Cosa è un wormhole e perché potresti andare sul tuo pianeta prefe in zero secondi

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Qualche giorno fa ho rivisto Interstellar insieme a mia sorella. La mia prima visione risaliva ad almeno quattro anni fa, prima degli studi scientifici che ho intrapreso – seriamente – solo ultimamente, e ho quindi deciso di dare una seconda chance a questo splendido film (che comunque mi aveva lasciato qualcosa anche ai tempi).

Pianeta Terra prosciugato da una cattiva gestione umana e astronavi che compiono viaggi interstellari levano ogni dubbio sulla categoria cinematografica e letteraria in cui questa storia va collocata: la Fantascienza. Si parla quindi di quell’insieme di situazioni che prendono spunto dalle tecnologie di oggi trasponendole in un futuro più o meno lontano nella loro versione esagerata.

C’è un fondo di verità però; una base, appunto, scientifica. Nessuna delle parole utilizzate in Interstellar è pronunciata a sproposito, nessuna battuta e nessun monologo può essere ritenuto fantasia totale. Nemmeno la faccenda degli wormholes.

E qui voi impazzite: «CERTO FRATEEEEEEEEE I PORTALI SPAZIOTEMPORALI»; «SISISISISISIIIIII ME NE HANNO PARLATO IN CHIESAA»; «COME NOOOO NE HO VISTO UNO A RICCIONE SAI???». Lo so, vi credo. Nella cultura pop si parla di wormholes ormai da anni, e tutti li abbiamo sentiti perlomeno nominare almeno una volta. Ma cosa è davvero un wormhole?

cosa è davvero un wormhole?

Fogli che si piegano, matitine che tracciano righe su questi fogli, professori che la domenica pomeriggio in televisione cercano di rimorchiare le veline del programma in questione dicendo «Einstein» e «amore eterno» nella stessa frase. I modi con cui è stato tentato di spiegarvi questa cosa sono praticamente infiniti, ma ditemi la verità: avete mai avvertito, in conclusione a queste spiegazioni, la sensazione di avere davvero capito? E non dovete vergognarvi di scuotere il capo, perché con tutta probabilità nemmeno chi ve lo stava spiegando sapeva cosa stava succedendo facendo svolazzare quel foglio diviso in due. E ora le belle notizie.

COS’È ‘STA ROBAAAAAAAAAAAAAAAAAA

Quando non capite una cosa, ricordatevelo, non è mai colpa vostra. Non è vero che non la capite perché «siete stupidi»; semplicemente: avete delle conoscenze arretrate.

In Matematica e Fisica questo è più vero che mai: per capire la maggior parte delle discussioni ci saranno tutta una serie di cose (generalmente non poche) che dovete già sapere. Senza di esse, il buio (pensate a come si potrebbe spiegare il concetto di radice quadrata o di potenza senza sapere cosa è una moltiplicazione). Il discorso wormhole rientra assolutamente in questa categoria di discussioni.

Non è possibile racchiudere in un blogpost tutta la Teoria della Relatività, ovvero gli studi del caro amico Albert Einstein necessari a una vera comprensione di ciò di cui stiamo parlando. Ma va bene così: non credo che abbiate aperto questo mio scritto con l’idea di laurearvi in Fisica Teorica domani mattina. Avere un’idea di quali assurde idee possano retrostare a questi maledetti portali spaziotemporali è tuttavia possibile.

Non vi parlerò di buchi neri, non di dilatazione e contrazione del tempo. Eppure alla comprensione degli wormholes vi ci porto, e, lo spero davvero, definitivamente.

Prima di scrivere questo articolo ho chiesto a un po’ di amici che cosa fosse per loro un wormhole. Questa è stata la risposta di Anna.

Una, due e poi tre dimensioni

Cosa vuol dire che l’Universo ha tre dimensioni? Pensatevi fluttuanti nello Spazio. I movimenti che potete compiere sono solamente tre:

• andare avanti o indietro;
• spostarvi a destra o a sinistra;
• volare più in alto o più in basso.

