L'astronave relativistica e la dilatazione dei tempi — Transcript

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1. 0:00Ciao a tutti e bentornati.
2. 0:02Per quello che ne sappiamo, non possiamo
3. 0:04viaggiare nell'universo a velocità
4. 0:06maggiori della luce.
5. 0:08E anche se potessimo raggiungere
6. 0:09velocità molto prossime a quelle della
7. 0:12luce, un viaggio verso le altre stelle
8. 0:14durerebbe decine, centinaia o
9. 0:16addirittura migliaia di anni dal punto
10. 0:19di vista di chi resta sulla Terra.
11. 0:22Tempi così lunghi sembrerebbero rendere
12. 0:25impossibile la colonizzazione della
13. 0:27nostra galassia.
14. 0:29In effetti, sicuramente prima di
15. 0:31realizzare i viaggi interstellari
16. 0:33dovremmo superare straordinarie
17. 0:35difficoltà tecniche.
18. 0:37Ma la durata del viaggio, per quanto
19. 0:39riguarda un eventuale equipaggio umano
20. 0:41su una nave spaziale,
21. 0:43potrebbe non essere il problema più
22. 0:45grande. In questo video provo a
23. 0:47spiegarvi perché.
24. 0:49Nella fantascienza si sono viste molte
25. 0:52idee che provano ad aggirare il problema
26. 0:55della lunga durata dei viaggi spaziali,
27. 0:57soprattutto quelli interstellari.
28. 0:59Il più ovvio è quello di fare ricorso a
29. 1:02tecniche di ibernazione o animazione
30. 1:04sospesa, come si vede ad esempio in
31. 1:062001: Odissea nello spazio o più di
32. 1:08recente in Passengers.
33. 1:10In pratica, con l'ibernazione
34. 1:12l'equipaggio verrebbe addormentato per
35. 1:14molti anni e risvegliato solo in
36. 1:16prossimità dell'arrivo a destinazione.
37. 1:19L'idea dell'ibernazione è ispirata a ciò
38. 1:21che avviene davvero in natura, per
39. 1:22esempio nel letargo o nell'acquiescenza,
40. 1:25in cui alcune specie riescono a ridurre
41. 1:28le funzioni vitali per lunghi periodi.
42. 1:30Tuttavia, al momento non è affatto
43. 1:32chiaro se uno stato di questo tipo possa
44. 1:34essere indotto con successo negli esseri
45. 1:36umani. E quindi l'ibernazione funziona
46. 1:39nella fantascienza, ma non siamo affatto
47. 1:41sicuri che potrebbe funzionare nella
48. 1:43realtà. Un'idea un po' più realistica
49. 1:45per affrontare lunghi viaggi spaziali è
50. 1:48quella dell'astronave generazionale.
51. 1:50In pratica, si tratterebbe di costruire
52. 1:52una nave spaziale abbastanza grande da
53. 1:54ospitare una vera e propria colonia di
54. 1:56esseri umani, e l'astronave dovrebbe
55. 1:58essere un piccolo mondo autosufficiente.
56. 2:01Il viaggio potrebbe durare per molte
57. 2:03generazioni, così che quelli che
58. 2:05raggiungeranno la destinazione finale
59. 2:07non saranno gli stessi che sono partiti,
60. 2:09ma i loro lontani discendenti.
61. 2:12Sarebbe davvero difficile mettere in
62. 2:14piedi una nave spaziale di questo tipo,
63. 2:16ma non c'è nulla che impedisca che
64. 2:18qualcosa di simile si possa realizzare
65. 2:20davvero in futuro.
66. 2:22Se c'è una possibilità che l'umanità
67. 2:25colonizzi altri sistemi stellari, questa
68. 2:27sembra la più probabile.
69. 2:30Naturalmente si tratterebbe di un
70. 2:32viaggio di non ritorno. Chi si
71. 2:34imbarcherà in un'impresa del genere non
72. 2:37vedrà mai più la Terra, e prima di
73. 2:39partire dovrebbe essere davvero sicuro
74. 2:41che ne valga la pena, e che la
75. 2:43destinazione da raggiungere permetta la
76. 2:45sopravvivenza di una colonia umana.
77. 2:48Insomma, sarebbe un viaggio veramente
78. 2:50duro. Ma c'è da notare un paio di cose
79. 2:53che rendono la questione interessante
80. 2:56dal punto di vista degli occupanti
81. 2:58dell'astronave. Intanto, come potrebbe
82. 3:00essere fatta un'astronave del genere?
83. 3:03Vi ho già raccontato in un video
84. 3:05precedente che usare la propulsione
85. 3:07chimica, come nei razzi attuali, non è
86. 3:09praticabile. Il combustibile richiesto
87. 3:11sarebbe enorme, e la spinta sarebbe
88. 3:13comunque troppo piccola per ottenere
89. 3:15velocità adeguate a raggiungere altre
90. 3:17stelle.
