è detta, conespressione pittoresca, bolla di curvatura, e mantiene le condizioni di un qualunque sistema diriferimento in moto alla stessa velocità. In altre parole, le masse ivi presenti non subiscono né glieffetti relativistici sopra descritti (aumento di massa, dilatazione del tempo ecc.), né effetti inerziali,poiché la velocità posseduta precedentemente all'ingresso in curvatura NON MUTA. Così come la compressione locale dello spazio viene realizzata mediante emissioni di treni dionde gravitazionali coerenti, l'espansione nella regione opposta viene ottenuta tramite emissionicoerenti di warpers, particelle bosoniche portatrici della Forza Repulsiva.

La Forza Repulsiva, come detto nella nota 14, è una delle forze fondamentali della natura(l'ultima, solitamente, ad essere scoperta), e manifesta la sua azione in presenza di elevateconcentrazioni di massa (o di energia). Tale forza è inferiore, come ordine di grandezza,all'attrazione gravitazionale, e difatti in condizioni normali non è in grado di contrastarnesignificativamente gli effetti. Quando però i campi gravitazionali sono di tale intensità da rendernenon trascurabili gli effetti quantistici (come avviene nelle singolarità, e nei campi di curvatura), essaè in grado di opporsi al collasso infinito della materia (il volume delle singolarità, difatti, è piccolo,ma non nullo). Ciò fornisce una giustificazione del noto paradosso della meccanica relativisticapre-unificazione, la quale non era in grado di chiarire come la curvatura dello spazio-tempoassumesse nelle singolarità un valore infinito, senza che la massa collassante, per effettodell'accelerazione gravitazionale sempre crescente, raggiungesse o superasse la velocità dellaluce. La forza repulsiva, insomma, pone un limite "di sicurezza" alla comprimibilità della massa.

Gli warpers, particelle vettori della forza repulsiva, agiscono insomma come una sorta di gravitànegativa. La loro "gestione" nel campo di curvatura è in buona parte analoga a quella dei gravitoni:normalmente, per ottenere una significativa quantità di warpers sarebbe necessario disporre diconcentrazioni di massa elevatissime, persino superiori a quelle richieste per i campi gravitazionalidelle singolarità. Nel campo di curvatura, tuttavia, gli warpers si formano come "sottoprodotto" dellacreazione dei treni d'onda gravitazionali coerenti, e tendono a muoversi nella direzione opposta:un'elevata concentrazione di gravitoni polarizzati, generati dal punto P e concentrati ad unadistanza D da esso, produce un'analoga concentrazione di warpers ad una distanza –D da P,ossia dalla parte opposta. In P, che poi sarebbe la nostra astronave, il campo gravitazionale è"normale", ossia identico a quello locale, non generato dal campo di curvatura. Andando in avanti,seguendo il treno d'onda di gravitoni, il campo gravitazionale aumenta d'intensità, sino araggiungere il valore massimo, detto CUP (Curvatura Utile Positiva) nella regione in cui i trenid'onda entrano in concordanza di fase. Dall'altra parte, viceversa, il campo di espansioneraggiunge il valore massimo nella regione in cui gli omologhi treni di warpers coerenti entrano aloro volta in concordanza di fase; il campo di espansione raggiunge in tale punto il valore massimo,detto CUN (Curvatura Utile Negativa). A questo punto il lettore attento avrà notato immediatamente un problema: si è detto inprecedenza che la forza repulsiva opera su un ordine di grandezza inferiore rispetto a quellagravitazionale. Per la precisione, o meglio per fornire un'approssimazione accettabile in questasede, il rapporto tra le due forze è pari a circa 1/1000: se occorre un'energia E per produrre uncampo gravitazionale di una data intensità, occorrerà circa 1000 volte quell'energia per produrre uncampo di espansione (o repulsione che dir si voglia) di intensità analoga, ossia in grado di produrreun'espansione bilanciante esattamente la compressione. A ciò si pone rimedio con due sistemi: inprimo luogo alterando la simmetria del campo, e precisamente facendo in modo che il CUN abbiauna distanza dalla sorgente pari a circa 1/10 di quella del CUP. In secondo luogo, mediante untreno d'onda supplementare di warpers, che posto in opportuna concordanza di fase con quello


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principale fa assumere al CUN il valore necessario per bilanciare la compressione generata dalCUP.Peraltro, non è necessario che CUP e CUN abbiano valori (in modulo) identici, esiste un marginedi tolleranza che non influisce significativamente sull'effetto "propulsivo", margine che però siriduce al crescere della tensione del campo di curvatura, e tende a 0 all'approssimarsi del limiteteorico (secondo la scala attualmente vigente) di curvatura 10.

Quando però il margine di tolleranza non viene rispettato, e supera il valore soglia oltre il qualela contrazione dello spazio non è più bilanciata dall'espansione, si verifica il noto "effettocavitazione"17.Per comprendere appieno l'effetto cavitazione, occorre precisare che, all'interno del campo dicurvatura, per ragioni che formano tuttora oggetto di studio, la costante gravitazionale assume unvalore inferiore al normale. La massa inerziale della nave, di conseguenza, è molto inferiore aquella posseduta in condizioni normali. La nave, tuttavia, conserva per inerzia la velocitàposseduta al momento dell'ingresso in curvatura. Poiché tale velocità è di solito pari ad unafrazione significativa di quella della luce (in ragione dell'uso della propulsione ad impulso nelle fasidi allontanamento e avvicinamento ai pianeti), quando la nave entra in cavitazione la spintainizialmente posseduta fa accelerare la nave a velocità prossime a quella della luce18, come sefosse diventata improvvisamente "più leggera". Un'ulteriore accelerazione viene impressa alla nave dal CUP, che, non più bilanciatocorrettamente dal CUN, esercita una forte attrazione gravitazionale, applicando sulla nave unaforza che, in base alla seconda legge della Dinamica, ne incrementa la velocità. La nave si trova pertanto esposta a subire i noti effetti relativistici delle alte velocità (dilatazionedel tempo, contrazione delle lunghezze). Poiché le navi della Flotta Stellare non sono progettate per sopportare a lungo simili velocità,che comportano, oltretutto, gravi pericoli per l'equipaggio (come visto nella Sezione Prima), ilcomputer di bordo, in caso di cavitazione, interrompe immediatamente l'iniezione del plasma nellebobine delle gondole19, con conseguente collasso del campo di curvatura. La nave riacquistagradatamente la massa inerziale "normale", e la velocità diminuisce sino al valore precedentel'ingresso in curvatura (il tempo necessario è pari, mediamente, a circa 30 secondi). Sempre permotivi di sicurezza, i controlli di volo vengono disabilitati (una virata imporrebbe alla naveseverissimi stress strutturali), per cui eventuali oggetti che si trovano sulla traiettoria della nave,che non possano essere deviati dai deflettori di navigazione a causa della grande massa (adesempio, piccoli asteroidi) devono essere immediatamente distrutti.