Se ci pensate, i tragitti potranno essere anche molto complicati, ma comunque tutti combinazioni di questi tre movimenti. Il significato della frase iniziale “l’Universo ha tre dimensioni” è proprio questo.

Per una superficie la questione è più semplice. Si pensi per esempio alla superficie del mare. Una nave che la naviga avrà solo due tipi di movimento da poter compiere, e precisamente i primi due dell’elenco precedente:

• andare avanti o indietro;
• spostarsi a destra o a sinistra.

Non è possibile andare al di sotto o al di sopra del mare senza abbandonare la sua superficie. Il significato di “mondo a due dimensioni” è questo: mondo in cui soltanto due movimenti sono possibili.

Semplifichiamo ancora e pensiamoci su un treno posizionato nel suo universo: i binari. Povero treno, che vita monotona lo attende. I suoi possibili movimenti? Soltanto uno:

• andare avanti, andare indietro.

Povero treno, che vita monotona lo attende.

La possibilità di compiere un solo tipo di movimento rende il mondo del treno (la rotaia) e tutte le linee in generale un oggetto unidimensionale, un mondo con una sola dimensione.

Anche gli spaghetti sono (tristi) oggetti a una sola dimensione.

La curvatura dell’Universo

Continuiamo con i due casi più semplici: i «mondi» bidimensionali e quelli unidimensionali.

Viene naturale pensare alla parola «superficie» come sinonimo di «piano» o comunque, almeno nei discorsi che sento nelle piazze e nei mercati della città, non si fa mai riferimento alla possibilità di una superficie di essere curva.

Un foglio piegato rimane però una superficie. Se ci immaginiamo un insettino che ci camminava sopra prima della piegatura, dopo di essa il suo mondo – il foglio – rimarrà comunque a due dimensioni: infatti, su quel rettangolo di carta, l’insetto potrà compiere soltanto due tipi di movimento:

• Andare avanti o indietro;
• Spostarsi a destra o a sinistra.

Un esempio di superficie curva è il mondo su cui viviamo: la superficie terrestre. Vissuta con l’umiltà di un essere umano, infatti, sembra una superficie piatta a tutti gli effetti; tenendo lo sguardo fisso ai nostri piedi non c’è davvero niente che ci faccia pensare che la Terra sia, in realtà, una sfera. La sua superficie rimane una superficie, quindi un mondo a due dimensioni, ma certamente curva, proprio come nell’esempio precedente. Siamo una formichina troppo piccola rispetto al foglio su cui passeggia, non essendo quindi in grado di percepire la curvatura di quest’ultimo.

Siamo una formichina troppo piccola rispetto al foglio su cui passeggia, non essendo quindi in grado di percepire la curvatura di quest’ultimo.

Qui non sapevo che immagine mettere e questa fa sempre scena.

Parlando di linee, quindi di oggetti con una dimensione sola, è invece a mio avviso molto più naturale avere in mente qualcosa di già storto. Se dunque una retta rientra sicuramente in questa categoria, con altrettanta facilità definiamo linea i binari del treno di prima, che se la serpenteggiano su tutta la Terra risultando meno dritti che mai. Proprio in questo senso, anche un mondo a una dimensione può risultare curvo.

E ora il mal di testa: può lo Spazio tridimensionale, l’Universo insomma, essere curvo? Sì, ovviamente la risposta è sì. Il problema è che la nostra mente non può immaginarlo.

può lo Spazio tridimensionale essere curvo?

Quando abbiamo davanti a noi una linea o una superficie che ha una curvatura, la vediamo immersa in un qualcosa di più grande, e precisamente immersa nell’Universo, che di dimensioni ne ha tre. E noi, da esseri esterni alla superficie o alla linea, le dimensioni dell’Universo le percepiamo tutte e tre. Proprio e solo grazie a questa percezione possiamo vedere il foglio e i binari che si piegano. Ma uno Spazio già tridimensionale in cosa lo possiamo immergere? Noi esseri umani: in un bel niente.

