Il viaggio nel tempo è possibile con un oggetto di massa infinita?

Il concetto di viaggio nel tempo ha affascinato l’immaginazione dell’umanità per decenni. Da sempre, sia i fisici che il pubblico in generale si sono chiesti se il viaggio nel tempo sia una possibilità reale o rimanga un mero sogno fantastico. Sebbene al momento il viaggio nel tempo rimanga una speculazione teorica, ci sono alcune idee interessanti in circolazione, tra cui una che coinvolge un oggetto di massa infinita.

Il viaggio nel tempo: un’introduzione

Per comprendere il concetto di viaggio nel tempo con un oggetto di massa infinita, dobbiamo innanzitutto comprendere alcune idee fondamentali della relatività generale di Albert Einstein. La relatività generale è una delle teorie più importanti della fisica moderna e ci ha fornito una comprensione profonda della gravità e dello spazio-tempo.

Secondo la relatività generale, la massa e l’energia deformano lo spazio-tempo intorno a loro, creando ciò che chiamiamo “curvatura dello spazio-tempo“. Questa curvatura è responsabile dell’effetto della gravità. Gli oggetti in movimento seguono traiettorie lungo questa curvatura, e la gravità è la forza che li spinge a farlo.

Un aspetto interessante della relatività generale è l’effetto della dilatazione del tempo. Questo fenomeno significa che il tempo scorre in modo diverso in luoghi con diversa gravità o in movimento a diverse velocità. Ad esempio, un orologio posto su un satellite GPS in orbita intorno alla Terra corre leggermente più veloce di un orologio sulla superficie della Terra, a causa della minore gravità in orbita. Questo effetto deve essere corretto nei segnali GPS per essere precisi.

Dilatazione del tempo e velocità vicino alla luce

Una delle chiavi per comprendere il viaggio nel tempo è la dilatazione del tempo dovuta alla relatività. Secondo la teoria, quando un oggetto si muove a velocità vicine a quella della luce, il tempo rallenta rispetto a un osservatore in riposo. Questo è noto come l’effetto della dilatazione del tempo.

Immaginiamo una navicella spaziale che viaggia a una velocità significativa, vicina a quella della luce. Gli astronauti all’interno della navicella vedrebbero il tempo trascorrere normalmente per loro, ma per un osservatore esterno sulla Terra, il tempo all’interno della navicella sarebbe notevolmente rallentato. Se questa navicella potesse viaggiare a velocità prossime a quella della luce per un periodo sufficientemente lungo, gli astronauti a bordo potrebbero invecchiare solo di pochi anni, mentre sulla Terra potrebbero essere trascorsi decenni o addirittura secoli.

Questo effetto è stato confermato sperimentalmente in molti esperimenti condotti con particelle subatomiche ad altissime velocità. Ma cosa ha a che fare tutto questo con il viaggio nel tempo?

Velocità vicine a quella della luce e viaggio nel tempo

La teoria della relatività suggerisce che, in teoria, potremmo viaggiare molto nel futuro se potessimo raggiungere velocità prossime a quella della luce. Questo è noto come il viaggio nel futuro. Se un’astronave o un viaggiatore potesse accelerare fino a raggiungere velocità significative vicine a quella della luce e poi ritornare alla Terra, scoprirebbe che è invecchiato molto meno rispetto alle persone rimaste sulla Terra. In effetti, potrebbe essere arrivato nel futuro rispetto a loro.

Tuttavia, questo non è esattamente ciò che la maggior parte delle persone immagina quando pensa al viaggio nel tempo. La visione popolare del viaggio nel tempo coinvolge spesso l’idea di tornare indietro nel tempo per cambiare eventi passati o evitare catastrofi. È qui che entra in gioco l’idea dell’oggetto di massa infinita.

Curvature chiuse dello spazio-tempo

La teoria della relatività generale di Einstein prevede la possibilità di distorcere il tempo a un livello così elevato da ripiegarlo su se stesso, dando luogo a un ciclo temporale. Immagina di viaggiare lungo questo anello; ciò significa che ad un certo punto ti ritroverai in un momento nel passato e inizierai a rivivere gli stessi momenti da allora, ancora una volta – un po’ come un deja vu, tranne che non te ne accorgeresti. Nella letteratura di ricerca, tali costrutti vengono spesso definiti “curve di tempo chiuse” o CTC e popolarmente chiamate “macchine del tempo”. Le macchine del tempo sono un sottoprodotto di efficaci schemi di viaggio più veloci della luce e la loro comprensione può migliorare la nostra comprensione di come funziona l’universo.

Negli ultimi decenni noti fisici come Kip Thorne e Stephen Hawking hanno prodotto lavori fondamentali su modelli relativi alle macchine del tempo.

La conclusione generale emersa da ricerche precedenti, comprese quelle di Thorne e Hawking, è che la natura vieta i cicli temporali. Ciò è forse meglio spiegato nella “Congettura di protezione della cronologia” di Hawking, che essenzialmente afferma che la natura non consente cambiamenti alla sua storia passata, risparmiandoci così dai paradossi che potrebbero emergere se il viaggio nel tempo fosse possibile.

Forse il più noto tra questi paradossi che emergono a causa dei viaggi nel tempo nel passato è il cosiddetto “paradosso del nonno” in cui un viaggiatore torna nel passato e uccide il proprio nonno. Ciò altera il corso della storia in modo tale da far emergere una contraddizione: il viaggiatore non è mai nato e quindi non può esistere. Ci sono stati molti film e trame di romanzi basati sui paradossi derivanti dai viaggi nel tempo – forse alcuni dei più popolari sono i film “Ritorno al futuro” e “Ricomincio da capo”.

Materia esotica

A seconda dei dettagli, diversi fenomeni fisici possono intervenire per impedire lo sviluppo di curve temporali chiuse nei sistemi fisici. Il più comune è il requisito di un particolare tipo di materia “esotica” che deve essere presente affinché esista un ciclo temporale. In parole povere, la materia esotica è la materia che ha massa negativa. Il problema è che non è noto che la massa negativa esista in natura.

Caroline Mallary, dottoranda presso l’Università del Massachusetts Dartmouth, ha pubblicato un nuovo modello di macchina del tempo sulla rivista Classical & Quantum Gravity. Questo nuovo modello non richiede alcun materiale esotico di massa negativa e offre un design molto semplice.

Il modello di Mallary è costituito da due auto super lunghe – costruite con materiale non esotico e con massa positiva – parcheggiate in parallelo. Una macchina avanza rapidamente, lasciando l’altra parcheggiata. Mallary è riuscita a dimostrare che in una tale configurazione è possibile trovare un ciclo temporale nello spazio tra le auto.

Quindi possiamo costruirla?

Se sospetti che ci sia un problema, hai ragione. Il modello di Mallary richiede che il centro di ciascuna automobile abbia densità infinita. Ciò significa che contengono oggetti – chiamati singolarità – con densità, temperatura e pressione infinite. Inoltre, a differenza delle singolarità presenti all’interno dei buchi neri, che li rendono totalmente inaccessibili dall’esterno, le singolarità nel modello di Mallary sono completamente nude e osservabili, e quindi hanno veri effetti fisici.

Nemmeno i fisici si aspettano che oggetti così particolari esistano in natura. Quindi, sfortunatamente, una macchina del tempo non sarà disponibile a breve. Tuttavia, questo lavoro mostra che i fisici potrebbero dover affinare le loro idee sul motivo per cui le curve di tipo tempo chiuse sono vietate.