Torniamo al campo di curvatura. Poiché esso produce tensioni gravitazionali elevatissime,appare ovvio che debba essere generato ad una distanza di sicurezza dalla nave. Le gondole,contenenti le bobine generatrici del campo, sono solitamente collocate ai lati della nave, ad unadistanza tra loro non inferiore a 0,8 volte la larghezza del resto dello scafo (una distanzaleggermente superiore è ammessa per le navette, in ragione della bassa potenza del campo warp),e posizionate in modo che i treni d'onda emessi non entrino in contatto con le strutturedell'astronave. La propulsione a curvatura deve inoltre essere attivata in regioni di spazio quanto più vuotepossibile, e ciò per una serie di ragioni. Innanzitutto, la compressione dello spazio implicherebbe consumi energetici immensamenteelevati qualora la regione ove si forma il CUP non fosse (ragionevolmente) vuota: la compressionedella materia (che, lo si ricorda, è già "spazio-tempo compresso") è infatti molto più difficile diquella dello spazio vuoto, anche per effetto della Forza Repulsiva, per cui i motori sisurriscalderebbero rapidamente oltre i limiti di sicurezza. Va poi considerato che il CUP è pur sempre un campo gravitazionale, e di intensitàelevatissima; di conseguenza, ove lo spazio non fosse vuoto, le masse circostanti, specie semodeste, verrebbero attirate con enorme forza e scagliate contro la nave, con conseguenzefacilmente immaginabili. Non solo: le tensioni gravitazionali farebbero a pezzi tali masse per"effetto marea"20, ed è chiaro quali sarebbero le conseguenze se si trattasse di navi spaziali21.Usare il campo warp come arma non è comunque vantaggioso, perché la pioggia di detritiaccelerati ad altissima velocità (tra cui il nucleo di curvatura e le riserve di antimateria della navedistrutta!) renderebbe decisamente breve, ed assai cara, la vittoria ottenuta!


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SEZIONE QUARTA: LA VELOCITA' DI CURVATURA.

L'unità di misura dell'intensità del campo di curvatura è il cochrane (C), in omaggio alloscienziato terrestre Zephram Cochrane, inventore del motore a curvatura. Per misurazionimaggiormente accurate viene utilizzato il sottomultiplo millicochrane (mC), pari a 1/1000 dicochrane. Si assume pari ad un cochrane un campo di curvatura che produca una velocità virtualmentepari a quella della luce. Si parla di velocità virtuale in quanto, come visto, la propulsione curvaturaopera sullo spazio-tempo, non sulla nave: il termine velocità è dunque usato in modo atecnico, perdescrivere l'effetto propulsivo del campo warp. In pratica, si adotta il punto di vista di un ipoteticoosservatore esterno, il quale "vede" la nave spostarsi a velocità pari o superiori a quella della luce,non essendo solidale col sistema di riferimento rappresentato dalla nave stessa. E' superfluo direche si tratta di un paragone fittizio, dal momento che un oggetto in moto a velocità superiore aquella della luce è ovviamente invisibile. La velocità curvatura viene espressa in multipli della velocità della luce. L'effetto propulsivo viene calcolato con una funzione cubica:

v = (aw3 + ) c

dove v è la "velocità di curvatura", w è il fattore warp, ossia il grado di compressione - espansione dello spazio determinato dal campo di curvatura ed espresso in cochrane, a è unacostante, assume valori diversi a seconda dei fattori warp, e viene determinato empiricamente, cè la velocità della luce in km/s. Per w = 1 cochrane, come detto, la velocità di curvatura è pari a quella della luce, nel senso chel'effetto propulsivo consente di spostare la nave ad una velocità che, nello spazio normale, sarebbepari a circa 300.000 km/s, senza effetti relativistici apprezzabili. Per w = 2 cochrane, la velocità warp è pari a 10 volte quella della luce; per w = 3, v = 39c; per w= 4, v = 102c; per w = 5, v = 214c; per w = 6, v = 392c; per w = 7, v = 656c; per w = 8, v = 1024c; per w = 9, v = 1516c; per w = 9.6, v = 1909c; per w = 9.9, v = 3053c; per w = 9.99, v = 7912c; per w = 9.9999, v = 2377360c; per w = 10 la velocità è infinita, ossia il tempo di arrivo a destinazione ènullo. Si tratta di un limite teorico, irraggiungibile allo stato attuale delle conoscenze.

SEZIONE QUINTA: CURVATURA E PARADOSSI RELATIVISTICI

La propulsione a curvatura consente di spostarsi in tempi brevi su distanze interstellariaggirando il limite relativistico della velocità della luce. Occorre a questo punto esaminare alcunidei cosiddetti paradossi relativistici, connessi all'impossibilità del superamento della velocità dellaluce e al comportamento dei corpi materiali all'approssimarsi a tale velocità. Come si illustrerà in proseguo, si tratta di paradossi soltanto apparenti, e dovuti all'equivoco delconfondere il limite c con l'impossibilità di inviare informazioni eludendo tale limite.

Causa-effetto. Cominciamo col principio del sovvertimento del rapporto causa – effetto.Supponiamo che sul pianeta X avvenga l'estrazione di una lotteria, e l'informazione sui numeriestratti debba essere trasmessa sul pianeta Y, distante un anno luce, dove si trova il giocatoreinteressato. Normalmente, il giocatore saprà quali numeri sono stati estratti un anno dopo l'effettivaestrazione, dal momento che l'informazione, trasmessa mediante radiazioni elettromagnetiche(mettiamo da parte le trasmissioni subspaziali), impiega questo tempo per raggiungerlo. Se peròun viaggiatore spaziale, usando una nave a curvatura, gli comunica il risultato dell'estrazione primadel decorso dell'anno, ecco che il giocatore conosce un evento che ancora appartiene al "suo"futuro, e può cominciare a far spese... prima della vincita. Oppure, per fare un altro esempio, supponiamo che a 10 anni luce dal pianeta P esploda unasupernova: gli abitanti di P sapranno dell'evento solo dopo 10 anni. Ma se il solito viaggiatorespaziale con nave a curvatura li va ad avvisare prima che la luce (e le radiazioni) della nova liraggiungano, ecco che consente loro di salvarsi da un evento che esiste solo nel "loro" futuro.


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In entrambi i casi, il paradosso consisterebbe nel fatto che le azioni del giocatore del pianeta Ye degli abitanti del pianeta P siano influenzate da eventi per loro ancora non accaduti. Difatti,poiché per la relatività classica nessuna informazione può essere trasmessa nell'universo avelocità superiore a quella della luce, i soggetti in questione non hanno alcun modo di conosceregli avvenimenti citati, né di sapere della contemporaneità, rispetto al loro sistema di riferimento,dell'estrazione della lotteria o dell'esplosione della supernova. Alla base del paradosso stal'asserita impossibilità, per osservatori molto distanti tra loro, di sapere se un dato evento sia omeno contemporaneo per entrambi. Questo perché nella relatività classica dall'insuperabilità dellavelocità della luce veniva desunto il corollario dell'impossibilità della trasmissione di informazioni avelocità superiore, sia pure in altro modo. Corollario che la propulsione warp ha dimostrato esserefalso.

