Sembra un paradosso. E invece è proprio così: non occorre un motore a curvatura o qualche altro fantomatico marchingegno asimoviano per esplorare in tempi ragionevoli la nostra galassia e forse addirittura l’intero universo. Basta solo avvicinarsi quanto più possibile alla velocità della luce. Un’affermazione un po’ troppo strana e contraddittoria? Eppure deriva da una delle verità scientifiche tra le più accettate: la teoria della relatività.
Uno degli assiomi della famosa teoria einsteniana è rappresentato dalla costanza e invalicabilità della velocità della luce nel vuoto. Nessun oggetto materiale, così come osservato da un sistema di riferimento inerziale (non accelerato), è in grado persino di uguagliare questa velocità.
E allora? Detta così, sembra proprio che l’esplorazione “veloce” dell’universo ci sia preclusa per sempre. Considerate, per esempio, che per attraversare un quarto della nostra galassia la luce impiega ben 25 mila anni!
Per fortuna non tutti i mali vengono per nuocere, e nei paragrafi successivi vedremo come quello che viene di solito considerato un limite invalicabile di velocità, in realtà sia tale solo da un particolare punto di vista, e come l’altra faccia della medaglia presenti un quadro sorprendente.
Quando un’ipotetica astronave si avvicina alla velocità della luce (299792,458 km/s, valore che spesso viene indicato con la lettera c), la stessa teoria della relatività prevede il verificarsi di alcuni fenomeni peculiari. Il tempo proprio dell’astronave tende a rallentare, la sua lunghezza si riduce nella direzione del moto e la sua massa tende ad aumentare.
Questo dal punto di vista di un osservatore esterno posto, per esempio, sulla Terra. Ciò significa che se un osservatore da Terra riuscisse a sbirciare gli orologi all’interno dell’astronave, li vedrebbe rallentare sempre di più man mano che la velocità tende a c. Questo rallentamento temporale, si badi bene, è tutt’altro che illusorio: non solo gli orologi rallentano il loro ritmo, ma anche tutti i processi fisico/chimici e, di conseguenza, anche il metabolismo dei viaggiatori. Sarebbe come assistere ad un filmato alla moviola. Per una velocità idealmente uguale a c, il tempo, così come sbirciato da un osservatore esterno, sembrerebbe fermarsi. Gli occupanti dell’astronave apparirebbero come “ibernati”: dal loro punto di vista il viaggio sarebbe istantaneo. Wow, niente meno che velocità di transcurvatura! Il fisico obietta giustamente che la velocità della luce non è raggiungibile. In linea teorica, tuttavia, nulla vieta di avvicinarci indefinitamente a c: il tempo di percorrenza non sarà mai zero, ma può essere ridotto ad una frazione di secondo piccola a piacere!
Ora, cosa vedrebbero gli occupanti dell’astronave durante il viaggio? Dal loro punto di vista è la Terra (ed il resto dell’universo) a muoversi ad una velocità prossima a c e ad esibire perciò un ritmo temporale rallentato, mentre i loro orologi procederebbero a velocità normale. Ma consideriamo ora anche la seconda delle tre sopraccitate peculiarità: la contrazione delle lunghezze. Mentre vista da Terra è la sola astronave a sembrare accorciata, dal punto di vista dei viaggiatori sarà l’intero universo ad apparire contratto nella direzione del moto! Ciò significa che le distanze da percorrere apparirebbero ridotte e, in conseguenza di ciò, la propria velocità risulterà aumentata. Anche questo fenomeno di contrazione spaziale tende ad amplificarsi mano a mano che la velocità si avvicina a c. Una astronave che viaggiasse ipoteticamente alla velocità della luce vedrebbe, nella direzione del moto, l’intero universo come compresso in un foglio immaginario di spessore nullo! Volendo essere pignoli e spingere più in là la nostra immaginazione, l’universo apparirebbe un po’ come una colossale pastiglia schiacciata al centro (dove sarebbe situata l’astronave). In effetti, così viene “visto” l’universo da un fotone, che viaggia nel vuoto ad una velocità che corrisponde esattamente a c: per “lui” l’attraversamento dell’intero universo si compirebbe in un tempo nullo.
È interessante fare un paragone con la velocità di curvatura. Una astronave che sfrecciasse, così come vista da Terra, ad una velocità pari al 71% della velocità della luce, avanzerebbe, per gli occupanti dell’astronave, ad un fattore di curvatura 1, che corrisponde alla velocità della luce. Curvatura 2 si raggiungerebbe quando la velocità misurata da Terra corrisponde al 99.5% di c.
