La Teoria del Balzo Iperspaziale (Warp)

Il termine warp è comunemente utilizzato nelle serie e nei film di fantascienza per indicare il procedimento che permette a un’astronave di piegare il tessuto spazio-temporale e di ridurre considerevolmente il tempo necessario per passare da un punto all'altro del cosmo e di attraversare migliaia di anni luce nel breve battito di ciglio. I membri dell’equipaggio di un’astronave che viaggia a velocità Warp avrebbero la sensazione di essere completamente fermi mentre in realtà stanno percorrendo delle distanze inimmaginabili in brevissimi istanti.

Nel doppiaggio italiano della serie di Yamato-Star Blazers la curvatura è definita: Balzo Iperspaziale, (warp nel doppiaggio originale giapponese e nell’edizione italiana dei film di Yamato Video)

Ma cos’è esattamente un balzo iperspaziale? Quali sono le “teorie” che nella fantascienza consentono alle astronavi di superare queste grandi dimensioni? 

Cominciamo con il più famoso limite di velocità dell'universo, quello della luce che è di circa 300.000 Km al secondo nel vuoto (indicato comunemente con la lettera c). Se avete una vaga idea delle dimensioni dell'universo (diametro: circa 30 miliardi di anni luce), della nostra galassia (diametro: circa 100.000 anni luce), o della distanza dalla stella più vicina (che nel caso del Sole è Proxima Centauri, lontana circa 4,3 anni luce), appare evidente come tale velocità sia troppo modesta perché percorra simili distanze in tempi accettabili. 

Prima di addentrarci maggiormente nel discorso balzi iperspaziali, warp etc, è bene chiarire esattamente che cosa intendiamo quando parliamo di anni luce (anche se chi è fan di Yamato, Star Trek etc non ha bisogno di acquisire queste nozioni)



Warp test in Yamato Per Sempre

Un anno luce è la distanza percorsa da un raggio di luce in un anno solare terrestre, ossia circa 9.460.800.000.000 chilometri, quindi, per superare tale velocità, muoversi e percorrere distanze enormi è necessario superare questo “limite” e per farlo è indispensabile servirsi della propulsione a curvatura, essa comporta e consente di aprire alla specie che la sviluppa (umana) le porte della comunità interstellare.

La propulsione a curvatura può essere definita in questo semplice modo: mentre nella propulsione a impulso si sposta la nave nello spazio, cioè quando la Yamato viaggia normalmente nell' universo “aperto”; in curvatura è lo spazio che si "muove" attorno alla nave! Per la precisione, si comprime lo spazio nella direzione di avanzamento della nave e lo si espande nella direzione opposta.

Com’è possibile "comprimere" o "espandere" lo spazio? 
La meccanica relativistica descrive lo spazio-tempo come entità quadridimensionale curva.
Il fatto che lo spazio sia curvo e "plasmabile" ha delle importanti conseguenze per il balzo iperspaziale, perché in tale tipo di spazio le distanze non sono "assolute" e la via più breve tra due punti non è necessariamente una retta (come spiegato da Sanada Shiro nell’episodio 4) Per visualizzare intuitivamente la struttura dello spazio possiamo ricorrere ad un semplice esempio: immaginarlo come un foglio di gomma molto elastico.
Su tale foglio poggiano le varie masse dell'universo, particelle, pianeti, stelle ecc. Tali masse "deformano" il foglio di gomma in misura dipendente dalla loro entità (masse maggiori produrranno una "curvatura" maggiore). Abbiamo perciò scoperto che è la gravità di queste masse a modellare lo spazio, il quale risulta più curvo nelle regioni prossime a masse elevate.
La gravità è perciò lo "scalpello" che modella lo spazio. A questo punto è chiaro perché si parla di curvatura: essa è precisamente ciò che indica tale termine, una "deformazione" (warp) dello spazio indotta da un campo gravitazionale. Ma cosa succede, esattamente, curvando lo spazio?

Qualunque massa è in grado di curvare lo spazio: quando una massa o un'onda entrano in una regione dello spazio caratterizzata da una particolare curvatura, devono necessariamente percorrerne anche la struttura, ma poiché lo spazio non ha una struttura fissa e immodificabile, è possibile "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 di partenza e quello di arrivo (senza spostare questi ultimi, per i motivi che si vedranno). In questo modo non sono più necessarie velocità elevate, e comunque irraggiungibili: è come se prendessimo una scorciatoia nello spazio stesso, una sorta di galleria che ci consente di evitare la scalata della montagna.