91. 3:18Abbiamo anche visto che per le sonde
92. 3:21senza equipaggio, estremamente leggere,
93. 3:23si potrebbe usare una propulsione a vela
94. 3:25fotonica, magari spinta dai laser, e una
95. 3:28vela del genere potrebbe spingere la
96. 3:29sonda fino a velocità prossime a quelle
97. 3:32della luce, e raggiungere la stella più
98. 3:34vicina al Sole in circa 20 anni. Ma una
99. 3:38propulsione a vela non è fattibile per
100. 3:40una nave stellare enorme che dovrebbe
101. 3:42portare con sé un equipaggio e tutto il
102. 3:45carico necessario ad affrontare il
103. 3:46viaggio.
104. 3:48Sarebbe meglio, in realtà, non portare
105. 3:50con sé neppure il combustibile, e
106. 3:53abbiamo visto in un altro video che ci
107. 3:54sono idee teoriche per realizzare
108. 3:56qualcosa del genere, per esempio usare
109. 3:59un collettore di Bussard che raccoglie
110. 4:01l'idrogeno strada facendo e lo usa per
111. 4:05alimentare un motore a fusione nucleare.
112. 4:08Comunque, dimentichiamo per un attimo
113. 4:10tutte queste difficoltà pratiche e
114. 4:12immaginiamo semplicemente che si possa
115. 4:13davvero costruire un'astronave in grado
116. 4:16di accelerare in maniera costante
117. 4:18aumentando la sua velocità di 9,8 m/s
118. 4:23ogni secondo. Perché proprio questa
119. 4:25accelerazione? Perché questa è
120. 4:27l'accelerazione con cui cade un oggetto
121. 4:30se lo lascio cadere sulla Terra. Questa
122. 4:32accelerazione si chiama accelerazione di
123. 4:34gravità, naturalmente riferita alla
124. 4:36Terra, e si indica con la lettera G.
125. 4:40Allora, la nostra astronave ha
126. 4:43un'accelerazione costante di 1 G. Che
127. 4:46cosa succede a chi si trova
128. 4:48in un'astronave che ha questa
129. 4:50accelerazione? Pensate a quello che
130. 4:52succede quando vi trovate in una
131. 4:53macchina che accelera. Vi sentite spinti
132. 4:56verso il sedile posteriore, dal vostro
133. 4:58punto di vista sembra che ci sia una
134. 5:01forza che vi spinge. Naturalmente non
135. 5:03c'è nessuna forza che agisce su di voi,
136. 5:06la forza agisce sulla macchina e la fa
137. 5:08accelerare.
138. 5:09Ma una delle cose che ci ha insegnato
139. 5:12Einstein è che trovarsi in un sistema
140. 5:14accelerato somiglia a trovarsi in un
141. 5:17sistema non accelerato in cui però c'è
142. 5:19la gravità. Se volete capire meglio
143. 5:22questa cosa vi consiglio di guardare il
144. 5:24video sulla relatività generale che
145. 5:26trovate sul canale. Quindi
146. 5:28se vi trovate in un sistema che accelera
147. 5:31con accelerazione costante di 1 G,
148. 5:34sperimentate ciò che sperimentereste nel
149. 5:36campo gravitazionale terrestre.
150. 5:39Per inciso, questo è il motivo per cui
151. 5:41le accelerazioni nelle automobili di
152. 5:43Formula 1 o nei di
153. 5:45si misurano proprio in G, perché è un
154. 5:47modo intuitivo per capire quale spinta
155. 5:50avverte il pilota. Un G è una spinta
156. 5:53pari al proprio peso, 2 G due volte il
157. 5:55proprio peso e così via. Perciò, se la
158. 5:57vostra astronave accelera sempre con
159. 6:00accelerazione 1 G, avete di fatto un
160. 6:03campo gravitazionale artificiale
161. 6:05identico a quello terrestre per tutta la
162. 6:07durata del viaggio, che sicuramente è
163. 6:09una cosa buona. Ma questa non è l'unica
164. 6:11cosa interessante.
165. 6:13Un'accelerazione di 1 G può sembrare non
166. 6:16molto grande, in fondo può essere
167. 6:18raggiunta anche da una macchina potente,
168. 6:20si tratta di andare da 0 a 100 km/h in
169. 6:23circa 3 secondi.
170. 6:25Ma se si potesse tenere costante questa
171. 6:28accelerazione, si potrebbe raggiungere
172. 6:30una frazione di circa il 70% della
173. 6:33velocità della luce in poco più di un
174. 6:35anno, misurato dalla Terra.
175. 6:38E in questo stesso tempo si sarebbe
176. 6:40coperta una distanza di circa mezzo anno
177. 6:42luce.
178. 6:43Naturalmente continuando così, la
179. 6:46velocità continuerebbe a crescere col
180. 6:48passare del tempo.
181. 6:49E ci avvicineremmo sempre di più alla
182. 6:51velocità della luce, anche se, come
183. 6:53abbiamo detto, non potremmo mai
184. 6:54superarla.