Da come sono costruiti gli esempi appare difatti chiaro che il paradosso è soltanto apparente.L'estrazione della lotteria e l'esplosione della supernova sono difatti avvenuti PRIMA chel'informazione fosse ricevuta dagli interessati, per cui il principio di causalità viene pienamenterispettato.

Spostamento Doppler e contrazione delle lunghezze. L'effetto Doppler è quel fenomeno in base al quale, data una sorgente di onde in moto rispettoad un osservatore, questo percepisce un aumento della frequenza delle onde quando la sorgentesi avvicina a lui e una diminuzione quando se ne allontana. Se si tratta di onde luminose,l'osservatore registrerà uno spostamento verso il violetto dello spettro della luce ricevuta in caso diavvicinamento della sorgente, e uno spostamento verso il rosso in caso di allontanamento. Le gondole di curvatura delle navi della Federazione emettono una caratteristica luce bluastra,dovuta all'emissione di fotoni aventi lunghezza d'onda di circa 4000 Angstrom22, rappresentanti uninnocuo residuo del processo di generazione del campo di curvatura. Osservando una nave che entra in curvatura, un osservatore fermo ai principi della relativitàclassica noterà immediatamente due fenomeni che appaiono contraddire le leggi della fisica:innanzitutto percepirà come bluastra la luce emessa dalle gondole, mentre in base all'effettoDoppler questa, al pari delle luci di navigazione e di quella proveniente dagli oblò della nave,dovrebbe apparire decisamente rossastra (considerato il fatto che la nave "accelera" in pochiistanti a "velocità" estremamente alte). In secondo luogo osserverà la nave "allungarsi" nelladirezione dell'accelerazione, in netto contrasto col il principio relativistico della contrazione dellelunghezze nel senso del moto. La chiave di tali paradossi consiste nell'espansione dello spazio determinata dal campo dicurvatura. L'osservatore che percepisce la nave allontanarsi si trova, ovviamente, nella regioneinteressata dal campo di espansione: le onde luminose che viaggiano nello spazio espansosubiscono, per effetto dell'espansione, uno spostamento verso il violetto tale da compensare quelloverso il rosso dovuto all'effetto Doppler. Per le stesse ragioni le immagini appaiono distorte,allungate nella direzione del moto. D'altra parte, poiché come detto più volte, la propulsione acurvatura non sposta la nave (che, al limite, potrebbe essere in quiete rispetto all'osservatore), nonvi è alcuna contrazione relativistica nel senso del moto.

Effetto "stelle filanti". Chiunque abbia viaggiato su una nave con propulsione a curvatura avrà notato il caratteristico esuggestivo effetto delle strisce luminose attorno alla nave. Secondo il solito osservatore fermo alla relatività classica, a bordo di una ipotetica nave in motoa velocità superluce non si dovrebbe vedere alcun panorama esterno, dal momento che le ondeluminose provenienti dagli oggetti esterni non possono raggiungere la nave.

Sappiamo però che la nave non si muove, in realtà, più veloce della luce, per cui è senz'altropossibile la percezione del panorama esterno. Tuttavia, quando le onde luminose provenienti dall'esterno entrano nella zona di azione delcampo di curvatura, subiscono una deviazione verso il CUP, a causa del forte campogravitazionale23. Di conseguenza, si ha un mutamento della posizione apparente della stella.Poiché il CUP si sposta insieme alla nave, l'osservatore a bordo vede mutare le posizioni apparentidelle stelle. La frequenza dei mutamenti, superiore ai 10 per secondo, è sufficiente ad


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impressionare la retina della maggior parte delle forme di vita umanoide, generando la percezionedi una scia luminosa. L'effetto cessa con la disattivazione del campo di curvatura.

SEZIONE SESTA: CURVATURA E TUNNEL SPAZIALI.

Nelle singolarità quantiche la deformazione dello spazio-tempo raggiunge un livello talmenteelevato da creare una sorta di pozzo gravitazionale. Per riprendere l'antico esempio citato inprecedenza, si immagini lo spazio-tempo come un foglio di gomma. La masse dei pianeti e dellestelle provocano su tale foglio degli "infossamenti", tanto più profondi quanto maggiore è la massadeformante. Nel caso delle singolarità, l'infossamento è un vero e proprio "baratro". Che succede se tale baratro entra in contatto con un altro analogo? Se, in altre parole, ledeformazioni dello spazio-tempo generate da due (o più) singolarità sono contigue? Si crea ciò checon espressione pittoresca viene definito "tunnel spaziale", una sorta di cunicolo nellospazio-tempo, in grado, teoricamente, di consentire l'attraversamento di vaste regioni dello spazioin tempi brevissimi.

Ci sono soltanto due piccoli problemi: in primo luogo i tunnel spaziali naturali sono fortementeinstabili, e questo comporta il pericolo di essere distrutti dalle forze mareali di una delle singolaritàprima di averli attraversati. In secondo luogo i campi gravitazionali delle singolarità, essendo moltoospitali, farebbero di tutto per non farci andare via (fortuna che abbiamo la propulsione acurvatura). Avventurarsi in un tunnel spaziale naturale può essere pertanto un'esperienza moltosgradevole. Ma nel caso in cui si riuscisse a "stabilizzare" un tunnel spaziale (ad esempio, medianteimmissione di warpers per tenerlo aperto e di verteroni per impedire la scissione dei due "baratri"spaziotemporali), oppure a crearne uno artificiale (come quello nel sistema di Bajor, cheattualmente è l'unico noto), avremmo realizzato un sistema di spostamento ancora più rapido dellapropulsione a curvatura, e non contrastante con la previsioni della relatività, se non per il fatto diconsentire la trasmissione di informazioni aggirando il limite della velocità della luce. Ci sono però altri problemi. I campi gravitazionali delle singolarità hanno effetti anche sul tempo,e un viaggio in un tunnel spaziale rischierebbe di condurci in un'epoca diversa da quella dipartenza. Effetto che non è possibile prevedere con esattezza, sino a quando la tecnologia nonconsentirà di produrre tunnel artificiali del tutto controllabili. Per inciso, si ritiene che la propulsione transcurvatura utilizzata dai Borg utilizzi tunnel spazialiartificiali, all'interno dei quali è possibile raggiungere velocità di curvatura prossime a 10. Inoltre le estremità del tunnel non sono certo fisse nello spazio, si spostano in continuazione,pertanto il tunnel ha entrate e uscite sempre diverse. Riassumendo, nella propulsione a curvatura si ha una distorsione temporanea e localizzatadello spazio-tempo, nei tunnel spaziali la distorsione è permanente, e dura sinché dura il tunnel.

SEZIONE SETTIMA: IL MOTORE A CURVATURA.

Esaurita la trattazione teorica della propulsione a curvatura, concludiamo questo saggio conuna sommaria analisi del funzionamento di un motore a curvatura. Si prenderà come riferimento unmodello base, senza fare riferimento ad alcuna nave in particolare, e si eviterà un livello didettaglio e di tecnicismo eccessivi. I componenti fondamentali del motore a curvatura sono i seguenti: A) Sistema di stoccaggio e trasferimento dei Reagenti. B) Nucleo. C) Gondole.

A) Sistema di stoccaggio e trasferimento dei Reagenti.

