Secondola relatività di Einstein è possibile (almeno in teoria) viaggiare nel tempo? Vorrei delle informazioni in proposito.

Presumo che mi si chieda se è possibile spostarsi senza vincoli
nel tempo, dato che tutti noi già viaggiamo nel tempo, o meglio
lo subiamo in quanto non siamo ancora padroni di queste conoscenze. Questo
argomento è sicuramente il più interessante per l’opinione
pubblica, ma la confusione a riguardo è tale per cui le dichiarazioni
sembrano discordanti, generando sempre più confusione! Dimostrare
l’affermazione “non è possibile viaggiare nel tempo”  senza
utilizzare uno svolgimento matematico, è veramente un impresa degna
del miglior divulgatore scientifico: non mi ritengo tale, per cui cercherò
a fatica di dimostrarlo senza aumentare lo stato di confusione. 


Cerchiamo di figurare mentalmente un probabile viaggio nel tempo, e
per fare questo, ipotizziamo di poterci spostare con un’astronave da un
punto A a un punto B in una regione nell’universo impiegando un tempo minore
rispetto a quello che impiegherebbe la luce (300.000 Km/s), e quindi tornare
al punto di partenza A (ipotizziamo che il tragitto A e B sia piccolo).
Qui noteremmo immediatamente che ci siamo spostati nello spazio e nel tempo
perchè ora siamo nel nostro passato. Possiamo fare tutto questo?
Il primo problema è la velocità della luce che non possiamo
superare, quindi dobbiamo cercare degli espedienti che ci permettano di
aggirare questo ostacolo. Oppure dobbiamo ipotizzare dei casi speciali
in cui la velocità della luce può essere superata. A tutt’oggi
non esiste una teoria che permetta un viaggio di questo genere. Qui di
seguito sono riportate alcune teorie parziali, ma prima dobbiamo eseminare
la relatività di Einstein. 

Il problema cruciale con la relatività
è di sforzarsi a ”
pensare in modo relativistico“,è
indispensabile apprendere questo modo di osservare i fenomeni, per evitare
di “annodarsi mentalmente”. Senza la presa di coscienza di questo modo
di pensare, NON è possibile
addentrarsi nella complessa struttura creata da Einstein.
 


Schematizziamo le idee
derivate dalla Relatività speciale

La velocità della luce non dipende dalla direzione di propagazione,
ma ha lo stesso valore in tutte le direzioni (circa 300.000 Km/s).
Questo
risultato permette di sincronizzare gli orologi atomici nel mondo. 

Le leggi fisiche assumono la stessa forma in tutti i sistemi di
riferimento inerziale.
Con questo principio fu possibile eliminare
l’idea non corretta dell’esistenza di un sistema di riferimento ideale
(come l’etere). Ne deriva il principio della costanza della velocità
della luce: 

La velocità della luce nel vuoto ha, in ogni sistema di riferimento
inerziale, lo stesso valore


Da questi principi ne consegue che il tempo non è assoluto,
cioè, non esiste un sistema di riferimento inerziale nel quale il
tempo sia assoluto. 

Il tempo è relativo al sistema di riferimento. 

Dilatazione del tempo: un orologio in moto rispetto ad altri orologi
sincronizzati, fermi in un sistema inerziale, appare più lento degli
altri; l’orologio in movimento “ritarda” secondo questa equazione:
 

t=t0(1 – (v/c)2)1/2

dove v è la velocità relativa dell’oggetto
rispetto agli orologi fermi e c è la velocità
della luce. 

Da tutto ciò consegue che la velocità della luce è
la velocità limite che nessun corpo può superare.
Se il ritardo del nostro orologio cresce con la velocità, vediamo
che quando l’orologio raggiunge la velocità limite, il tempo verrebbe
ritardato fino a fermarsi, e oltre questa velocità, avremmo dalla
formula del tempo un risultato negativo e immaginario. Non avendo molto
significato fisico un tempo immaginario, ne deduciamo che la velocità
limite non può essere superata (attualmente esiste la possibilità
di dare un significato al tempo immaginario ma vi sono ancora troppi problemi).
 

