STEPHEN HAWKING: Come costruire una macchina del tempo

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STEPHEN HAWKING: Come costruire una macchina del tempo

Di STEPHEN HAWKING

Data di nascita: 8 gennaio 1942

Data di morte: 14 marzo 2018

Tutto ciò che serve è un wormhole, il Large Hadron Collider o un razzo che vada molto, molto velocemente

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Ciao. Mi chiamo Stephen Hawking. Fisico, cosmologo e qualcosa di un sognatore. Anche se non riesco a muovermi e devo parlare attraverso un computer, nella mia mente sono libero. Liberi di esplorare l’universo e porre le grandi domande, come ad esempio: è possibile viaggiare nel tempo? Possiamo aprire un portale sul passato o trovare un collegamento al futuro? Possiamo infine usare le leggi della natura per diventare padroni del tempo stesso?

Un tempo il viaggio nel tempo era considerato un’eresia scientifica. Evitavo di parlarne per paura di essere etichettato come una manovella. Ma in questi giorni non sono così cauto. In effetti, sono più simile alle persone che hanno costruito Stonehenge. Sono ossessionato dal tempo. Se avessi una macchina del tempo, visiterei Marilyn Monroe al suo apice o mi imbatterei in Galileo mentre girava il suo telescopio verso il cielo. Forse avrei anche viaggiato fino alla fine dell’universo per scoprire come finisce la nostra intera storia cosmica.

Per vedere come questo potrebbe essere possibile, dobbiamo guardare il tempo come fanno i fisici – alla quarta dimensione. Non è così difficile come sembra. Ogni scolaro attento sa che tutti gli oggetti fisici, anche io sulla mia sedia, esistono in tre dimensioni. Tutto ha una larghezza, un’altezza e una lunghezza.

Ma c’è un altro tipo di lunghezza, una lunghezza nel tempo. Mentre un essere umano può sopravvivere per 80 anni, le pietre di Stonehenge, per esempio, sono rimaste in piedi per migliaia di anni. E il sistema solare durerà miliardi di anni. Tutto ha una lunghezza nel tempo e uno spazio. Viaggiare nel tempo significa viaggiare attraverso questa quarta dimensione.

Per capire cosa significhi, immaginiamo di fare un po ‘di normali viaggi in auto di tutti i giorni. Guida in linea retta e viaggi in una dimensione. Gira a destra o a sinistra e aggiungi la seconda dimensione. Guidare su o giù per una tortuosa strada di montagna e questo aggiunge altezza, quindi viaggiando in tutte e tre le dimensioni. Ma come mai viaggiamo nel tempo? Come possiamo trovare un percorso attraverso la quarta dimensione?

Concediamoci un po ‘di fantascienza per un momento. I film sui viaggi nel tempo spesso presentano una vasta macchina affamata di energia. La macchina crea un percorso attraverso la quarta dimensione, un tunnel nel tempo. Un viaggiatore nel tempo, un individuo coraggioso, forse insensato, preparato per chissà cosa, entra nel tunnel del tempo ed emerge chissà quando. Il concetto può essere inverosimile e la realtà può essere molto diversa da questa, ma l’idea in sé non è così folle.

I fisici hanno pensato anche ai tunnel nel tempo, ma ci arriviamo da una prospettiva diversa. Ci chiediamo se portali al passato o al futuro possano mai essere possibili all’interno delle leggi della natura. A quanto pare, pensiamo che lo siano. Inoltre, abbiamo persino dato loro un nome: wormholes. La verità è che i wormhole ci circondano, solo che sono troppo piccoli per essere visti. I wormhole sono molto piccoli. Si verificano in angoli e fessure nello spazio e nel tempo. Potresti trovarlo un concetto difficile, ma stai con me.

