I wormhole sono una caratteristica popolare nella fantascienza, i mezzi attraverso i quali i veicoli spaziali possono raggiungere viaggi più veloci della luce (FTL) e spostarsi istantaneamente da un punto all'altro dello spaziotempo. E mentre la Teoria della Relatività Generale vieta l'esistenza di "wormhole attraversabili, " Recenti ricerche hanno dimostrato che sono effettivamente possibili all'interno del dominio della fisica quantistica.

Gli unici aspetti negativi sono che in realtà impiegherebbero più tempo per attraversare lo spazio normale e/o probabilmente sarebbero microscopici. In un nuovo studio condotto da una coppia di scienziati della Ivy League, l'esistenza di fisica oltre il Modello Standard potrebbe significare che ci sono wormhole là fuori che non sono solo abbastanza grandi da essere attraversabili, ma del tutto sicuro per i viaggiatori umani che cercano di andare dal punto A al punto B.

Lo studio, intitolato "Varchi spaziali umanamente attraversabili, " è stato condotto da Juan Maldacena, il professore di fisica teorica Carl P. Feinberg presso l'Institute of Advanced Study, e Alexey Milekhin, uno studente laureato in astrofisica alla Princeton University. La coppia ha scritto molto sull'argomento dei wormhole in passato e su come potrebbero essere un mezzo per viaggiare in sicurezza nello spazio.

La teoria dei wormhole è emersa all'inizio del XX secolo in risposta alla teoria della relatività generale di Einstein. Il primo a postularne l'esistenza fu Karl Schwarzschild, un fisico e astronomo tedesco le cui soluzioni dell'equazione di campo di Einstein (la metrica di Schwarzschild) portarono alla prima base teorica per l'esistenza dei buchi neri.

Una conseguenza della metrica di Schwarzschild era quello che lui chiamava "buchi neri eterni, " che erano essenzialmente connessioni tra diversi punti nello spaziotempo. Tuttavia, questi wormhole di Schwarzschild (noti anche come ponti Einstein-Rosen) non erano stabili, poiché crollerebbero troppo rapidamente perché qualcosa possa passare da un'estremità all'altra.

Come hanno spiegato Maldacena e Milekhin a Universe Today via e-mail, i wormhole attraversabili richiedono circostanze speciali per esistere. Ciò include l'esistenza di energia negativa, che non è ammissibile nella fisica classica, ma è possibile nel regno della fisica quantistica. Un buon esempio di questo, essi sostengono, è l'effetto Casimir, in cui i campi quantistici producono energia negativa mentre si propagano lungo un cerchio chiuso.

"Però, questo effetto è tipicamente piccolo perché è quantistico. Nel nostro precedente articolo, ci siamo resi conto che questo effetto può diventare notevole per i buchi neri con grande carica magnetica. La nuova idea era usare proprietà speciali di fermioni carichi senza massa (particelle come l'elettrone ma con massa zero). Per un buco nero caricato magneticamente, questi viaggiano lungo le linee del campo magnetico (in un modo simile a come le particelle cariche del vento solare creano le aurore vicino alle regioni polari della Terra)."

Queste particelle possono viaggiare in cerchio entrando in un punto ed emergendo dove sono iniziate nello spazio piatto ambientale. Ciò implica che l'"energia del vuoto" è modificata e può essere negativa. La presenza di questa energia negativa può supportare l'esistenza di un wormhole stabile, un ponte tra punti nello spaziotempo che non collasserà prima che qualcosa abbia la possibilità di attraversarlo.

Tali wormhole sono possibili sulla base della materia che fa parte del Modello Standard della fisica delle particelle. L'unico problema è che questi wormhole dovrebbero essere di dimensioni microscopiche ed esisterebbero solo su distanze molto piccole. Per i viaggi umani, i wormhole dovrebbero essere grandi, che richiede fisica oltre il Modello Standard.

Per Maldacena e Milekhin, è qui che entra in gioco il modello Randall-Sundrum II (noto anche come teoria della geometria deformata a cinque dimensioni). Prende il nome dai fisici teorici Lisa Randall e Raman Sundrum, questo modello descrive l'universo in termini di cinque dimensioni ed è stato originariamente proposto per risolvere un problema di gerarchia nella fisica delle particelle.