Consiglio di leggere anche la risposta del fisico Davide Del Vento
alla domanda: 

 Nelcaso
in cui si riuscisse a superare la velocità della luce, si tornerebbe
indietro nel tempo, oppure questo si fermerebbe, raggiungendo i 300.000km
orari?
 
 

Ora poniamoci la domanda: possiamo raggiungere  la velocità
limite accelerando un corpo? 

Supponiamo che un’astronave venga costantemente accelerata, prima o
poi raggiungerebbe la velocità della luce  se non fosse che
per non entrare in contraddizione con i risultati della Relatività
speciale occorre che la resistenza dell’astronave diventi sempre più
grande all’aumentare della velocità, quindi la massa deve aumentare
con la velocità. 

E finalmente arriviamo alla famosa formula: 

E=mc2

che pone una relazione tra l’energia e la massa. 

Tutto ha un prezzo da pagare, e accelerare un corpo fino alla velocità
limite costa energia infinita, in quanto la massa del corpo accelerato
aumenta proporzionalmente con la velocità fino a divergere, e per
poter compiere un lavoro su una massa infinita è necessario utilizzare
un’energia infinita . 

La relatività speciale NON permette “viaggi temporali”, almeno
non del tipo di quelli immaginati nella letteratura fantascientifica.
 

Riassumiamo: 

La velocità ha un significato solo relativamentea
un osservatore non essendoci una quiete assoluta rispetto cui misurare
un moto assoluto. Nello stesso modo, non esiste né uno spazio assoluto
né un tempo assoluto, perché entrambi dipendono dalla velocità
e pertanto hanno significato solo in relazione all’osservatore.
 

Schematizziamo le
idee derivate dalla Relatività generale

La teoria ristretta si limita al caso particolare di corpi che si muovono
a velocità costante, quindi non tiene conto dell’effetto delle interazioni
gravitazionali, che impongono un moto a velocità non costante (accelerato). 

Per questo Einstein nel 1916 estese la teoria. 

Ipotizzò che la massa inerziale (la massa dedotta dalle misure
dell’accelerazione) e la massa gravitazionale (dedotta dalle misure dell’intensità
gravitazionale) fossero identiche.
 

Ipotizzò che lo spazio si incurvasse in presenza di massa,
e che la gravitazione non fosse una forza, ma il risultato dello spostamento
di corpi lungo il percorso più breve in uno spazio curvo (geodetiche).
 

In questo modo Einsten fondò la cosmologia moderna. 

E’ da questa complessa teoria che nascono, dopo una profonda analisi,
tutti i lavori moderni; ritengo indispensabile la conoscenza della Relatività
o del pensiero relativistico per poter capire cosa sono i Buchi Neri, le
iper dimensioni, Tunnel spaziali, ecc… 

Da tutto ciò ne consegue che lo “spazio-tempo” (spero che a
questo punto sia chiaro che non si può parlare separatamente di
spazio e di tempo) è curvo o distorto dalla distribuzione di massa
e/o dall’energia. 

WORMHOLE (Cunicoli
spazio-tempo
)

Tornando al problema dei viaggi nello spazio-tempo, consideriamo una
delle poche soluzioni accettabili delle equazioni di campo di Einstein,
ottenuta da Schwarzschild e in seguito estesa da Kerr; prendiamo
ad esempio un Buco Nero (non sappiamo ancora se esistono con certezza,
ma non possiamo ignorare l’estrema convinzione dei nostri astrofisici )
che è un oggetto generato dal collasso gravitazionale di una stella
con particolari dimensioni: secondo la relatività generale in un
Buco Nero vi deve essere una singolarità di densità (tutta
la massa della stella concentrata in un piccolo punto) che curva in maniera
infinita lo spazio-tempo (come una spirale senza fine); se i buchi neri 
esistessero davvero, sarebbe la più clamorosa conferma anche delle
più straordinarie previsioni della teoria di Einstein. 