La generazione del campo di curvatura avviene, secondo la tecnologia attuale, esponendo una


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particolare lega metallica contenente elementi transuranici pesantissimi (detta cortenide di verterio)a plasma ad alta energia. Gli ioni contenuti nel plasma, interagendo con i nuclei atomici, provocanol'emissione di verteroni (gravitoni polarizzati), i quali si irradiano in senso parallelo all'asse dellabobina di curvatura, e l'emissione di warpers in senso opposto. Il plasma viene generato mediante una reazione di annichilazione tra materia ed antimateria.L'antimateria, difatti, è la sostanza in grado di fornire la resa energetica più elevata rispetto al suovolume: nelle reazioni di fusione nucleare che alimentano i motori a impulso soltanto lo 0.8% dellamassa si trasforma in energia. Nel processo di annichilazione, invece, la massa coinvolta nellareazione è pari, praticamente, al 100%. I reagenti utilizzati per la produzione del plasma, nonché di buona parte dell'energia necessariaper il funzionamento della nave, sono da un lato il deuterio e dall'altro un gas di ioni di anti –idrogeno. Il deuterio è un isotopo dell'idrogeno avente il nucleo formato da un protone e un neutrone. Talereagente viene conservato a bassa temperatura ed elevata pressione al fine di limitarne l'elevatavolatilità. Per lo stesso motivo viene immesso nel nucleo mediante condotti dotati di campimagnetici di confinamento (toroidi di restrizione), i quali sfruttano per il contenimento lapolarizzazione della molecola di deuterio in movimento (il nucleo, più pesante, resta indietro, percui la molecola presenta una carica positiva nella regione posteriore e una negativa in quellaanteriore). Nella miscela sono anche presenti, in percentuale minore, trizio, elio e argon. L'anti – idrogeno è formato in buona misura da antiprotoni e, in percentuale minore, da nuclei dianti – deuterio e anti – trizio24. Nella miscela sono presenti anche anti - ioni H3O-. L'antimateria viene prodotta negli impianti di realizzazione del propellente dei cantieri navalidella Flotta Stellare. La fabbricazione avviene con un processo di conversione controllatadell'energia in materia (con sistemi analoghi a quelli usati nel teletrasporto), mediante il quale nellarimaterializzazione vengono prodotte soltanto antiparticelle. Tale sistema di produzione, in uso dacirca 300 anni, ha sostituito quello precedente, estremamente costoso e inefficiente, che utilizzavagli acceleratori di particelle. Ai fini del confinamento, è essenziale che l'antimateria venga immagazzinata in forma di ioni enon di atomi neutri: i campi magnetici di confinamento non hanno difatti effetto su particelle neutre,con le conseguenze facilmente immaginabili. Di solito l'antimateria viene immagazzinata nella parte inferiore della nave, per facilitare leoperazioni di rifornimento; in caso di emergenza i contenitori possono essere espulsi. Essi sonodotati di generatori autonomi di emergenza in grado di mantenere il campo di confinamento perdiversi minuti, dando tempo alla nave di allontanarsi. L'immissione nella camera di reazione (detta nucleo del motore di curvatura, in breve nucleo dicurvatura) avviene, come nel caso del deuterio, mediante condotti isolati magneticamente (toroididi restrizione), dotati della stessa polarità (negativa) degli anti ioni. La quantità di antimateria immagazzinata a bordo di una nave stellare dipende, ovviamente,dalla classe. Nelle navi di classe Galaxy un "pieno" di antimateria corrisponde a circa 5 tonnellate,e assicura un'autonomia media di 3 anni (utilizzando la propulsione a curvatura per il 10% deltempo a viaggiando, in media, a curvatura 6). E' inoltre possibile, in caso di emergenza, la produzione a bordo di piccole quantità diantimateria, da utilizzare in caso di esaurimento delle scorte. A tal fine vengono utilizzati iCollettori Bussard, dispositivi collocati alle estremità delle gondole e generanti un intenso campomagnetico (che non interferisce con quello di curvatura, essendo di livello energeticoestremamente inferiore) per raccogliere le particelle cariche dallo spazio esterno. Si tratta di unprocesso inefficiente, perché l'energia necessaria per la conversione delle particelle in antimateriasupera quella ottenuta dall'antimateria prodotta (a tal fine vengono utilizzati gli accumulatori diriserva e i reattori a fusione dei motori a impulso). L'uso di tali dispositivi è difatti estremamenteraro, e limitato a condizioni di emergenza. Le particelle raccolte vengono teletrasportate neicontenitori di antimateria, rimaterializzandole con inversione della carica e dei numeri quantici.

B) Nucleo di curvatura.

Il nucleo di curvatura è la zona del motore ove avviene la reazione di annichilazione tra materiaed antimateria, e dove viene quindi prodotto il plasma necessario per l'attivazione delle bobine dicurvatura.