"Il modello Randall-Sundrom II si basava sulla consapevolezza che questo spaziotempo a cinque dimensioni potrebbe anche descrivere la fisica a energie inferiori rispetto a quelle che di solito esploriamo, ma che sarebbe sfuggito alla scoperta perché si accoppia con la nostra materia solo per gravità. Infatti, la sua fisica è simile all'aggiunta di molti campi senza massa fortemente interagenti alla fisica conosciuta. E per questo motivo, può dare origine all'energia negativa richiesta."

Da fuori, Maldacena e Milekhin conclusero che questi wormhole assomiglierebbero a dimensioni intermedie, buchi neri carichi che genererebbero forze di marea altrettanto potenti di cui le navi spaziali dovrebbero fare attenzione. Fare quello, essi sostengono, un potenziale viaggiatore avrebbe bisogno di un fattore di spinta molto grande mentre passa attraverso il centro del wormhole.

Ammesso che sia possibile, Rimane la domanda se questi wormhole possano o meno fungere da scorciatoia tra due punti nello spaziotempo. Come notato, precedenti ricerche di Daniel Jafferis dell'Università di Harvard (che consideravano anche il lavoro di Einstein e Nathan Rosen) hanno mostrato che, sebbene possibile, i wormhole stabili impiegherebbero in realtà più tempo per attraversare lo spazio normale.

Secondo Maldacena e il lavoro di Milekhin, però, i loro wormhole non impiegherebbero quasi tempo per attraversarli dal punto di vista del viaggiatore. Dal punto di vista di un estraneo, il tempo di viaggio sarebbe molto più lungo, che è coerente con la Relatività Generale, dove le persone che viaggiano vicino alla velocità della luce sperimenteranno la dilatazione del tempo (cioè, il tempo rallenta). Come hanno detto Maldacena e Milekhin:

"]Per gli astronauti che passano attraverso il wormhole, impiegherebbe solo un secondo del loro tempo per viaggiare 10, 000 anni luce di distanza (circa 5000 miliardi di miglia o 1/10 delle dimensioni della Via Lattea). Un osservatore che non passa attraverso il wormhole e rimane fuori li vede prendere più di 10, 000 anni. E tutto questo senza l'uso di carburante, poiché la gravità accelera e decelera l'astronave."

Un altro vantaggio è che l'attraversamento di questi wormhole potrebbe essere effettuato senza l'uso di carburante poiché la forza gravitazionale del wormhole stesso accelererebbe e decelererebbe l'astronave. In uno scenario di esplorazione spaziale, un pilota avrebbe bisogno di navigare tra le forze di marea del wormhole per posizionare la sua navicella spaziale nel modo giusto, e poi lascia che la natura faccia il resto. Un secondo dopo, sarebbero emersi dall'altra parte della galassia.

Anche se questo potrebbe sembrare incoraggiante per coloro che pensano che i wormhole potrebbero essere un mezzo per viaggiare nello spazio un giorno, Il lavoro di Maldacena e Milekhin presenta alcuni inconvenienti significativi, anche. Per i principianti, sottolineano che i wormhole attraversabili dovrebbero essere progettati utilizzando una massa negativa poiché non esiste alcun meccanismo plausibile per la formazione naturale.

Anche se questo è possibile (almeno in teoria), le necessarie configurazioni spazio-temporali dovrebbero essere presenti in anticipo. Comunque, la massa e le dimensioni coinvolte sono così grandi che il compito sarebbe al di là di qualsiasi tecnologia pratica che possiamo prevedere. Secondo, questi wormhole sarebbero sicuri solo se lo spazio fosse freddo e piatto, che non è il caso al di là del modello Randall Sundrum II.

Oltre a tutto ciò, qualsiasi oggetto che entrasse nel wormhole sarebbe accelerato e anche la presenza di radiazioni cosmiche di fondo pervasive costituirebbe un pericolo significativo. Però, Maldacena e Milekhin sottolineano che il loro studio è stato condotto allo scopo di dimostrare che possono esistere wormhole attraversabili come risultato della "sottile interazione tra relatività generale e fisica quantistica".

In breve, è improbabile che i wormhole diventino un modo pratico per viaggiare nello spazio, almeno, non in alcun modo prevedibile. Forse non sarebbero al di là di una civiltà Kardashev di tipo II o di tipo III, ma sono solo speculazioni. Comunque, sapere che un elemento importante nella fantascienza non è al di là del regno delle possibilità è certamente incoraggiante.