Il primo balzo iperspaziale della Yamato

Come curvare lo spazio? Sfruttando la gravità, mediante la polarizzazione gravitazionale! È possibile porre onde gravitazionali in concordanza di fase e ottenere delle emissioni coerenti, in modo da creare treni d'onda a propagazione lineare, proprio come facciamo con le onde radio.

Con procedimenti particolari è possibile fare in modo che l'emissione di gravitoni avvenga unicamente lungo una direzione prefissata e con frequenze predeterminate. I gravitoni artificiali sono detti verteroni. Le onde gravitazionali così emesse sono poste in concordanza di fase, in modo che l'energia della successiva si sommi a quella della precedente e si concentri in un ristretto volume di spazio. È 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".

A questo punto è evidente che, facendo in modo che il campo gravitazionale (d’intensità analoga a quello esistente nelle singolarità) si formi nella direzione di avanzamento della nostra nave, esso provvederà innanzitutto a comprimere la regione di spazio che ci accingiamo ad attraversare e in secondo luogo si sposterà con la nave stessa, comprimendo regioni di spazio poste in successione senza soluzione di continuità. Comprimendo lo spazio nella direzione anteriore riduciamo la distanza dal punto di arrivo, ossia ci "avviciniamo" (benché, lo si ripete, la posizione del punto di arrivo non muta, poiché operiamo solo sullo spazio intermedio); espandendo lo spazio nella direzione opposta, invece, ci "allontaniamo" dal punto di partenza, sfuggendo al baratro gravitazionale creato davanti a noi (senza necessità di alcuna accelerazione). 



Un effetto un po anomalo del primo balzo della Yamato.

La regione compresa tra il fronte di compressione e quello di espansione è detta, e mantiene le condizioni di un qualunque sistema di riferimento in moto alla stessa velocità. In altre parole, le masse ivi presenti non subiscono né gli effetti relativistici sopra descritti (aumento di massa, dilatazione del tempo ecc.), né effetti inerziali, poiché la velocità posseduta in precedenza all'ingresso in curvatura non muta.
Così come la compressione locale dello spazio è realizzata mediante emissioni di treni di onde gravitazionali coerenti, l'espansione nella regione opposta è ottenuta tramite emissioni coerenti di warpers, particelle bosoniche vettori della forza repulsiva che agiscono come una sorta di gravità negativa.

Nel campo di curvatura gli warpers si formano come "sottoprodotto" della creazione 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 una distanza 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 a raggiungere il valore massimo, detto CUP (Curvatura Utile Positiva) nella regione in cui i treni d'onda entrano in concordanza di fase. Dall'altra parte, viceversa, il campo di espansione raggiunge il valore massimo nella regione in cui gli omologhi treni di warpers coerenti entrano a loro volta in concordanza di fase; il campo di espansione raggiunge in tale punto il valore massimo, detto CUN (Curvatura Utile Negativa).

Quando però il margine di tolleranza non è rispettato, e supera il valore soglia oltre il quale la contrazione dello spazio non è più bilanciata dall'espansione, avviene una sorta d’incavatura nel tessuto spaziale, o come detto nella terminologia di Star Trek, “l’effetto cavitazione". Per comprendere appieno l'effetto incavatura, occorre precisare che all'interno del campo di curvatura, la costante gravitazionale assume un valore inferiore al normale.

La massa inerziale della nave, di conseguenza, è molto inferiore a quella posseduta in condizioni normali. (un effetto di perdita di massa durante un balzo iperspaziale è osservabile in un episodio della serie 2 di Yamato) La nave, tuttavia, conserva per inerzia la velocità posseduta al momento dell'ingresso in curvatura.

 

Strani effetti visivi causati dal Primo Balzo Iperspaziale...