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La reazione di annichilazione viene controllata attraverso la regolazione della quantità direagenti immessa nel nucleo e delle percentuali di materia e di antimateria. Il controllo dellamiscelazione, estremamente complesso, viene definito Intermix. La gestione dell'Intermix (detta formula dell'Intermix) è fondamentale per ottenere l'effettopropulsivo. Per ottenere del plasma non è difatti possibile limitarsi ad immettere un'identicaquantità di materia ed antimateria, che produrrebbe soltanto radiazioni gamma. La quantità dimateria immessa deve essere maggiore dell'antimateria, al fine di ottenere del gas ionizzato. Lepercentuali variano da 25:1 a, eccezionalmente, 1:1, quando è necessario energizzare il plasma. I reagenti vengono immessi nel nucleo di curvatura tramite condotti dotati di campi magnetici dicontenimento (toroidi di restrizione). L'ingresso e la quantità dei reagenti immessi vengonocontrollati da una coppia di cristalli di dilitio. Il dilitio (composto avente formula grezza 2[5]6 dilitio – 2[:]1 – diallosilicato – 1[9]1 –eptoferranuro) è un cristallo rinvenibile in natura sulla superficie di pianeti esposti ad alti livelli diradiazioni (ad esempio, da esplosioni di supernova). Nel 24° secolo ne è tuttavia possibile laproduzione artificiale. Esso ha la peculiare caratteristica di potere essere attraversato da ioni di antiidrogeno senza dar luogo a processi di annichilazione, quando al cristallo viene applicataun'opportuna differenza di potenziale. La struttura del cristallo è difatti tale che gli anti ioni vengonoinstradati attraverso "corridoi" creati dai campi elettromagnetici degli elettroni del cristallo,attraversandone la struttura senza interagire con le particelle. La quantità di antiparticelle che èpossibile immettere attraverso il cristallo dipende dalla tensione applicata allo stesso; al cresceredella stessa, difatti, è possibile immettere una maggior quantità di antimateria, in ragione dellamaggiore "tenuta" dei corridoi elettromagnetici. Quando ai cristalli non è applicata alcuna tensione, non è possibile l'immissione di antiparticellesenza innescare il processo di annichilazione. In tale condizione i toroidi di restrizione sono sigillatialle estremità, e nessun reagente viene immesso nel nucleo. Una volta applicata la tensione utile, gli estremi inferiori dei toroidi vengono disattivati, e ireagenti possono essere immessi nel nucleo. I cristalli di dilitio funzionano, in sostanza, come"rubinetti" che consentono una regolazione "fine" del flusso dei reagenti (mentre con i campi dicontenimento sarebbe possibile soltanto una regolazione del tipo aperto – chiuso). Se i cristalli didilitio, per qualsiasi ragione, non sono operativi, i sistemi di sicurezza impediscono l'immissione deireagenti. Se difatti la quantità degli stessi non venisse debitamente controllata, la produzione dienergia sarebbe eccessiva ed incontrollata, mettendo in serio pericolo l'incolumità della nave. I cristalli potevano essere utilizzati, in passato, per circa 6 mesi prima che fosse necessaria laloro sostituzione, in ragione della destrutturazione dell'edificio cristallino conseguente all'uso.Attualmente è possibile la ricristallizzazione artificiale, che ne prolunga la durata a diversi anni. Il nucleo di curvatura ha forma di doppio cono tronco unito per le due basi maggiori. Le paretisono in duranio25 (lo stesso materiale usato per lo scafo delle astronavi), con spessore mediosolitamente non inferiore a 45 cm. All'interno del nucleo, potenti campi magnetici impediscono ilcontatto del plasma con le pareti. I flussi dei reagenti si incontrano nella regione centrale delnucleo. Le antiparticelle si annichilano con le particelle, producendo radiazioni gamma ad altaenergia (per ogni coppia protone – antiprotone vengono prodotti 3 fotoni gamma). Tali radiazioni,unitamente alle elevate condizioni di temperatura e pressione, ionizzano l'idrogeno immesso ineccedenza rispetto all'antimateria. Il gas, grazie all'elevata pressione, viene immesso nei duecondotti di trasferimento che dal nucleo conducono il plasma all'EPS (Electro Plasma System), ilsistema di distribuzione controllato che conduce il gas ionizzato alle gondole e, in percentualeminore, lo rende disponibile per le esigenze energetiche della nave. In situazioni di emergenza èpossibile deviare il plasma per alimentare i sistemi richiedenti una quantità di energia superiore ainormali ranges operativi (scudi deflettori, campo di integrità strutturale). Il nucleo di curvatura è l'unica zona della nave dove materia ed antimateria entrano in contatto,e il suo corretto funzionamento, soprattutto in punto di contenimento, è oggetto di monitoraggiocostante in tempo reale, sia da parte del sistema computerizzato che dal personale addetto dellasala macchine. L'indebolimento del campo di confinamento al di sotto della soglia di sicurezza èdefinito "rottura del nucleo" e, ove non tempestivamente riparato, pone in serio pericolol'incolumità della nave: la fuoriuscita di plasma e di radiazioni ad alta energia, oltre ad essereletale, provoca la distruzione dei sistemi locali di confinamento, con conseguente fuoriuscitaincontrollata dell'antimateria e distruzione della nave. Per evitare queste conseguenze, il nucleopuò essere espulso nello spazio con procedura automatica o manuale (se la gravità del danno è


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tale da non consentire l'intervento umano, il computer procede immediatamente alla sequenza diespulsione). Il tempo necessario per l'espulsione è di circa 8 secondi. Insieme al nucleo vengonoespulsi i tratti terminali dei toroidi di costrizione (che spesso risultano danneggiati dalla fuoriuscitadi plasma e radiazioni), mentre le estremità dei condotti di trasferimento dei reagenti e del plasmavengono sigillati magneticamente. Il nucleo ha un autonomo campo di confinamento di emergenza,che assicura il contenimento sinché possibile, in attesa della procedura di espulsione o, se questanon fosse possibile, dell'abbandono della nave. Normalmente il campo interno di emergenza riescea mantenere il confinamento per circa 5 minuti. Una nave priva del nucleo non è in grado di spostarsi a velocità di curvatura, ed ha autonomiaenergetica limitata ai reattori a fusione utilizzati per la propulsione ad impulso e agli accumulatori. In condizioni normali di funzionamento, il nucleo è perfettamente isolato e non emette radiazionipericolose. E' perciò possibile lavorare nelle sue vicinanze, e anche toccarlo: la temperaturaesterna è pari a quella ambientale, mentre quella interna varia tra i 2000 e i 180.000 gradi Kelvin.La pressione media all'interno del nucleo è di circa 700 bar.

C) Gondole.

Il campo di curvatura, ossia l'emissione di treni d'onda di warpers e di verteroni in direzioniopposte, è generato esponendo al plasma (preventivamente raffreddato) le bobine di curvatura,ospitate nelle gondole. Le gondole sono strutture gemelle, di forma oblunga e di massa pari, mediamente, al 20-25% diquella totale della nave. Sono poste ai lati dello scafo, collegate da piloni di sostegno. Il numero digondole è solitamente pari a 2, benché alcune classi di navi ne utilizzino 4 (soluzione poco diffusa,giacché a fronte di un notevole aumento della complessità della struttura della nave non siottengono apprezzabili vantaggi rispetto al modello classico). La distanza tra gli assi delle gondoleè solitamente non inferiore a 0.8 volte la larghezza dello scafo (leggermente maggiore per lenavette). L'uso di coppie di gondole è necessario per due motivi: 1) le bobine devono essere esterne allanave, per non sottoporre l'equipaggio agli effetti del campo warp, e l'uso di una sola bobinaprodurrebbe un campo asimmetrico rispetto allo scafo; 2) i campi prodotti dalle bobine sisovrappongono, creando un unico campo maggiormente stabile ed intenso. L'introduzione diopportune asimmetrie tra i campi consente inoltre alla nave di manovrare anche a velocità dicurvatura, nel caso si rendano necessarie correzioni di rotta o manovre di emergenza. Nelle gondole sono ospitate le bobine di curvatura, i sistemi di iniezione e recupero del plasma,le strutture accessorie. Alle estremità anteriori delle gondole sono collocati i Collettori Bussard, dicui si è parlato in precedenza. Le bobine di curvatura si dividono in primarie e secondarie: le prime sono quelle normalmenteutilizzate per la propulsione. Le seconde, autonome, vengono impiegate in caso di danni alleprime. Le bobine hanno forma toroidale e sono disposte lungo l'asse della gondola,perpendicolarmente allo stesso, in dimensioni e numero variabile a seconda della classe dellanave. Esse sono composte di cortenide di verterio. Il verterio è un elemento transuranico di peso atomico 1216,07 e caratteristiche metalloidi. Sitratta di un elemento artificiale di elevatissima instabilità. La stabilizzazione avviene conprocedimenti particolari, mediante i quali gli atomi di verterio vengono inseriti al centro di reticoli diuna lega composta da cobalto, rodio, titanio, tecnezio e, in piccola percentuale, da altri elementitransuranici (di peso atomico molto minore) stabilizzati. Il composto risultante viene detto cortenidedi verterio. Quando la bobina viene esposta all'azione del plasma ad alta energia, emette warpers everteroni in direzioni opposte. Gli ioni contenuti nel plasma causano un collasso della strutturareticolare della cortenide di verterio, che subisce un repentino aumento di densità; cessatal'esposizione al plasma, la lega riprende la struttura originaria a causa delle forze repulsive dellenubi elettroniche degli atomi. Nella fase di densificazione vengono emessi verteroni lungo l'assemaggiore della bobina, in quella di espansione warpers in senso opposto. Ogni fase dura circa 18millisecondi, per cui l'emissione di warpers e verteroni è quasi sincrona (il ritardo non haconseguenze apprezzabili sull'effetto propulsivo). Le caratteristiche fisiche della cortenide diverterio, e la disposizione degli iniettori rispetto alle bobine, fanno in modo che i gravitoni e gli