STEPHEN HAWKING come costruire una macchina del tempo

Niente è piatto o solido. Se osservi abbastanza attentamente qualcosa, troverai buchi e rughe. È un principio fisico di base e si applica anche al tempo. Anche qualcosa di liscio come una palla da biliardo ha piccole fessure, rughe e vuoti. Ora è facile dimostrare che questo è vero nelle prime tre dimensioni. Ma credimi, è anche vero per la quarta dimensione. Ci sono piccole fessure, rughe e vuoti nel tempo. Giù alla scala più piccola, più piccola anche delle molecole, più piccola degli atomi, arriviamo in un posto chiamato schiuma quantica. Questo è dove esistono wormhole. Piccoli tunnel o scorciatoie nello spazio e nel tempo si formano, scompaiono e si riformano costantemente in questo mondo quantico. E in realtà collegano due luoghi separati e due tempi diversi.

Sfortunatamente, questi tunnel nella vita reale sono larghi solo un miliardo di trilioni di miliardi di centimetri. Troppo piccolo per essere attraversato da un essere umano, ma ecco dove sta portando la nozione di macchine del tempo wormhole. Alcuni scienziati ritengono che sia possibile catturare un wormhole e ingrandirlo molti trilioni di volte per renderlo abbastanza grande da consentire l’ingresso di un essere umano o persino di un’astronave.

Data la potenza sufficiente e la tecnologia avanzata, forse un gigantesco wormhole potrebbe persino essere costruito nello spazio. Non sto dicendo che può essere fatto, ma se potesse essere, sarebbe un dispositivo davvero notevole. Un’estremità potrebbe essere qui vicino alla Terra, e l’altra molto, molto lontana, vicino a qualche pianeta distante.

Teoricamente, un tunnel temporale o un wormhole potrebbero fare molto di più che portarci su altri pianeti. Se entrambe le estremità fossero nello stesso posto e separate dal tempo invece che dalla distanza, una nave potrebbe volare ed uscire ancora vicino alla Terra, ma in un lontano passato. Forse i dinosauri avrebbero assistito all’arrivo della nave per un atterraggio.

Il veicolo con equipaggio più veloce della storia fu l’Apollo 10. Raggiunse i 25.000 chilometri all’ora. Ma per viaggiare nel tempo dovremo andare più di 2.000 volte più velocemente

Ora, mi rendo conto che pensare in quattro dimensioni non è facile e che i wormhole sono un concetto complicato per avvolgere la testa, ma restarci dentro. Ho escogitato un semplice esperimento che potrebbe rivelare se il viaggio nel tempo umano attraverso un wormhole è possibile ora o anche in futuro. Mi piacciono i semplici esperimenti e lo champagne.

Quindi ho combinato due delle mie cose preferite per vedere se è possibile viaggiare nel tempo dal futuro al passato.

Immaginiamo di organizzare una festa, un benvenuto di benvenuto per i futuri viaggiatori nel tempo. Ma c’è una svolta. Non lo farò sapere a nessuno fino a quando non sarà avvenuta la festa. Ho elaborato un invito fornendo le coordinate esatte nel tempo e nello spazio. Spero che copie di esso, in una forma o nell’altra, rimangano in circolazione per molte migliaia di anni. Forse un giorno qualcuno che vivrà in futuro troverà le informazioni sull’invito e userà una macchina del tempo a wormhole per tornare alla mia festa, dimostrando che un giorno sarà possibile viaggiare nel tempo.

Nel frattempo, i miei ospiti che viaggiano nel tempo dovrebbero arrivare da un momento all’altro. Cinque, quattro, tre, due, uno. Ma mentre lo dico, nessuno è arrivato. Che peccato. Speravo che almeno un futuro Miss Universo avrebbe varcato la soglia. Allora perché l’esperimento non ha funzionato? Uno dei motivi potrebbe essere a causa di un noto problema con il viaggio nel tempo nel passato, il problema di ciò che chiamiamo paradossi.

I paradossi sono divertenti a cui pensare. Il più famoso è di solito chiamato il paradosso del nonno. Ho una nuova versione più semplice che chiamo paradosso di Mad Scientist.

Non mi piace il modo in cui gli scienziati nei film sono spesso descritti come matti, ma in questo caso è vero. Questo tipo è determinato a creare un paradosso, anche se gli costa la vita. Immagina, in qualche modo, di aver costruito un wormhole, un tunnel temporale che si estende solo un minuto nel passato.