Quando si arriva ad un solo chilometro al secondo dalla velocità della luce, è come se si viaggiasse ad un fattore di curvatura 6. Un viaggio dalla Terra ad Alpha Centauri (distante 4,3 anni/luce) durerebbe circa 4 giorni! Ma spingiamoci oltre. Quando la velocità arriva a meno di un metro al secondo rispetto alla velocità della luce, per arrivare su Alpha occorrerebbero solo 2 ore e mezzo! In questo caso, il relativo fattore di curvatura è difficile da calcolare, ma dovrebbe stare tra 9.99 e 9.999. Come detto in precedenza, in linea teorica, un’astronave potrebbe continuare ad accelerare, avvicinandosi indefinitamente alla velocità della luce, e ottenendo “fattori di curvatura” sempre più elevati; il che eventualmente corrisponderebbe per i viaggiatori ad una velocità prossima a quella di transcurvatura.
D’altro canto, ottenere velocità prossime a quelle della luce presenta problemi tecnologici non indifferenti, primo tra tutti quello dell’enorme quantità di energia necessaria.
Qui entra in gioco, infatti, il terzo fenomeno cui si accennava all’inizio: l’aumento della massa.
Avvicinandosi alla velocità della luce, la massa dell’astronave aumenta sempre di più, col risultato che, per una data spinta, l’accelerazione tende a diminuire. Come si suol dire: a mano a mano che ci si avvicina a c una frazione sempre più elevata dell’energia cinetica di propulsione va ad aumentare la massa dell’astronave piuttosto che la sua velocità. Fino a che, per velocità prossime a c, la massa dell’astronave apparirà infinita, e perciò una quantità infinita di energia sarebbe necessaria per accelerarla ulteriormente.
Inoltre, a velocità prossime a c, qualsiasi particella e atomo spaziali che si venissero a trovare lungo il tragitto dell’astronave rappresenterebbero un serio pericolo per la nave stessa e per i passeggeri. Uno “scudo” o, se vogliamo, un vero e proprio “deflettore di navigazione” sarebbe allora indispensabile, e ciò significherebbe un ulteriore dispendio di energia.
Almeno, però, una cosa è certa. Dal punto di vista teorico nulla ci vieta di esplorare l’universo a velocità folli.
Allora perché questo metodo di viaggiare tra le stelle non viene utilizzato nella nostra saga preferita e nella fantascienza in genere? Molti di voi lo sapranno già (e difatti viene spesso accennato in Star Trek): si tratta del problema dello sfasamento temporale. Proprio perché il viaggiare a velocità prossime a c modifica lo scorrere del tempo relativo, si possono creare degli scompensi temporali non indifferenti, con tutte le conseguenze psico-sociologiche del caso. In altre parole, ogni viaggio a velocità relativistiche rappresenta anche un viaggio nel futuro! Per fare un esempio, un giretto di andata e ritorno dalla Terra a Eridani A (Vulcano) ad una velocità di un chilometro al secondo inferiore a c, durerebbe circa un mesetto per i viaggiatori, mentre sulla Terra saranno trascorsi più di trent’anni!
È ovvio che, se così dovessero essere i motori spaziali del futuro, una federazione alla Star Trek sarebbe impossibile da concepire. Niente imperi galattici, niente scambi commerciali né culturali. Piuttosto, lo scenario più realistico sarebbe rappresentato da colonie indipendenti e isolate, sparse un po’ ovunque per tutta la galassia. Non potrebbe esistere neppure lo scambio di informazioni utili, visto che persino la luce impiegherebbe troppo tempo per muoversi da una colonia all’altra.
L’universo sarà dunque a portata di mano, ma una volta partiti si rimarrà temporalmente tagliati fuori dal resto dell’umanità.
Per quanto inusuale e angosciante possa sembrare a noi fan di Star Trek, uno dei possibili futuri dell’esplorazione spaziale è proprio questo.
E se ciò dovesse veramente essere il caso, l’uomo si adatterà alle circostanze, come ha sempre dimostrato di saper fare.

Per i più curiosi, una trattazione approfondita ed entusiasmante della teoria della relatività è esposta nel libro “I Misteri del Tempo” di Paul Davies (qui è possibile trovare un brano dove si descrive nei dettagli un viaggio a velocità relativistiche).