E sempre secondo questa teoria, i “cunicoli” dovrebbero congiungere
due regioni dell’universo, oppure due universi paralleli. Gli universi
paralleli sono un idea resa plausibile dallo studio delle equazioni di
Einstein le quali formano un sistema di dieci equazioni differenziali non
lineari del secondo ordine, le cui soluzioni vengono chiamate “universi”.

Decidere quale soluzione sia fisicamente accettabile è un impresa
ardua, in quanto ogni “universo” è compatibile con un assetto logico
che è l’insieme delle leggi fisiche, e dato che quest’ultime sono
in continua mutazione, in funzione di nuove acquisizioni di conoscenza,
è probabile che gli universi che oggi rigettiamo perchè non
hanno i requisiti per esserlo, trovino un domani una leggittimazione non
appena questi requisiti mutano a seguito di nuove scoperte. 

Quando una stella si riduce a un punto, i due universi appaiono connessi
da un cunicolo la cui massima restrizione prende il nome di “gola di
Einstein-Rosen
“. 

Questo “cunicolo” ha una struttura geometrica estremamente complessa,
in quanto tutta la materia della stella collassata sta ora in un volume
nullo: questo è uno stato classicamente non descrivibile in termini
fisici che chiamiamo “singolarità” di curvatura. 

Nella teoria di Schwarzschild i cunicoli non possono essere utilizzati
come passaggio per i due universi o le due regioni dello stesso universo,
in quanto sono ostruiti dalla sorgente puntiforme (singolarità di
densità). 

 

Cunicolo spazio-tempo, che collega due universi paralleli
Cunicolo spazio-tempo che collega due regioni dell’universo.

F.Schein e P.C. Aichlburg dell’Università di Vienna sostengono
che se le singolarità sono attraversabili, allora è possibile
connettere universi distinti o regioni lontane dello stesso, con cunicoli
spazio-temporali; una soluzione che descrive tali strutture si trova in
Phys.Rev.Lett., 77, p. 4130, 1996
 

Anche Stephen Hawking afferma che un così fatto Buco Nero
potrebbe fungere da “cunicolo” o passaggio  per un’altra regione dell’universo,offrendo
la possibilità di viaggiare nello spazio-tempo, ma è lui
per primo ad ammettere che tutto ciò è molto improbabile. 

Riprendo i punti non chiari della teoria : non sappiamo con certezza
se esistono i Buchi Neri e tanto meno sappiamo se le singolarità
sono attraversabili, ma se riuscissimo ad attraversarle che cosa succederebbe?
 

Lo stesso Einstein affermò che la teoria della relatività
generale è una teoria parziale, il che vuol dire che per fortuna,
per noi fisici, di lavoro ce n’è ancora molto. Uno dei problemi
che nascono dalle soluzioni delle equazioni sono i problemi degli infiniti
(curvatura infinita, densità infinita, ecc….). E’ proprio da questi
infiniti, che dimostrano soprattutto i limiti della teoria, che nascono
tutte quelle teorie che cercano di spiegare un probabile viaggio nello
spazio-tempo. 

Riassumiamo: 

E’ vero che alcune soluzioni delle equazioni
della relatività generale di Einsten prevedono  la possibilità
di viaggiare nello spazio-tempo, ma questo NON implica che sia possibile,
perché non abbiamo ancora verificato le previsioni più straordinarie
della teoria . E quindi non ne conosciamo i limiti di validità.
 


Schematizziamo le
ipotesi attuali (derivate dall’analisi della Relatività)

Dopo la teoria della relatività,  Einstein si dedicò
senza successo alla “grande unificazione” (la teoria quantistica della
relatività) per poter unire la relatività con la teoria quantistica;
è soprattutto dagli ultimi sforzi di scienziati intenti a questo
compito che nascono altre teorie che esaminano i “viaggi nel tempo”. 

