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La fisica dietro Interstellar

Per la produzione di interstellar, il nuovo kolossal diretto da Christopher Nolan, è stata richiesta la consulenza scientifica di Kip Thorne, uno dei più famosi fisici teorici americani esperti di gravitazione. Il film poggia, dunque, su solide basi e gioca con gli effetti più spettacolari della relatività generale. Cogliamo l'occasione per divertirci ad analizzare dal punto di vista fisico alcuni passaggi del film ed a mettere in luce alcune “licenze poetiche” degli sceneggiatori.

Wormhole

Il wormhole, letteralmente “buco di verme”, è un ipotetico cunicolo spazio-temporale che, se attraversato, permetterebbe di viaggiare tra punti distanti dell’Universo impiegando molto meno tempo di quello necessario alla luce nello spazio normale.

Rappresentazione schematica di un wormhole
Rappresentazione schematica di un wormhole

L’esistenza di questo tipo di scorciatoia è stata teorizzata quasi 80 anni fa da Einstein e Rosen (da cui il nome alternativo ponte di Einstein-Rosen) e appare come una possibile soluzione delle equazioni della relatività generale. Nessun oggetto simile è stato sperimentalmente rilevato mentre le questioni sulla sua reale esistenza, stabilità e percorribilità sono, ancora oggi, oggetto di intenso dibattito. Nel film un wormhole è apparso nei dintorni di Saturno e il suo attraversamento permette all’equipaggio a bordo della Endurance di raggiungere il sistema planetario obiettivo della missione.

Wormhole
Wormhole di Interstellar

Buco nero e slittamento temporale

Uno dei protagonisti assoluti di Interstellar, che attende i nostri eroi all’uscita del wormhole, è Gargantua, il buco nero rotante e omonimo del gigante dall’enorme appetito di François Rabelais.

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Rappresentazione di un black hole

Il buco nero altro non è che il destino finale evolutivo di una stella molto massiccia la quale, esaurito tutto il combustibile a disposizione, esplode nei suoi strati esterni come Supernova. La parte centrale rimanente, molto densa e priva di forme di energia, inizia un’inesorabile contrazione sotto il proprio peso che, se sufficientemente massiccia, non troverà equilibrio. La velocità di fuga cresce al diminuire del raggio del corpo e arriverà presto a superare la velocità della luce. A quel punto un buco nero si è appena formato: niente potrà più uscire dal suo interno, nemmeno la luce. L’orizzonte degli eventi delimita il confine tra dove è possibile, in teoria, tornare indietro e dove, invece, tutto è destinato a convergere verso la singolarità centrale. In prossimità di tali corpi estremamente densi e massicci, la relatività generale mostra tutto il suo fascino, con i suoi paradossi e gli stravolgimenti del senso comune. Le equazioni della relatività ci dicono che il tempo non è una dimensione assoluta e distaccata, che scorre universalmente sempre uguale, ma fa parte insieme allo spazio tridimensionale di un’entità più complessa a 4 dimensioni: lo spazio-tempo. Qui, cambiando sistema di riferimento, il tempo e lo spazio si mescolano insieme in base alle trasformazioni di Lorentz, in modo analogo a ciò che avviene quotidianamente alle componenti della velocità nell’ordinario spazio a tre dimensioni: non è stravolgente pensare che, salendo su un treno, gli alberi che prima vedevo fermi adesso mi appaiono in moto. Gli effetti della relatività, infatti, ci sembrano così assurdi e inconcepibili proprio perché abitualmente ci spostiamo a velocità infinitesime rispetto alla luce o abitiamo su un pianeta ben lontano da una possibile sorgente di campo gravitazionale come Gargantua. In relatività generale la metrica, responsabile in qualche modo della misura delle lunghezze spaziali e degli intervalli temporali, cambia in base alla posizione e al tempo. E’ così che, in prossimità del buco nero, lo spazio-tempo viene deformato dalla gravità e lo scorrere del tempo diventa più lento relativamente ad un osservatore lontano. Passano così ben 23 anni per Romilly, rimasto sulla Endurance, a fronte di poche ore sul pianeta scoperto da Miller. Il tempo diventa “una risorsa, come l’ossigeno o il cibo”. Ma è davvero fisicamente possibile un simile slittamento temporale?

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