L’esplorazione spaziale, almeno per l’essere umano nella sua forma biologica, è confinata al nostro Sistema Solare. Il nostro giardino di casa è già piuttosto “grandicello“, se pensiamo che ancora oggi nessun astronauta ha raggiunto, neppure in orbita, Marte che fondamentalmente dista soltanto sei mesi di viaggio con l’attuale tecnologia di propulsione. Figuriamoci andare a spasso per la nostra galassia, la Via Lattea, che come sappiamo, ha un diametro di circa 100 000 anni luce e uno spessore, nella regione dei bracci, di circa 1 000 anni luce.
Distanze immense per un’esplorazione spaziale umana, nella speranza di trovare un pianeta accogliente come la Terra. Neanche a parlarne poi se prendiamo in considerazione altre galassie lontane centinaia di migliaia o milioni di anni luce. Anche se potessimo viaggiare alla velocità della luce ci vorrebbero centinaia di anni per raggiungere altre stelle nella Via Lattea e migliaia, se non milioni per addentrarci in un’altra galassia.
Eppure teoricamente viaggiando ad una velocità inferiore a quella della luce, potremmo arrivare all’altro capo dell’universo in un tempo che si conta in giorni e non in secoli o millenni. In base alla teoria della relatività ristretta di Einstein un viaggiatore a bordo di un’astronave che si muovesse verso una stella lontana a una velocità vicina a quella della luce vedrebbe la distanza accorciata.
La teoria della relatività afferma che più ci si avvicina alla velocità della luce, più le lunghezze si contraggono. Quindi, ad esempio, una distanza di 100 anni luce a un viaggiatore in moto a una velocità pari al 99% della velocità della luce apparirà di soli 14 anni luce. Ma se potessimo spingere questa straordinaria astronave al 99,99% della velocità della luce impiegheremmo un solo anno a coprire la distanza da questa stella che dista 100 anni luce.
Se poi fossimo in grado di accelerare ulteriormente la nostra prodigiosa astronave al 99,9999999% della velocità della luce, arriveremmo in soli due giorni alla nostra ipotetica stella lontana 100 anni luce. Tutto senza violare alcuna legge della fisica (perlomeno quelle attualmente conosciute e verificate). Più si viaggia a una velocità vicina a quella della luce, meno tempo ci vuole a raggiungere la destinazione e questo non perché si incrementa di volta in volta la velocità, ma perché più ci si avvicina alla velocità della luce e più breve è la distanza e conseguentemente il tempo necessario a coprirla.
Per i passeggeri dell’astronave che percorrono la distanza accorciata passerà pochissimo tempo, non così per il controllo missione sulla Terra. Infatti se volando al 99,9999999% della velocità della luce arriveremmo alla stella distante 100 anni luce in due giorni, l’equipaggio sarà conseguentemente invecchiato di sole 48 ore. Sulla Terra invece saranno passati 100 anni e nessuno del controllo missione e probabilmente dei loro figli sarebbe ancora in vita.
Per loro infatti il viaggio della super astronave durerà un secolo. Non parliamo poi di eventuali comunicazioni tra l’equipaggio dell’astronave e il nostro pianeta per trasmettere dati o segnalare imprevisti o guasti.
Ma le difficoltà non si limitano al collegamento tra la Terra e la nostra fantastica astronave. Il vero problema è che, con le attuali conoscenze, non potremo mai costruire una navicella che viaggi anche soltanto ai limiti della velocità della luce. La questione centrale è che dobbiamo spostare a queste velocità relativistiche oggetti che hanno una massa (e anche piuttosto considerevole se pensiamo che potrebbero trasportare due o tre astronauti).
In accordo con la teoria della relatività ristretta, ciò che noi misuriamo come la velocità della luce nel vuoto è in effetti la costante fisica c. Questo significa che tutti gli osservatori, a prescindere dalla loro accelerazione o dalla loro velocità relativa, misureranno sempre la velocità delle particelle senza massa (ad esempio i fotoni) come pari a c. Per accelerare un oggetto avente massa maggiore di zero a c sarebbe necessario una accelerazione finita per un infinito periodo di tempo, o una accelerazione infinita per un limitato periodo di tempo. In entrambi i casi comunque tale accelerazione richiederebbe una quantità infinita di energia.
Un corpo che viaggia al 99,5 per cento della velocità della luce avrà massa dieci volte più grande che a riposo. L’aumento di massa di un corpo non significa né che il corpo sia diventato più grande né che abbia un accresciuto numero di atomi, ma che la sua quantità di moto diventa più grande. Secondo Newton la quantità di moto di un corpo è il prodotto della massa per la velocità, la relatività ristretta di Einstein va oltre e afferma che la quantità di moto non risulta più essere proporzionale alla velocità del corpo. Anzi, la quantità di moto diventa infinita quando un corpo va alla velocità della luce. Questo è il motivo perché non è possibile viaggiare alla velocità della luce.
Più un corpo si avvicina alla velocità della luce, più diventa difficile farlo andare ancora più veloce, e l’energia in eccesso invece di far aumentare la velocità fa aumentare la massa. Questo concetto spiega come la più celebre equazione della storia della scienza, E=mc2, affermi che la massa può trasformarsi in energia e viceversa.
E siccome il quadrato della velocità della luce è un numero enorme, una piccola quantità di massa si può convertire in un’energia enorme oppure il contrario. In quest’ottica il principio di conservazione dell’energia, dovrebbe, più correttamente, essere denominato come principio di conservazione dell’energia e della massa.
Fonti:
La fisica del diavolo di Jim Al Khalili
alcune voci di Wikipedia
un altro articolo di Scienza & Dintorni
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