Poiché tale velocità è di solito pari a una frazione significativa di quella della luce (in ragione dell'uso della propulsione ad impulso nelle fasi di allontanamento e avvicinamento ai pianeti), quando la nave entra in cavitazione (evento mai verificatosi nella serie animata) la spinta inizialmente posseduta fa accelerare la nave a velocità prossime a quella della luce, come se fosse diventata improvvisamente "più leggera". La nave si trova pertanto esposta a subire i noti effetti relativistici delle alte velocità (dilatazione del tempo, contrazione delle lunghezze, un effetto questo mostrato nel primo balzo iperspaziale eseguito dall’astronave…esagerato per altro..come i sedili che si spostano sul ponte, uniformi femminili che scompaiono, foto a lato..etc).

La propulsione a curvatura deve inoltre essere attivata in regioni di spazio quanto più vuote possibile e ciò per una serie di ragioni. Innanzitutto, la compressione dello spazio implicherebbe consumi energetici immensamente elevati qualora la regione ove si forma il CUP non fosse (ragionevolmente) vuota: la compressione della materia (che, lo si ricorda, è già "spazio-tempo compresso") è infatti molto più difficile di quella dello spazio vuoto anche a causa della Forza Repulsiva, fattore che causerebbe un surriscaldamento del motore a onde moventi oltre i limiti di sicurezza consentiti. Va poi considerato che il CUP è pur sempre un campo gravitazionale di intensità elevatissima; di conseguenza, ove lo spazio non fosse vuoto, le masse circostanti, specie se modeste, verrebbero attirate con enorme forza e scagliate contro la nave stessa con conseguenze facilmente immaginabili. Non solo: le tensioni gravitazionali farebbero a pezzi tali masse per "effetto marea".

Impossibile per la Yamato, come invece è per l’Enterprise, liberarsi dei corpi estranei qual’ora questi penetrassero all’interno della cavitazione, mentre la nave di Kirk ha piena (o quasi) efficienza, quindi  può liberarsi di qualunque ostacolo posto davanti ad essa (piccoli asteroidi, rottami spaziali o altro..) quella di Wildstar, la Yamato, è completamente vulnerabile agli agenti esterni poichè la sua intera potenza è concentrata nel balzo iperspaziale, (le armi sono disattivate e l’equipaggio è totalmente immobile e incapace di interagire durante il balzo) quindi, un solo errore di calcolo prima di entrare il warp e la nostra nave andrebbe a pezzi senza alcuna via di scampo.

Come avviene attivata la procedura del balzo iperspaziale sulla Yamato?

Sul primo ponte di comando o direttamente dalla sala macchine, Orion, poi Huston (Tokugawa poi Yamazaki) da indicazioni per accumulare l’energia necessaria. Dopo aver eseguito prima tutti i calcoli, da Sandor o Nova, è Venture a verificare le condizioni attuali dello spazio tridimensionale e il momento più opportuno per eseguire il balzo (salvo in Battaglia Finale dove alla fine del film è lo stesso Wildstar al timone a eseguire il warp)

Procedura warp in Yamato Per Sempre.
L'astronave viene avvolta da un campo di energia che le consente di aprire il passaggo diretto all'altra dimensione.

A questo punto l’equipaggio si prepara al balzo, la potenza di uscita del motore è innalzata in vista dell’istante di avvio del balzo. Questo è il vero e proprio inizio del warp quando lo scafo dell’astronave irrompe nella dimensione a velocità elevata. Al termine del percorso (anche se come abbiamo visto prima la posizione del punto di arrivo non muta poiché si opera solo sullo spazio intermedio) la nave fuoriesce dalla dimensione alternativa rientrando nella terza dimensione.

Il primo balzo iperspaziale effettuato dalla Yamato è stato solamente un test di prova, esso infatti ha coperto la distanza che intercorre tra la l’orbita lunare e quella marziana, quindi si è trattato di uno spazio piuttosto ridotto, i successivi balzi verso Iscandar (2 al giorno) coprono una distanza di 1000 anni luce circa per volta (nell’edizione italiana dell’episodio 18 della Serie 2, Venture parla addirittura di un balzo di 2000 anni luce..) All’inizio della serie 1 era necessario del tempo tra un balzo e l’altro, ma in Yamato Per Sempre grazie ai considerevoli  miglioramenti apportati al motore (ma non alla struttura dell’astronave che rimane comunque la stessa della serie 1..), questo muro è stato abbattuto consentendo alla corazzata di eseguire più balzi contemporaneamente (3 alla fine della pellicola) possibilità che le ha consentito di percorrere una distanza di 400.000 anni luce in pochi giorni.