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warpers si irradino in una sola direzione, parallela all'asse della bobina. Ogni bobina è servita da quattro serie di iniettori di plasma, disposte a 90 gradi tra loro, in mododa potere variare la struttura del campo warp abilitando o disabilitando una (o più) serie, al fine difar manovrare la nave a velocità di curvatura. Gli iniettori vengono attivati in sequenza, con cicli efrequenze dipendenti dalle necessità di manovra e propulsione, in modo che i verteroni e gliwarpers entrino in concordanza di fase a determinate distanze dalla nave, come visto inprecedenza (sezione terza). Nella parte posteriore della gondola vi è una serie di bobine supplementari (e una serie diriserva), dette "rafforzatrici CUN", aventi lo scopo, già illustrato, di intensificare il campo diespansione mediante un'emissione supplementare di warpers. In tali bobine soltanto gli warpersvengono polarizzati, mentre i gravitoni vengono emessi in ogni direzione. Il plasma residuo, raffreddato, viene in parte reimmesso nell'EPS e in parte impiegato neireattori a fusione dei motori a impulso, utilizzando un circuito di condotti di recupero. Vi sono inoltredei serbatoi di stoccaggio temporaneo. In caso di emergenza, quando è necessaria l'immediata disattivazione del campo di curvatura, ilflusso del plasma diretto alle gondole viene interrotto e il plasma contenuto nelle gondole espulsonello spazio. Per emergenze più gravi (danni strutturali rilevanti) è possibile la separazione dellagondola dal pilone di sostegno; in tal caso é necessario che anche l'altra venga disattivata oseparata.

Tenente Comandante Sooran (al secolo Salvatore Carboni)Ufficiale Scientifico, con funzioni di Ingegnere Capo, della USS Capella NCC 54999

Lunga vita e prosperità

F O N T I

Bibliografia:La fisica di Star Trek, di Laurence Krauss, edizioni Longanesi.Dio non gioca a dadi, di Walter Cassani, edizioni Demetra.Dal Big Bang ai buchi neri, di Stephen Hawking, BUR Rizzoli.Scienza ed emergenze planetarie, di Antonino Zichichi, BUR Rizzoli.

Filmografia:Star Trek I – the motion picture.Star Trek VIII – Primo Contatto.La cruna dell'ago (VOY).Ancora una volta (VOY).Echi mentali (TNG).Il diritto di essere (TNG).Déjà-Q (TNG).L'Emissario (DS9).Nelle mani dei profeti (DS9).

Internet:HyperTrek, a cura Luigi Rosa.Tech Trek.Webtrek Italia.


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N O T E

La massa può essere definita in diversi modi; la nozione più comune definisce la m. come quantità dimateria contenuta in un corpo. La m. inerziale è, come visto, la resistenza che oppone un corpo allevariazioni del suo stato di quiete o di moto. La m. gravitazionale indica l'attrazione esercitata su o da altremasse. In proseguo sarà illustrato il concetto di massa relativistica, che può essere approssimativamentedefinita come la resistenza opposta da un corpo ad essere accelerato a velocità prossime a quelle dellaluce; a differenza della massa inerziale e di quella "sostanziale", che sono costanti, la massa relativisticavaria al variare della velocità. <---- indietro

1.

Per la precisione, il lavoro è dato dal prodotto della forza per lo spostamento per il coseno dell'angoloformato tra la direzione della forza e quella dello spostamento ottenuto: L = F x S x cos( ): il lavoro èmassimo quando tale angolo è pari a 0°; (cos 0°=1) e nullo quando l'angolo è di 90° (cos 90°= 0). <---- indietro

2.

Si tratta di un'affermazione avente carattere indicativo e pragmatico: il campo gravitazionale non è mainullo in alcun punto dell'universo, ma poiché decresce in ragione del quadrato della distanza dalla fonte,ad una certa distanza dalla medesima gli effetti divengono trascurabili. Per quanto riguarda l'attrito, ladensità media dello spazio "vuoto" à di circa un atomo di idrogeno per metro cubo, valore anch'esso deltutto trascurabile. <---- indietro

3.

Un anno luce è la distanza percorsa da un raggio di luce in un anno solare terrestre, ossia circa9.460.800.000.000 chilometri. <---- indietro

4.

Per basse velocità la massa inerziale della fisica classica coincide sostanzialmente con quellarelativistica: a 400 km/s la differenza tra le due masse è pari a circa un milionesimo. A velocità prossime aquella della luce la massa relativistica aumenta rapidamente, secondo questa relazione:

M0

M = ________________________

V2

(1 - ________ )1/2

c2

dove M è la massa relativistica, M0 è la massa inerziale, V è la velocità, c è la velocità della luce. Appareevidente che ad alte velocità, ossia quando V ha valori abbastanza vicini a c, la massa relativisticaaumenta in modo rilevante, e quando V = c, M assume un valore infinito. Appare inoltre evidente comeper ottenere accelerazioni sempre maggiori siano necessarie quantità di energia sempre crescenti: ènecessaria molta più energia per passare da 0,9999991 c a 0,9999992 c che non da 0,1 a 0,2 c! <---- indietro

5.

Se T è l'intervallo di tempo misurato da un osservatore in moto, e t è lo stesso intervallo di tempo(ossia, ad esempio, la durata di un certo evento) misurato da un osservatore in quiete rispetto al primo,detti intervalli non sono uguali (benché la differenza diventi significativa solo a velocità sufficientementealte), bensì legati dalla seguente relazione:

tT = ________________________

V2

(1 - ________ )1/2

c2

dove, a parte T e t, le variabili hanno lo stesso significato dell'equazione di cui alla nota n. 5. Ne derivache, al crescere della velocità, per l'osservatore in moto gli eventi avranno una durata sempre maggiore,rispetto alle misurazioni effettuate dall'osservatore in quiete. Inoltre, due eventi contemporanei per unodegli osservatori potrebbero non esserlo per l'altro. Va precisato che non si tratta di un effetto limitato aglistrumenti di misura utilizzati (ad esempio, orologi), bensì relativo all'effettivo scorrere del tempo per i variosservatori. Un famoso esempio per illustrare tale concetto è il cosiddetto paradosso dei gemelli: se un individuo compie un viaggio a velocità relativistiche, e il suo gemello resta a casa, al rientro il viaggiatoretroverà il gemello (e il resto dell'universo) invecchiato molto più rapidamente; se per lui il viaggio è duratoun anno, per il gemello potrebbero essere trascorsi invece diversi anni, o decenni, o secoli (a secondadelle velocità raggiunte). Ogni viaggio a velocità relativistiche è quindi anche un "viaggio nel tempo", e

6.