Attraverso il wormhole, lo scienziato può vedere se stesso com’era un minuto fa. Ma cosa succede se il nostro scienziato usa il wormhole per sparare a se stesso? Ora è morto. Quindi chi ha sparato? È un paradosso. Non ha senso. È il tipo di situazione che dà agli incubi dei cosmologi.

Questo tipo di macchina del tempo violerebbe una regola fondamentale che governa l’intero universo – che le cause accadono prima degli effetti e mai viceversa. Credo che le cose non possano rendersi impossibili. Se potessero, non ci sarebbe nulla che impedisca all’intero universo di scendere nel caos. Quindi penso che accadrà sempre qualcosa che impedisce il paradosso. In qualche modo deve esserci un motivo per cui il nostro scienziato non si troverà mai in una situazione in cui potrebbe spararsi. E in questo caso, mi dispiace dirlo, il problema è il wormhole stesso.

Alla fine, penso che un wormhole come questo non possa esistere. E la ragione di ciò è il feedback. Se sei mai stato a un concerto rock, probabilmente riconoscerai questo rumore stridente. È un feedback. Ciò che provoca è semplice. Il suono entra nel microfono. Viene trasmesso lungo i cavi, reso più forte dall’amplificatore ed esce dagli altoparlanti. Ma se troppo del suono proveniente dagli altoparlanti ritorna nel microfono, gira e rigira in un loop sempre più forte. Se nessuno lo interrompe, il feedback può distruggere il sistema audio.

La stessa cosa accadrà con un wormhole, solo con radiazioni invece del suono. Non appena il wormhole si espande, le radiazioni naturali entrano in esso e finiscono in un ciclo. Il feedback diventerà così forte da distruggere il wormhole. Quindi, sebbene esistano minuscoli wormhole, e potrebbe essere possibile gonfiarli un giorno, non durerà abbastanza a lungo da essere una macchina del tempo. Questa è la vera ragione per cui nessuno potrebbe tornare indietro nel tempo alla mia festa.

Qualsiasi tipo di viaggio nel passato attraverso wormhole o qualsiasi altro metodo è probabilmente impossibile, altrimenti si verificherebbero paradossi. Così tristemente, sembra che il viaggio nel tempo nel passato non accadrà mai. Una delusione per i cacciatori di dinosauri e un sollievo per gli storici.

Ma la storia non è ancora finita. Questo non rende impossibile viaggiare nel tempo. Credo nel viaggio nel tempo. Il viaggio nel tempo verso il futuro. Il tempo scorre come un fiume e sembra che ognuno di noi sia trasportato incessantemente dalla corrente del tempo. Ma il tempo è come un fiume in un altro modo. Scorre a velocità diverse in luoghi diversi e questa è la chiave per viaggiare nel futuro. Questa idea è stata proposta per la prima volta da Albert Einstein oltre 100 anni fa. Si rese conto che dovevano esserci luoghi in cui il tempo rallenta e altri in cui il tempo accelera. Aveva assolutamente ragione. E la prova è proprio sopra le nostre teste. Nello spazio.

Questo è il sistema di posizionamento globale o GPS. Una rete di satelliti è in orbita attorno alla Terra. I satelliti rendono possibile la navigazione satellitare. Ma rivelano anche che il tempo scorre più veloce nello spazio di quanto non faccia sulla Terra. All’interno di ogni veicolo spaziale c’è un orologio molto preciso. Ma nonostante siano così precisi, guadagnano tutti circa un terzo di miliardesimo di secondo ogni giorno. Il sistema deve correggere la deriva, altrimenti quella piccola differenza potrebbe sconvolgere l’intero sistema, facendo sì che ogni dispositivo GPS sulla Terra si spenga di circa sei miglia al giorno. Puoi solo immaginare il caos che potrebbe causare.

Il problema non risiede negli orologi. Corrono veloci perché il tempo stesso corre più veloce nello spazio di quanto non faccia in basso. E la ragione di questo straordinario effetto è la massa della Terra. Einstein si rese conto che la materia si trascina nel tempo e la rallenta come la parte lenta di un fiume. Più pesante è l’oggetto, più si trascina in tempo. E questa sorprendente realtà è ciò che apre la porta alla possibilità di viaggiare nel tempo verso il futuro.

