Wormhole

A wormhole è un ipotetico tunnel attraverso lo spaziotempo che collega due regioni distanti, offrendo una scorciatoia che potrebbe, in linea di principio, essere molto più breve del percorso ordinario attraverso lo spazio. L'idea deriva direttamente dalla di Einstein relatività generale, che tratta lo spazio e il tempo come una geometria flessibile che la materia e l'energia possono piegare, allungare e possibilmente connettere in modi insoliti.

Dal ponte Einstein–Rosen ai tunnel nello spaziotempo

Nel 1935 Einstein e Nathan Rosen scoprirono che la matematica che descrive un buco nero può essere estesa in un "ponte" che collega due strati di spaziotempo: la prima soluzione del wormhole, ora chiamata Ponte Einstein–Rosen. Il problema è che questo ponte non è attraversabile: si stacca così rapidamente che nemmeno la luce può attraversarlo prima che si chiuda, e qualsiasi cosa tentasse di passare verrebbe schiacciata nella singolarità. È un collegamento matematico, non un passaggio utilizzabile.

Cunicoli attraversabili e il problema della materia esotica

Nel 1988 Kip Thorne e Michael Morris si chiesero cosa sarebbe servito per costruire un wormhole che un viaggiatore potesse effettivamente attraversare. La loro risposta ha rivelato l’ostacolo centrale. Per mantenere aperta la gola di un wormhole contro la naturale tendenza della gravità a comprimerlo, è necessaria una regione attraversata da densità di energia negativa — la cosiddetta materia esotica che respinge gravitazionalmente anziché attrarre. La materia ordinaria, l'energia e la luce hanno tutte una densità di energia positiva, quindi un wormhole attraversabile richiede qualcosa che nessun laboratorio è mai stato imbottigliato in grandi quantità.

La fisica quantistica consente l’energia negativa fugace in piccole quantità. Il vuoto quantistico può scendere sotto la densità energetica zero nel Effetto Casimiro, dove due piastre metalliche vicine escludono alcune fluttuazioni del vuoto e creano tra loro una piccola regione di energia negativa. Questo è il motivo per cui le discussioni su wormhole realistici spesso invocano l’effetto Casimir, ma le quantità coinvolte sono minuscole rispetto a ciò che richiederebbe per tenere aperta una gola macroscopica.

Perché i wormhole potrebbero essere vietati

Anche sulla carta, i wormhole incontrano problemi profondi. Poiché potrebbero connettere punti distanti quasi istantaneamente, un wormhole attraversabile potrebbe in linea di principio essere trasformato in una macchina del tempo, sollevando paradossi di causalità. di Stephen Hawking congettura di protezione della cronologia propone che le leggi della fisica cospirino per prevenire proprio questo, forse attraverso effetti quantistici fuori controllo che distruggono qualsiasi wormhole prima che possa essere utilizzato per viaggiare nel passato. Se la natura permetta veramente i wormhole attraversabili o li proibisca, è irrisolto.

Un malinteso comune

I wormhole non sono buchi in cui cadi in come un buco nero. Un vero wormhole attraversabile sarebbe una struttura a due bocche che attraversi attraverso, emergendo altrove, più simile a un tunnel che a uno scarico. E nonostante la loro popolarità nella fantascienza, nessun wormhole è mai stato osservato; rimangono soluzioni alle equazioni della relatività generale la cui esistenza fisica è del tutto speculativa.

Perché la condizione energetica è il punto critico

L'ostacolo ad un vero wormhole può essere indicato con precisione. Nella relatività generale, la materia ordinaria obbedisce alle “condizioni energetiche”: più o meno, la densità di energia misurata da qualsiasi osservatore non è negativa. Per tenere aperta la gola di un wormhole è necessario violando queste condizioni: la gola deve essere intrisa di materia la cui densità energetica appare negativa a un raggio di luce che passa, defocandolo in modo che il tunnel non si chiuda. Gli effetti quantistici possono produrre piccole e brevi densità di energia negativa (l’effetto Casimir è un caso da manuale), ma sono strettamente vincolati da “disuguaglianze quantistiche” che limitano la quantità di energia negativa che può essere concentrata e per quanto tempo. Le stime per un wormhole di dimensioni umane richiedono un’energia negativa totale paragonabile in grandezza all’energia di massa di un pianeta o di una stella, concentrata in un guscio sottile, ben oltre qualsiasi cosa consentita dagli effetti quantistici. Questo abisso, non un difetto nella geometria, è il motivo per cui i wormhole attraversabili rimangono speculativi.