185. 6:56In realtà, prima di arrivare a
186. 6:57destinazione, dovremmo anche frenare, ma
187. 6:59potremmo pensare di farlo invertendo la
188. 7:01spinta a metà del viaggio e decelerando
189. 7:04da quel punto in poi in maniera costante
190. 7:06e sempre a 1 G.
191. 7:08Quindi avremmo un campo gravitazionale
192. 7:09artificiale nell'astronave praticamente
193. 7:11per tutto il viaggio. Ma quanto
194. 7:13durerebbe il viaggio?
195. 7:15Abbiamo detto che dal punto di vista di
196. 7:17chi resta sulla Terra, l'astronave
197. 7:19impiegherebbe molti anni per raggiungere
198. 7:21le stelle più vicine, anche viaggiando a
199. 7:23velocità prossime a quella della luce.
200. 7:25Ma per gli occupanti dell'astronave, le
201. 7:27cose sono diverse, perché bisogna tenere
202. 7:29conto degli effetti relativistici.
203. 7:32E a causa della dilatazione dei tempi,
204. 7:34per chi si trova nella nave spaziale, il
205. 7:36tempo scorrerebbe diversamente rispetto
206. 7:39a chi è rimasto sulla la E in effetti,
207. 7:40dal punto di vista dell'equipaggio
208. 7:43il viaggio durerebbe molto meno.
209. 7:45Ad esempio, accelerando a 1 G fino a
210. 7:48Proxima Centauri, il viaggio per gli
211. 7:50occupanti dell'astronave durerebbe circa
212. 7:523 anni e mezzo.
213. 7:54Ricordate che Proxima Centauri si trova
214. 7:56a 4,2 anni luce, quindi la luce impiega,
215. 7:59dal punto di vista della Terra, 4,2 anni
216. 8:02per percorrere la distanza. Ma per gli
217. 8:04astronauti a bordo dell'astronave che
218. 8:06accelera a 1 G, il tempo trascorso è
219. 8:09addirittura più breve. Se il viaggio
220. 8:11fosse ancora più lungo e l'astronave
221. 8:13puntasse, ad esempio, verso la stella
222. 8:15Vega, che si trova a 27 anni luce,
223. 8:18per gli astronauti il viaggio durerebbe
224. 8:20circa 6 anni e mezzo. E se puntasse
225. 8:22verso il centro della nostra galassia,
226. 8:24che si trova a circa 30.000 anni luce,
227. 8:27beh, per chi resta sulla Terra il
228. 8:29viaggio durerebbe decine di migliaia di
229. 8:31anni, appunto, ma per chi sta a bordo
230. 8:33dell'astronave passerebbero appena 20
231. 8:37anni. E addirittura, se gli astronauti
232. 8:39puntassero la nave spaziale verso
233. 8:41Andromeda, la galassia spirale più
234. 8:43vicina alla Via Lattea, che si trova a
235. 8:44oltre 2 milioni di anni luce,
236. 8:46la raggiungerebbero in soli 28 anni
237. 8:49misurati a bordo. Quindi, l'equipaggio
238. 8:52di un'astronave in accelerazione
239. 8:54costante non avrebbe neanche bisogno di
240. 8:57molte generazioni per girare l'universo.
241. 8:59Per gli occupanti, a patto di muoversi a
242. 9:01una frazione sufficientemente grande
243. 9:03della velocità della luce,
244. 9:05il tempo di un viaggio interstellare
245. 9:07sarebbe tutto sommato abbastanza breve.
246. 9:09Naturalmente, se dovessero decidere di
247. 9:11tornare indietro, troverebbero tutto
248. 9:14completamente cambiato sulla Terra,
249. 9:15sarebbero passati centinaia o migliaia
250. 9:18di anni, anche di più. Perciò, di fatto,
251. 9:21anche un viaggio del genere sarebbe un
252. 9:23viaggio di non ritorno. C'è un romanzo
253. 9:25di fantascienza di molti anni fa che si
254. 9:28chiama Tau Zero di Poul Anderson, che
255. 9:30racconta proprio di un'astronave
256. 9:32relativistica in viaggio verso un'altra
257. 9:35stella e di ciò che accade al suo
258. 9:37equipaggio. Non vi dico cosa succede, ma
259. 9:39se riuscite a trovarlo, ve lo consiglio.
260. 9:41È chiaro che per il momento stiamo
261. 9:44parlando, come al solito in questi casi,
262. 9:46di una questione teorica più che
263. 9:47pratica. Un viaggio a velocità prossime
264. 9:50a quella della luce non è qualcosa che
265. 9:52l'umanità potrà affrontare nel giro di
266. 9:55pochi decenni, ma se sopravvivremo come
267. 9:58specie e se migliorerà la nostra
268. 10:00capacità tecnologica
269. 10:02potrebbe essere qualcosa che i nostri
270. 10:04discendenti un giorno si troveranno ad
271. 10:07affrontare. E la questione della
272. 10:08dilatazione dei tempi allora sarà uno
273. 10:11degli aspetti reali da considerare.
274. 10:14Bene, per questa volta è tutto. Grazie e
275. 10:17alla prossima.