L'Altra faccia del Balzo Iperspaziale.

Ora veniamo al rovescio della medaglia. L'errore in cui spesso s’incorre è quello di limitarsi alle possibilità future senza considerare le impossibilità tecniche potenzialmente insormontabili.
Nel caso del warp ad esempio, un recente studio dell'Università di Sidney ha considerato un problema che noi "profani" spesso sottovalutiamo: le particelle elementari possono essere letali se raggiungono la giusta velocità.

Come abbiamo detto prima, una nave stellare come la Yamato dotata di "warp drive" e diretta verso Iscandar inizia le sue procedure di balzo, parte istantaneamente a velocità massima verso la sua destinazione senza sperimentare effetti spiacevoli dovuto all'accelerazione o all'inerzia, passando attraverso nubi di gas interstellare, polveri cosmiche e planetarie, o oggetti più densi di un agglomerato di molecole.
Ora d’accordo che la nave è una corazzata, ma poiché come abbiamo visto durante il balzo, essa perde anche di massa, (diventando quindi anche più debole), è ovvio che tutti questi fattori esterni influenzeranno sia la struttura stessa della nave quanto quella fisica dell’equipaggio che è esposto in tal modo a qualunque tipo di minaccia esterna.



Procedura warp in Yamato Battaglia Finale.
In questo film si ha l'impressione che sia lo scafo dell'astronave a deformarsi fino a penetrare nel campo gravitazionale.


Secondo Brendan McMonigal, Geraint Lewis e Philip O’Byrne, durante il viaggio dell'astronave ogni particella microscopica davanti alla bolla warp sarebbe catturata dalla bolla stessa, concentrandosi nella parte posteriore del guscio spazio-temporale.

Quando una bolla decelera da velocità superluminali, le particelle accumulatesi nella parte posteriore sarebbero rilasciate in fasci particolarmente potenti, con effetti devastanti per chiunque si dovesse trovare davanti all'astronave.

"Ogni persona che si dovesse trovare a destinazione" spiegano i ricercatori, "subirebbe un'esposizione letale a raggi gamma e particelle ad alta energia. La cosa interessante è che i fasci di particelle ad alta energia rilasciati a destinazione non hanno un limite massimo. Si può continuare a viaggiare per distanze sempre più lunghe per aumentare l'energia rilasciata a destinazione, uno degli strani effetti della Relatività Generale. Sfortunatamente, anche per viaggi di brevi l'energia rilasciata è così potente da distruggere ogni cosa di fronte all'astronave".

La situazione si complica se consideriamo che i ricercatori hanno analizzato solo le emissioni di particelle dalla parte frontale e dal retro dell'ipotetica bolla warp. Le emissioni letali potrebbero espandersi anche lateralmente, trasformando la nave spaziale in una sorta di bomba a raggi gamma.

Stefano Liberati, astrofisico trentanovenne specialista di buchi neri alla Sissa di Trieste, ha demolito, almeno per il momento la propulsione a curvatura.

Secondo Liberati, il motore a curvatura o warp drive è una bolla nello spazio-tempo capace di contrarre lo spazio davanti ad essa e dilatarlo dietro di sé (come abbiamo visto sino adesso) e dove al suo interno sarebbe sistemata l'astronave. Per costruire la bolla bisogna far ricorso a materia esotica con energia negativa, simile ma più esotica dell'energia oscura di cui appare composta buona parte del nostro universo». Qui nasce la prima difficoltà perché secondo i conti, per raggiungere l' effetto voluto sarebbe necessario accumularne una quantità pari alla massa del Sole. Impresa non da poco.
Ma andiamo comunque oltre. «Per farle poi superare la velocità della luce si è immaginato che in un primo viaggio, più lento necessariamente, ad esempio tra la Terra e Proxima Centauri a 4,2 anni luce, si possa collocare lungo la strada una serie di dispositivi in grado di generare a tempo debito tale materia oscura in modo tale da muovere la bolla con l'astronave oltre il limite oggi invalicabile».

Procedura warp in Yamato La Rinascita.
L'astronave punta dritta
attraverso la distorsione gravitazionale prima di penetrare dentro di essa.