Poiché la formazione di una singolarità di curvatura,
come risultato del collasso gravitazionale, è una conseguenza inevitabile
delle condizioni di posività dell’energia (la media dell’energia
di un sistema fisico, lungo tutto il corso della sua evoluzione spazio-temporale
deve o per lo meno dovrebbe rimanere positiva!) , e potendo quest’ultima
essere violata in un contesto quantistico, le singolarità classiche
diventano strutture quantistiche non singolari nella geometria.
 

Quindi in un contesto quantistico della relatività è
possibile che i cunicoli spazio-tempo esistano!
 

Intanto Stephen Hawking ha dimostrato che i Buchi Neri non sono
così “neri”, nel senso che emettono una radiazione che con il tempo
riduce la massa e quindi le sue dimensioni (una sorta di evaporazione). 

Sulla base di questi risultati A. Ströminger afferma che
il carattere termico della radiazione fa sì che l’informazione,
inizialmente codificata nelle proprietà geometriche del Buco Nero,
alla fine si perda violando il principio della sua conservazione. 

Poiché, dal punto di vista quantistico, le singolarità
nel Buco Nero sono dei tunnel che possono portare a dei punti diversi dell’universoo
in altri universi, alla fine dell’evaporazione del Buco Nero è lecito
supporre che non vi sia una perdita di informazione, bensì una sua
dispersione in un altro universo o da qualche altra parte del nostro. 

Mi spiego meglio: ipotizziamo di tuffarci in un buco nero e supponiamo
di poter rimanere in vita tanto da poter osservare una sorta di scomposizione
del nostro corpo in particelle elementari, ebbene secondo queste teorie
le nostre particelle verranno poi diffuse dal processo di evaporazione
del Buco Nero o in un universo parallelo o da qualche altra parte del nostro
universo. 

Quindi anche con i Buchi Neri e gli Universi paralleli,
in teoria, non è possibile viaggiare nel tempo o almeno non come
si può osservare nei film di fantascienza!
 

Ribadisco il concetto che i wormhole sono solo congetture teoriche. 

 

IPER-LUCE

Questa teoria prende spunto soprattutto da un famoso fenomeno dell'”effetto
tunnel “. 

Nella meccanica quantistica, quando un oggetto  in movimento
urta contro una barriera un numero sufficientemente grande di volte, esiste
una probabilità finita che la particella possa passare attraverso
la barriera e venirsi a trovare dall’altra parte di essa.
 

Nel 1993 l’équipe di Raymond Chiao dell’Universitàdi
Berkeley ha misurato quanto impiega un fotone  ad attraversare la
barriera. L’apparecchiatura utilizzata è l’interferometro di
Hong-Ou-Mandel
che rilevò che il tempo di attraversamento dell’ostacolo
comportava una velocità superiore a quella della luce. 

Purtroppo l’effetto tunnel è un effetto probabilistico, percui
non possiamo conoscere a priori quanti e quali particelle sfrutteranno
questo effetto. Perciò non sarebbe possibile mandare nessuna informazione
utile in questo modo. 

Nel tentativo di generalizzare le particelle iper-luce, alcuni fisici
ipotizzano l’esistenza dei TACHIONI. 

 

TACHIONI

La teoria di Einstein non dice nulla sul fatto che una particella
possa nascere con una velocità superiore a quella della luce: la
teoria infatti si limita a dire che la velocità della luce non puòessere
raggiunta, ma non pone limiti alla velocità con cui nasce una particella.
Da questa analisi alcuni fisici hanno ipotizzato l’esistenza
di particelle che nascono e viaggiano a velocità superiori di quella
della luce, i ” TACHIONI” , anche se nessuno ancora è riuscito a
vederli.
 

Molto istruttiva è la citazione di George Sudarshan,
E’ come se uno abitasse ai piedi dell’Himalaya e affermasse che dall’altra
parte non può vivere nessuno, solo perché è impossibile 
scalare la montagna. Dall’altra parte invece vivono quelli che ci sono
nati.”
 