Proprio nel centro della Via Lattea, a 26.000 anni luce da noi, si trova l’oggetto più pesante della galassia. È un buco nero supermassiccio che contiene la massa di quattro milioni di soli abbattuti in un singolo punto dalla sua stessa gravità. Più ti avvicini al buco nero, più forte è la gravità. Avvicinati e nemmeno la luce può sfuggire. Un buco nero come questo ha un effetto drammatico sul tempo, rallentandolo molto più di ogni altra cosa nella galassia. Questo lo rende una macchina del tempo naturale.

Mi piace immaginare come un’astronave possa trarre vantaggio da questo fenomeno, orbitandolo attorno. Se un’agenzia spaziale controllasse la missione dalla Terra osserverebbe che ogni orbita completa impiega 16 minuti. Ma per le persone coraggiose a bordo, vicino a questo enorme oggetto, il tempo sarebbe rallentato. E qui l’effetto sarebbe molto più estremo dell’attrazione gravitazionale della Terra. Il tempo dell’equipaggio sarebbe rallentato della metà. Per ogni orbita di 16 minuti, avrebbero vissuto solo otto minuti di tempo.

STEPHEN HAWKING come costruire una macchina del tempo

Intorno andavano e venivano, vivendo solo la metà del tempo di tutti lontani dal buco nero. La nave e il suo equipaggio avrebbero viaggiato nel tempo. Immagina di aver circondato il buco nero per cinque dei loro anni. Dieci anni sarebbero passati altrove. Quando tornarono a casa, tutti sulla Terra avrebbero invecchiato cinque anni in più di loro.

Quindi un buco nero supermassiccio è una macchina del tempo. Ma ovviamente non è esattamente pratico. Ha dei vantaggi rispetto ai wormhole in quanto non provoca paradossi. Inoltre non si distruggerà da solo in un lampo di feedback. Ma è piuttosto pericoloso. È molto lontano e non ci porta nemmeno molto lontano nel futuro. Fortunatamente c’è un altro modo di viaggiare nel tempo. E questo rappresenta la nostra ultima e migliore speranza di costruire una macchina in tempo reale.

Devi solo viaggiare molto, molto velocemente. Molto più veloce anche della velocità richiesta per evitare di essere risucchiato in un buco nero. Ciò è dovuto a un altro fatto strano sull’universo. C’è un limite di velocità cosmica, 186.000 miglia al secondo, noto anche come la velocità della luce. Niente può superare quella velocità. È uno dei principi meglio affermati nella scienza. Che ci crediate o no, viaggiare alla velocità della luce vi trasporta nel futuro.

Per spiegare perché, immaginiamo un sistema di trasporto di fantascienza. Immagina una pista che circonda la Terra, una pista per un treno superveloce. Useremo questo treno immaginario per avvicinarci il più possibile alla velocità della luce e vedere come diventa una macchina del tempo. A bordo ci sono passeggeri con un biglietto di sola andata per il futuro. Il treno inizia ad accelerare, sempre più veloce. Presto sta circondando la Terra ancora e ancora.

Avvicinarsi alla velocità della luce significa girare la Terra piuttosto velocemente. Sette volte al secondo. Ma non importa quanta potenza abbia il treno, non può mai raggiungere la velocità della luce, poiché le leggi della fisica lo proibiscono. Invece, diciamo che si avvicina, appena timido di quella velocità massima. Ora succede qualcosa di straordinario. Il tempo inizia a scorrere lentamente a bordo rispetto al resto del mondo, proprio come vicino al buco nero, solo di più. Tutto sul treno è al rallentatore.

Questo accade per proteggere il limite di velocità e non è difficile capire perché. Immagina un bambino che corre in avanti sul treno. La sua velocità di avanzamento viene aggiunta alla velocità del treno, quindi non potrebbe rompere il limite di velocità semplicemente per caso? La risposta è no. Le leggi della natura impediscono la possibilità rallentando i tempi a bordo.