Dagli studi di Einstein citati all’inizio emerge però un’ipotesi interessante: sebbene noi non possiamo percepire questa cosa, anche un Universo a tre dimensioni può essere curvo (per effetto della Gravità, ma questo al momento non ci interessa). Immaginandoci – e da qui in poi è davvero tutta fantasia – un individuo sovraumano (però non Gesù) che riesca a percepire una quarta dimensione dello Spazio, lui sì: vedrebbe l’Universo curvo.

un individuo sovraumano che riesca a percepire una quarta dimensione vedrebbe l’Universo curvo.

Il buco tra le dimensioni

Il treno vive un mondo a una dimensione e non sa che, in realtà, il mondo vero ha ben più di una dimensione. Sicuramente almeno tre, da quello che la nostra esperienza ci dice.

Per andare da un punto A a un punto B, pensiamo per esempio a Parigi-Monaco, percorrerà la sua rotaia – unica cosa che riesce a vedere – senza rendersi conto che, considerando tutte le dimensioni dello Spazio, c’era un tragitto ben più breve.

La formica che cammina sul foglio piegato o la nave che percorre il mare non sono molto meglio. Navigano una realtà pensando che le dimensioni siano soltanto due, quando per la verità, lo ripeto: almeno tre ci sono tutte. Prendendo quindi per esempio la prima, l’insetto camminerà su tutto il foglio piegato se partendo da un estremo volesse raggiungere l’altro, senza rendersi conto che «bucando» le sue due dimensioni e sfruttando la terza (quindi navigando l’aria circostante al foglio), potrebbe raggiungere il punto di arrivo percorrendo molta meno strada (e quindi impiegandoci molto meno tempo). Si noti che tanto più il foglio è piegato tanto più la scorciatoia è scorciatoiosa.

Una formica sta per attraversare un wormhole e Michela si assicura del corretto funzionamento del tutto.

Un verme, se ci pensate, fa proprio questa cosa: invece di strisciare su tutta la superficie terrestre, spesso scava un buco nella terra, costruendosi un tunnel che accorcia la lunghezza del tragitto. Buco del verme, in inglese: wormhole.

Gli ultimi due paragrafi sono ciò che tentano di dirvi gli scienziati quando prendono un pezzo di carta e lo bucano con una matita, in modo da collegare — con la matita — le sue due estremità.

Si può bucare lo Spazio tridimensionale? Questa è la domanda finale. La Teoria della Relatività propone varie descrizioni dell’Universo, tutte con una credibilità teorica (nel senso che matematicamente tutte funzionano). Una di queste prevede uno Spazio tridimensionale curvo immerso in un qualcosa con più di tre dimensioni; e con dei tunnel, o wormhole, che proprio grazie a questa curvatura e proprio come nei casi suddetti stabiliscono percorsi molto brevi per collegare punti molto distanti. Questi tunnel sarebbero collocati fisicamente fuori dallo Spazio che percepiamo noi (Interstellar dice: “nell’iperspazio”), esattamente come il viaggio che la formica dovrebbe intraprendere per attraversare il wormhole del suo foglio avrebbe luogo al di fuori del foglio stesso. Il nostro percepire soltanto tre dimensioni dell’Universo rende quindi molto difficile trovare questi wormhole, amesso che essi esistano.

In che senso «ammesso che essi esistano»? Abbiamo detto che tutta questa speculazione scientifica nasce da degli studi e da una teoria molto accreditata: la Relatività Generale. Il concetto di wormhole è quello che un accademico chiamarebbe «educated guess», ovvero uno sviluppo teorico mai verificato nella vita di tutti i giorni che però avrebbe senso di esistere. Quindi ci crediamo o no?

La scelta è vostra, io intanto ne cerco uno.

Qui invece è quando Alice ha trovato il wormhole che stava cercando.

Stefano Martire