E qui emerge la seconda difficoltà. Per un osservatore dentro la bolla in moto oltre la velocità della luce nessun segnale può entrare dalla parete posteriore o può uscire da quella anteriore le quali sono analoghe al bordo di un buco nero o del suo inverso, un buco bianco. Lo studio ha dimostrato che la parete posteriore emetterà proprio come un buco nero la famosa «radiazione di Hawking».
Il guaio è che non potendo uscire dalla parete frontale la radiazione finirebbe per accumularsi all' interno della bolla creando una tale concentrazione di energia da rendere instabile il warp drive portandolo verso l' esplosione. Fine ingloriosa del viaggio e ripercussioni immediate. La ricerca di Liberati è stata ripresa dalla rivista del Massachusetts Institute of Technology (Technology Review) diffondendolo ad un pubblico più vasto e portandolo a contatto dei fan di Star Trek.
Ma Liberati, forse per tacitare gli animi dei fan agguerriti, propone un' alternativa comunque non trascurabile. «Se con la bolla ci limitiamo a viaggiare leggermente al di sotto della velocità della luce, anche al 99,9 per cento, non si incontra alcuna instabilità, il warp drive funziona egregiamente ed è possibile immaginare il raggiungimento di stelle vicine».
Un'altra notizia davvero curiosa arriva proprio a Settmbre 2012, secondo un ricercatore in forza alla NASA è possibile creare una nave con motore a curvatura. Manca la conferma sperimentale, ma in teoria è davvero possibile piagare lo spazio e viaggiare a una velocità warp.
Gli scienziati della NASA hanno cominciato i lavori per la realizzazione del motore a curvatura.

“Forse realizzare ciò che abbiamo visto in Star Trek nell’arco di pochi decenni non è una possibilità così remota” ha detto il Dott. Hardld White, che dirige il gruppo di ricerca per la propulsione avanzata (Advanced Propulsion Team).

Il balzo Iperspaziale in : Yamato 2199

Il punto di partenza: alcune equazioni lascerebbero pensare che esistono delle “bolle di curvatura”, e per dimostrarlo il gruppo di ricerca ha creato uno strumento chiamato White-Juday Warp Field Interferomete. Il suo scopo è generare e individuare bolle microscopiche per studiarle, e fondare così un campo di studi completamente nuovo.

Un giorno queste bolle potrebbero costituire il cuore di un motore capace di piegare lo spazio e spostare una nave spaziale nello spazio, senza effettivo movimento.

Il Dott. White è convinto che sia possibile, e crede che, se gli esperimenti confermano la teoria, si potrebbe raggiungere Alpha Centauri in un paio di settimane terrestri – senza effetti collaterali.

Per alimentare l’incredibile macchinario sarebbe sufficiente un piccolo quantitativo di materia esotica, capace di muovere una bolla di 32 metri a una velocità equivalente a 10c (dieci volte al velocità della luce). Anche questa sarebbe una svolta, perché fino a oggi si riteneva che il viaggio a curvatura fosse impraticabile, in quanto avrebbe richiesto una sfera di materia esotica grande quanto Giove.

Insomma a sentire questo ricercatore sembra quasi che nell’arco di pochi decenni potremmo vedere nascere una nuova epoca dell’esplorazione spaziale.

Per realizzarlo ci serve un mezzo di trasporto come quello immaginato dal Dott. White, per andare lì dove nessun uomo è mai giunto prima.

Per il momento possiamo accontentarci, se riusciamo, a superare il primo ostacolo della massa di materia esotica grande come il Sole. «Ma questo è solo un problema tecnico, da ingegneri e quindi in teoria risolvibile». Si tratta forse di un piccolo passo indietro per placare gli animi? Forse.. quindi questo non vuol dire che non sarà mai possibile per gli esseri umani arrivare un giorno a eseguire un balzo iperspaziale e giungere sino alla Grande Nube di Magellano dove si troverebbe Iscandar, quindi etichettare la propulsione a curvatura spazio-temporale come impossibile è ancora troppo presto; se siete dotati di una discreta dose di pazienza, tra qualche decade torneremo sicuramente a parlarne in modo molto più concreto.

fonti: http://www.hypertrek/ e http://www.astronavepegasus.it/ e http://www.segnidalcielo.it/ e Corriere della Sera del 2 Gennaio 2010