Ora non può correre abbastanza veloce da superare il limite. Il tempo rallenterà sempre quanto basta per proteggere il limite di velocità. E da ciò deriva la possibilità di viaggiare per molti anni nel futuro.

Immagina che il treno abbia lasciato la stazione il 1 ° gennaio 2050. Fa il giro della Terra più e più volte per 100 anni prima di fermarsi alla fine del giorno di Capodanno del 2150. I passeggeri vivranno solo una settimana perché il tempo è rallentato. molto all’interno del treno. Quando uscivano, avrebbero trovato un mondo molto diverso da quello che avevano lasciato. In una settimana avrebbero viaggiato per 100 anni nel futuro. Naturalmente, costruire un treno che potrebbe raggiungere tale velocità è del tutto impossibile. Ma abbiamo costruito qualcosa di molto simile al treno al più grande acceleratore di particelle al CERN di Ginevra, in Svizzera.

Nel sottosuolo profondo, in un tunnel circolare lungo 16 miglia, c’è un flusso di trilioni di minuscole particelle. All’accensione, accelerano da zero a 60.000 mph in una frazione di secondo. Aumenta la potenza e le particelle diventano sempre più veloci, fino a quando non sfrecciano intorno al tunnel 11.000 volte al secondo, che è quasi la velocità della luce. Ma proprio come il treno, non raggiungono mai quella velocità massima. Possono arrivare solo al 99,99 per cento del limite. Quando ciò accade, anche loro iniziano a viaggiare nel tempo. Lo sappiamo per alcune particelle di durata estremamente breve, chiamate pi-mesoni. Di solito, si disintegrano dopo appena 25 miliardesimi di secondo. Ma quando vengono accelerati alla velocità della luce quasi durano 30 volte di più.

E ‘davvero così semplice. Se vogliamo viaggiare nel futuro, dobbiamo solo andare veloci. Davvero veloce. E penso che l’unico modo in cui siamo probabilmente in grado di farlo è andando nello spazio. Il veicolo con equipaggio più veloce della storia fu l’Apollo 10. Raggiunse i 25.000 chilometri all’ora. Ma per viaggiare nel tempo dovremo andare più di 2.000 volte più velocemente. E per farlo avremmo bisogno di una nave molto più grande, una macchina davvero enorme. La nave dovrebbe essere abbastanza grande da trasportare un’enorme quantità di carburante, abbastanza da accelerarla fino quasi alla velocità della luce. Arrivare al di sotto del limite di velocità cosmica richiederebbe sei anni interi a piena potenza.

L’accelerazione iniziale sarebbe delicata perché la nave sarebbe così grande e pesante. Ma gradualmente aumenterebbe la velocità e presto coprirà enormi distanze. In una settimana avrebbe raggiunto i pianeti esterni. Dopo due anni raggiungerebbe la mezza luce e sarebbe molto al di fuori del nostro sistema solare. Due anni dopo viaggerebbe al 90 per cento della velocità della luce. A circa 30 trilioni di miglia dalla Terra e quattro anni dopo il varo, la nave avrebbe iniziato a viaggiare nel tempo. Per ogni ora di tempo sulla nave, due sarebbero passati sulla Terra. Una situazione simile all’astronave che orbitava attorno al massiccio buco nero.

Dopo altri due anni di piena spinta la nave avrebbe raggiunto la sua massima velocità, il 99 percento della velocità della luce. A questa velocità, un solo giorno a bordo è un anno intero di tempo terrestre. La nostra nave sarebbe davvero volando verso il futuro.

Il rallentamento del tempo ha un altro vantaggio. Significa che potremmo, in teoria, percorrere distanze straordinarie in una vita. Un viaggio ai margini della galassia richiederebbe solo 80 anni. Ma la vera meraviglia del nostro viaggio è che rivela quanto sia strano l’universo. È un universo in cui il tempo scorre a ritmi diversi in luoghi diversi. Dove esistono minuscoli wormhole intorno a noi. E dove, alla fine, potremmo usare la nostra comprensione della fisica per diventare veri viaggiatori attraverso la quarta dimensione.

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