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precisamente nel futuro... di chi resta. <---- indietro

L'invarianza della velocità della luce non è un semplice postulato fisico-matematico, ma un dato difatto, convalidato da innumerevoli conferme sperimentali: la prima di esse, sulla Terra, risale al lontano1887: due fisici inglesi, Albert Michelson e Edward Morley, nel corso di un celebre esperimento condottoalla Case School of Applied Science di Cleveland (USA), appurarono che la velocità della luce nelladirezione del moto della Terra e quella ad angoli retti rispetto a tale moto erano esattamente le stesse.Numerosi esperimenti condotti nei secoli successivi hanno confermato l'esattezza di tale risultato. <---- indietro

7.

Come è noto, l'ammortizzatore inerziale è un dispositivo comunemente usato a bordo delle navispaziali, per proteggere l'equipaggio e il carico dagli effetti delle elevate accelerazioni. Il suofunzionamento è basato sul principio di (sostanziale) equivalenza tra massa inerziale e gravitazionale, econsiste nella generazione di campi gravitazionali polarizzati, compensanti esattamente le accelerazionicui è sottoposta la nave per effetto dei propulsori a impulso, e annullanti in tal modo gli effetti inerzialidelle masse libere poste a bordo della nave; ad esempio, se la nave viene accelerata in una certadirezione a 12 g (il g è l'unità di misura, sulla Terra, dell'accelerazione di gravità, ed è pari a 9,81 m/s), gliammortizzatori inerziali produrranno immediatamente un campo gravitazionale di pari intensità nelladirezione opposta, in ogni punto della nave. Gli occupanti della nave non sperimenteranno alcun effetto divariazione di velocità, in base al fondamentale principio della meccanica relativistica affermante che unsistema di riferimento in moto traslativo uniforme rispetto ad un sistema inerziale non può da questoessere distinto mediante nessun esperimento fisico. <---- indietro

8.

Si ricorda che la quantità di moto associata ad un corpo in movimento, che si trasforma in energia almomento dell'impatto, è pari al prodotto della massa per la velocità (q = mv). Ne consegue che unapiccola massa diviene assai pericolosa se impattata a velocità elevata. <---- indietro

9.

Il deflettore di navigazione è un complesso dispositivo avente la funzione di liberare lo spazioattraversato dalla nave da materiale e particelle in grado di arrecarle danno. Esso emette un flusso diwarpers (particelle portatrici di forza repulsiva: vedi oltre nel testo) nella direzione di avanzamento dellanave e per un volume pari a 2,5 volte la sagoma frontale della nave. Le masse inferiori ad un determinatovalore (dipendente dalla potenza del deflettore e dalla classe della nave) vengono deviate su traiettorieiperboliche, non intersecanti quella della nave; le masse non efficacemente deviabili vengono evitatemediante correzioni di rotta adottare automaticamente dal computer di navigazione. La particelleelettricamente cariche vengono deviate da campi magnetici aventi uguale polarità (la polarità vienemodificata in base alla distribuzione delle particelle nella regione di spazio attraversato). <---- indietro

10.

Una delle problematiche fondamentali che hanno agitato le filosofie delle varie specie è se lo spazioabbia o meno un'esistenza oggettiva, se sia cioè insito nella natura dell'esistente, ovvero sia unasemplice tecnica adottata dagli esseri senzienti per "ordinare" la loro percezione della realtà. La fisica hada tempo chiarito la natura oggettiva dello spazio, che esiste indipendentemente dalla percezione che neha un qualsivoglia essere senziente. <---- indietro

11.

Si ricorda che, in base alla legge di Gravitazione Universale, il campo gravitazionale (al pari di quelloelettromagnetico), ha intensità direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamenteproporzionale al quadrato della distanza:

m1 x m2

F = ______________ x Gr2

dove G è la costante di gravitazione universale. <---- indietro

12.

Per il principio di equivalenza tra massa inerziale e gravitazionale, intensi campi gravitazionaliproducono effetti analoghi alle velocità relativistiche: la contrazione delle lunghezze, che tendono a 0, e ladilatazione del tempo, che tende all'infinito (v. nota 6). <---- indietro

13.

Si tratta di un argomento di complessità inconciliabile con i limiti della presente trattazione. Si tenteràin questa nota di operarne una semplificazione comprensibile, per quanto limitata e approssimativa.

14.


