Quando gli esseri umani, gli animali e le macchine si muovono in tutto il mondo, spingono sempre contro qualcosa, che sia la terra, l'aria o l'acqua. Fino a poco tempo, i fisici credevano che questa fosse una costante, seguendo la legge della quantità di moto di conservazione. Ora, i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno dimostrato il contrario:quando i corpi esistono in spazi curvi, si scopre che possono effettivamente muoversi senza spingere contro qualcosa.

I risultati sono stati pubblicati in Proceedings of the National Academy of Sciences il 28 luglio 2022. Nel documento, un team di ricercatori guidato da Zeb Rocklin, assistente professore presso la School of Physics presso la Georgia Tech, ha creato un robot confinato su una superficie sferica con livelli di isolamento senza precedenti dal suo ambiente, in modo che questi predominano gli effetti indotti dalla curvatura.

"Abbiamo lasciato che il nostro oggetto che cambia forma si muova sullo spazio curvo più semplice, una sfera, per studiare sistematicamente il movimento nello spazio curvo", ha affermato Rocklin. "Abbiamo appreso che l'effetto previsto, che era così controintuitivo da essere stato respinto da alcuni fisici, si è effettivamente verificato:quando il robot ha cambiato forma, si è spostato in avanti attorno alla sfera in un modo che non poteva essere attribuito alle interazioni ambientali".

Creazione di un percorso curvo

I ricercatori hanno deciso di studiare come un oggetto si muoveva all'interno di uno spazio curvo. Per confinare l'oggetto sulla sfera con un'interazione minima o uno scambio di quantità di moto con l'ambiente nello spazio curvo, hanno lasciato che una serie di motori azionasse su binari curvi come masse mobili. Hanno quindi collegato questo sistema in modo olistico a un albero rotante in modo che i motori si muovano sempre su una sfera. L'albero è stato supportato da cuscinetti ad aria e boccole per ridurre al minimo l'attrito e l'allineamento dell'albero è stato regolato con la gravità terrestre per ridurre al minimo la forza di gravità residua.

Da lì, mentre il robot continuava a muoversi, gravità e attrito esercitavano leggere forze su di esso. Queste forze si ibridarono con gli effetti di curvatura per produrre una strana dinamica con proprietà che nessuna delle due poteva indurre da sola. La ricerca fornisce un'importante dimostrazione di come si possono ottenere spazi curvi e di come sfida fondamentalmente le leggi fisiche e l'intuizione progettate per lo spazio piatto. Rocklin spera che le tecniche sperimentali sviluppate consentiranno ad altri ricercatori di esplorare questi spazi curvi.

Applicazioni nello spazio e oltre

Sebbene gli effetti siano piccoli, man mano che la robotica diventa sempre più precisa, comprendere questo effetto indotto dalla curvatura può essere di importanza pratica, proprio come il leggero spostamento di frequenza indotto dalla gravità è diventato cruciale per consentire ai sistemi GPS di trasmettere accuratamente le loro posizioni ai satelliti orbitali. In definitiva, i principi su come sfruttare la curvatura di uno spazio per la locomozione possono consentire ai veicoli spaziali di navigare nello spazio altamente curvo attorno a un buco nero.

"Questa ricerca riguarda anche lo studio 'Impossible Engine'", ha affermato Rocklin. "Il suo creatore ha affermato che potrebbe andare avanti senza alcun propellente. Quel motore era davvero impossibile, ma poiché lo spaziotempo è leggermente curvo, un dispositivo potrebbe effettivamente andare avanti senza forze esterne o emettere un propellente:una nuova scoperta". + Esplora ulteriormente

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