 Per rispettare i postulati della  relatività generale
i tachioni dovrebbero avere una massa negativa, quindi l’interazione gravitazionale
con una massa positiva sarebbe repulsiva! 

E dato che viaggiano solo a  iper-luce, noi vedremmo sempre prima
la loro distruzione e poi la loro creazione. 

Quindi per noi, i TACHIONI dovrebbero viaggiare a ritroso nel tempo. 

 

TEORIA DELLE CORDE

Poi vi è la teoria delle corde, che non suscita grandissima attenzione
ma che  citerò ugualmente. 

Nella teoria delle corde non si parla di particelle che occupano un
singolo punto, ma di “corde” che hanno una sola dimensione: la lunghezza
(come un filo di larghezza infinitesima). 

Le corde possono essere aperte o chiuse in anelli. 

Dato che una particella occupa sempre un singolo punto nello spazio,
la sua storia è rappresentabile da una linea nello spazio-tempo. 

Allo stesso modo la storia di una corda è una superficie chiamata
“foglio d’universo”; per una corda aperta si tratta di una striscia, mentre
per una corda chiusa (anello) si tratta di un cilindro. 

In questa teoria le particelle sono onde che si propagano sulle corde. 

La teoria, per essere coerente deve presupporre l’esistenza di molte
dimensioni (si parla di dieci , venti dimensioni, ecc..) 

Queste dimensioni secondo la teoria dovrebbero essere “arricciate”
in piccolissimi spazi nella nostra dimensione 4-D. 

Idee fantascientifiche permetterebbero di viaggiare nello spazio-tempo
utilizzando “scorciatoie” che passano per dimensioni superiori. 


Tutte queste sono solo congetture, il che vuol dire che devono essere
considerate solo per quello che sono: “ipotesi”. 

Personalmente non ritengo possibile viaggiare nel tempo, e alla luce
dei risultati fino ad oggi ottenuti non lo ritengo possibile nemmeno nel
prossimo futuro.
Una risposta definitiva la si potrebbe avere solo
se qualche fisico riuscisse a trovare una teoria unificata della fisica.
Mi spiego: la relatività da sola non è in grado di rispondere
a una domanda di questo tipo e solo una teoria che riesca ad unire la teoria
quantistica con la relatività generale potrebbe  riuscirci,
ma oggi la ricerca di questa teoria assomiglia sempre di più
alla ricerca del Santo Graal”
.(Stephen Hawking

Iper dimensioni e tunnel spaziali 

http://www.technocad.com/iperfaq.html 

tempo dinamico 

http://www.technocad.com/cutempod.html 

Una applet per una simulazione di viaggio nel tempo 

http://www.technocad.com/java/rel/machtemp.html 

Nell’infinità di siti sulla relatività consiglio caldamente
quello su Tullio Regge noto fisico.
 

http://millennium.xnet.it/autori/regge.html 

Alcune domande correlate: 

Un
astronauta è completamente rinchiuso in un’astronave: non può
osservare quello che accade all’esterno e non può nemmeno comunicare
con nessuno. C’è la possibilità di capire se la sua sensazione
di assenza di peso dipende dal fatto che il campo gravitazionale è
troppo debole perché l’astronave è lontana da qualsiasi corpo
celeste, oppure dal fatto che sta cadendo verso un pianeta?
(rispondono
Alessio Bartolini e Paolo Sirtoli) 
 

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6400

Qualche
tempo fa lessi su una rivista del settore un articolo in cui si faceva
riferimento al Principio di Pauli applicato agli elettroni ed al Limite
critico di Schwarzschild! Gradirei, da profana, avere chiarimenti più
approfonditi su entrambi gli argomenti, specialmente in riferimento a stelle
di neutroni e buchi neri.
(risponde Marco
Frascati) 
 

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6511 

Cos’è
l’orizzonte degli eventi?
(rispondono Paolo Sirtoli e Marco Guagnelli) 
 

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6508