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Tutti i fenomeni che avvengono in natura sono riconducibili all'azione di una serie di forze fondamentali(dette così perché non risultanti dall'azione di altre forze), alcune note sin dall'antichità, altre scoperte intempi più recenti. Tali forze agiscono mediante particelle-vettori di tipo bosonico, dotate di proprietàdiverse dalle particelle costituenti la materia (che sono di tipo fermionico), quali quark ed elettroni. Adesempio, esse possono occupare contemporaneamente lo stesso volume di spazio, in numero illimitato(a differenza delle particelle fermioniche, che devono sottostare al principio di esclusione). La forza gravitazionale porta le masse ad attrarsi tra loro, con intensità direttamente proporzionale alloro prodotto e inversamente proporzionale al quadrato della distanza. Le particelle vettori sono igravitoni. L'attrazione è il risultato dell'interazione dei gravitoni emessi dalle due masse. Ogni massaemette continuamente gravitoni, che essendo a loro volta privi di massa non riducono la massaemittente. Se però la massa è in orbita attorno ad un'altra (e buona parte della massa dell'universo è intale situazione), l'emissione di gravitoni comporta, su periodi molto lunghi, la riduzione del raggio medioorbitale (per conservare il momento angolare). La forza Elettrodebole riguarda le interazioni tra particelle nucleari. Essa opera in due ambiti distinti,che si sono rivelati coincidenti alle alte energie, ma che nei fenomeni fisici della vita quotidiana riguardanofenomeni diversi. La forza Elettrodebole è difatti "composta" dalla Forza Elettromagnetica e dallaInterazione Nucleare Debole. La prima opera tra particelle dotate di carica elettrica, e agisce in sensoattrattivo tra cariche diverse e repulsivo tra cariche uguali. La sua intensità, al pari della gravità, èdirettamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato delladistanza. Le particelle vettori sono i fotoni. La seconda è connessa alla tendenza di ogni sistema, equindi anche dell'atomo, a raggiungere la configurazione avente il livello energetico più basso possibile.Tale forza è difatti responsabile della radioattività, mediante la quale gli atomi più pesanti si"alleggeriscono" (emettendo radiazioni ) al fine di raggiungere una configurazione stabile. Leparticelle vettori sono i bosoni vettoriali (W+,W-,Z0). L'interazione nucleare forte è la forza che tiene insieme il nucleo atomico. Mentre difatti gli elettroni,che hanno carica negativa, sono attratti dal nucleo (che ha carica positiva) mediante la forzaelettromagnetica, il nucleo dell'atomo, essendo composto da protoni (con carica positiva) e neutroni (concarica neutra), tenderebbe naturalmente a disintegrarsi, a causa della repulsione elettromagnetica deiprotoni. L'interazione nucleare forte impedisce che ciò avvenga. Va precisato che protoni e neutroni sonoentrambi composti da quark: un protone è formato da due quark di tipo up e un quark di tipo down, unneutrone da due quark down e uno up. La forza in questione, che tiene insieme i quark formanti i nucleonie, di riflesso, i nucleoni stessi, opera mediante particelle dette gluoni, aventi la caratteristica di interagiresolo con i quark e con altri gluoni. All'interno dei nucleoni, la principale caratteristica dell'inter. Forte è lacosiddetta libertà di confinamento asintotico: a differenza delle forze sinora viste, la forza che tieneinsieme i quark aumenta di intensità all'aumentare della distanza, e decresce invece insieme a quest'ultima. Ciò fa del protone una delle strutture più solide (e longeve) della natura, anche se lascoperta del nadione (usato nei phaser) ha posto fine al mito della sua indistruttibilità. La libertà diconfinamento asintotico non opera invece tra nucleoni: è difatti noto sin dall'antichità come il nucleoatomico possa essere "rotto" in più pezzi. La forza Repulsiva è stata l'ultima ad essere scoperta: essa tende ad impedire le elevateconcentrazioni di massa, e cresce di intensità al crescere della concentrazione (nelle singolarità difatti, adifferenza di quanto ritenuto in passato, la densità - e quindi la gravità - non è infinita, bensì determinatadall'equilibrio tra forza gravitazionale, che tende a fare collassare la struttura, e forza repulsiva, che poneun limite alla densità della materia). La forza repulsiva opera, come detto, in funzione dellaconcentrazione di massa: masse maggiori verranno respinte con intensità maggiore, elementi con pesoatomico maggiore verranno respinti in misura maggiore rispetto ad elementi più leggeri. Tale forza operasu ordini di grandezza inferiori rispetto alla forza gravitazionale, e i suoi effetti divengono significativi soloin presenza di masse o campi gravitazionali elevati. Detta forza, come si vedrà in seguito nel testo, giocaun ruolo fondamentale nella propulsione a curvatura. Le particelle vettori sono, non a caso, chiamatewarpers. Tutte le forze esaminate hanno natura discreta, ossia agiscono e si propagano (soltanto) secondomultipli interi di un valore minimo; hanno, in altre parole, carattere quantistico. La teoria del Campo Unificato è difatti fondata da un lato sull'estensione allo spazio-tempo del carattere quantistico delle forzefondamentali (in parole povere, lo spazio e il tempo hanno anch'essi natura quantistica, ossia risultanodivisibili non all'infinito, come a lungo ritenuto in passato, ma sino ad un valore limite) e dall'altrodall'abbandono del concetto di particella puntiforme, cui viene sostituita una descrizione della materia edella radiazione in termini ondulatori. Massa ed energia sono quindi "perturbazioni" dello spazio-tempodiscreto. Tale teoria, che solitamente viene sviluppata in epoca prossima alla realizzazione dellapropulsione a curvatura, consente di spiegare i fenomeni naturali in chiave deterministica, anche a livellosubnucleare, abbandonando le approssimazioni probabilistiche della meccanica quantistica (chevenivano invocate, ad esempio, a sostegno dell'impossibilità del teletrasporto!); consente inoltre unapiena comprensione del funzionamento delle forze fondamentali, mediante equazioni che ne descrivonol'azione sia alle alte energie che nei fenomeni quotidiani, e che, come detto, hanno come comunedenominatore l'interpretazione ondulatoria e quantistica di ogni fenomeno naturale. <---- indietro


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Due onde sono dette in concordanza di fase quando, ad un dato istante t, sono entrambe nella stessafase, crescente o decrescente. In tal caso l'energia delle onde si somma, ossia è come se vi fosse unaterza onda avente come energia trasportata complessiva la somma delle altre due. <---- indietro

15.

I gravitoni artificiali polarizzati sono detti VERTERONI. <---- indietro

16.

L'espressione "cavitazione" è di origine molto antica, e risale all'epoca in cui gli spostamenti sui mariavvenivano mediante natanti mossi da eliche azionate da motori a combustione. L'elica, nel suo motorotatorio, proietta davanti a sé la colonna d'acqua "raccolta" dalla sua particolare superficie in rotazione.Esiste una velocità limite, tuttavia, superata la quale il flusso d'acqua spinto dall'elica è superiore a quello"raccolto", e l'elica finisce per "pescare" in vuoti d'acqua. Ciò comporta, come è intuibile, una diminuzionedell'efficacia dell'effetto propulsivo, che diventa discontinuo. Si crea, insomma ,una sorta di "cavità" nelflusso d'acqua mosso dall'elica: da qui l'espressione "cavitazione". <---- indietro

17.

Un esempio di cavitazione è mostrato in Star Trek – The motion picture, ed è dovuto ad uno "squilibrionella propulsione a curvatura", ossia ad un difetto di bilanciamento tra CUP e CUN di oltre il 10%. <---- indietro

18.

I dettagli sul funzionamento del motore a curvatura verranno illustrati in proseguo. <---- indietro

19.

La gravità agisce, come è noto, in ragione inversamente proporzionale al quadrato della distanza: neconsegue che due o più masse si attireranno con più forza nelle regioni tra loro più vicine e con menoforza nelle regioni più lontane. A ciò si dà il nome di "forze di marea" perché è il meccanismo con cui siformano le maree, in ragione dell'attrazione gravitazionale differenziata che una stella esercita sullemasse d'acqua dei pianeti del suo sistema e che, unitamente all'attrazione di eventuali satelliti, causaperiodiche variazioni del livello delle acque. <---- indietro

20.

Nel 1° film, difatti, Kirk appare preoccupato del dover usare la propulsione a curvatura per raggiungereprima possibile V'Ger mentre l'Enterprise si trova ancora all'interno del Sistema Solare. <---- indietro

21.

Un Angstrom è pari a 10-8 cm. La luce visibile dagli esseri umani ha lunghezza d'onda compresa tra3900 (violetto) e 7000 (rosso) Angstrom. <---- indietro

22.

I campi gravitazionali, come è noto, provocano una deviazione dei raggi di luce che li attraversano.Una stella verrà di conseguenza percepita in una posizione (detta apparente) diversa da quella effettiva. <---- indietro

23.

Il deuterio e il trizio sono isotopi dell'idrogeno: il nucleo del deuterio è composto da un protone e unneutrone, quello del trizio da un protone e due neutroni. <---- indietro

24.

Il duranio è una lega composta da ferro, carbonio, titanio, manganese, piombo ed antimonio,sottoposta ad un processo di densificazione atomica che ne accresce la solidità e l'impermeabilità allamaggior parte delle radiazioni. Il duranio è in grado di sopportare elevatissimi stress strutturali senzadeformazioni apprezzabili. Può sostenere una temperatura di 4000 °C per diversi minuti, senza fondere.Ha modesta conducibilità termica ed elettrica. La sua struttura resta sostanzialmente immutata anche atemperature prossime allo zero assoluto (-273,16 gradi Celsius). <---- indietro

25.

Ideato e scritto da Salvatore Carboni "Sooran" 4084-A


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