Come costruire astronavi più veloci della luce (ed altre imprese eroiche)

[Hero81]

Ciao a tutti,

nessuno in questo forum lo sa ma io a tempo pero sono web master di una pagina Facebook titolata FTL Spaceships.

Non è difficile da trovare: basta googlare FTL spaceships e dovreste vederla al primo posto.

Vi sconsiglio comunque di visitarla: si tratta di una pagina di fisica speculativa, scritta in un inglese maccheronico di bassa qualità in cui si investiga la possibilità di costruire astronavi più veloci della luce.

 

Ebbene: dopo circa due anni di spremitura di meningi credo di esserci arrivato. So come fare a superare la velocità della luce.

"Ahahaha si e io sono mandraken" so già che stai pensando questo amico lettore. Ma arriva fino in fondo a questo post e, scommetto, che, se te ne intendi di fisica, ci sono ottime possibilità che tu ti ricreda.

 

Adesso la discussione si farà piuttosto tecnica, evoco, come peer reviewer, @MattoMatteo e @Dyeus che mi pare siano del ramo.

 

Tutto parte da una domanda: le coppie virtuali gravitano o no? Domanda annosa che affligge la fisica da quando Relatività Generale e Elettrodinamica quantistica sono state create.

Di recente l' INFN ha finanziato un esperimento atto a rispondere a tale domanda: il setup concettuale dell'esperimento è piuttosto semplice.

Se le coppie virtuali gravitano allora il vuoto di Casimir in cui, è noto, ci sono meno coppie virtuali rispetto al vuoto ordinario, dovrebbe come una bolla di gas in un fluido essere respinto gravitazionalmente dalla materia e, per il principio di azione e reazione, dovrebbe a sua volta respingere gravitazionalmente la materia.

Misurare questa interazione è compito di sperimentali molto in gamba ed un riassunto dei loro sforzi lo trovate qui: Weighing the vacuum with the Archimedes experiment

Quello che più mi interessa dell'articolo è la relazione che lega la forza repulsiva esercitata da vuoto di Casimir all'energia (negativa) tra le piastre.

La forza è proporzionale all'energia e inversamente proporzionale a c^2.

 

Voi penserete: l'energia negativa legata al vuoto di Casimir è debole e cosi lo sarà la forza. In realtà esiste un modo di aumentarla arbitrariamente: usare un campo magnetico tra le due piastre ortogonale alle piastre stesse. I dettagli, con la derivazione dell'effetto eseguita usando la QED, li trovate qui: The Infuence of an External Magnetic Field on the Fermionic Casimir Effect

Guardata in particolare le formule 9 e 10.

 

Si ma: come mai il campo magnetico (o anche quello elettrico) producono tale effetto.?

Risposta lunga: La spiegazione vaga, imprecisa, maccheronica ma comprensibile anche ai non addetti ai lavori è questa .... le coppie virtuali sono dipoli. In presenza di un campo elettrico o magnetico i dipoli si comportano allo stesso modo: si allineano oscillando alle linee di forza del campo. Se il campo è ortogonale alle piastre anche i dipoli lo diventano. Siccome l'effetto Casimir inibisce proprio i dipoli ortogonali si ha questo effetto accrescitivo. 

Risposte breve: l'elettrodinamica quantistica implica questo effetto....è una conseguenza delle sue equazioni.

 

Per cui al divergere del campo magnetico l'energia tra le piastre tende a meno infinito....e cosi anche la forza gravitazionale repulsiva esercitata dal vuoto di Casimir diverge.

Questo significa che fornendo un campo magnetico arbitrariamente alto si ottengono gli effetti gravitazionali di una massa negativa arbitrariamente alta.

 

Che conseguenze pratiche ha questo? Che il volo interstellare è servito cari signori.

La massa negativa è infatti una condizione necessaria nota per l' alcubierre warp drive e i wormholes.

Ma voglio spingere una spiegazione mia, originale, che ho battezzato 'Shapiro warp drive'.

Tutti conosciamo l'effetto Shapiro: in presenza di una massa positiva la luce 'rallenta'....copre la distanza tra A e B in un tempo maggiore di d(A,B)/c0.

Ora il punto è questo: nelle equazioni di Einstein non c'è nessun vincolo sulla positività della massa (si veda anche massa negativa)...se la massa negativa viene coinvolta le formule dell'effetto Shapiro cambiano segno!

In presenza di una massa negativa la luce 'si velocizza'....copre la distanza tra A e B in un tempo minore di d(A,B)/c0.

Cosi anche particelle ultra relativistiche o astronavi potrebbero coprire la distanza tra A e B in un tempo minore di d(A,B)/c0.

CVD.

 

 

 

 

 

 

[MattoMatteo]

Guarda, non ne sò abbastanza di scienza (pur essendo appassionato) per poter dire se hai ragione, ma mi sembra che il tuo ragionamento fili... e soprattutto, come appassionato di scienza e fantasceinza, spero vivamente che tu abbia ragione!
Comunque, in ogni caso, il problema maggiore penso sia: quanta energia ci vuole per generare un campo antigravitazionale abbastanza potente da muovere un'astronave? Credo che nemmeno i più moderni motori a fissione abbiano una resa sufficente.

[Hero81]

La stima precisa volendo si potrebbe fare. Magari in futuro la posto. In effetti però a naso credo anche io la richiesta di energia sia esorbitante. una possibilità c'è: l'antimateria. L'antimateria è il modo più efficiente dell'universo per immagazzinare energia. Se un cucchiaino di antimateria venisse in contatto con la materia ordinaria farebbe un botto da, non voglio essere impreciso, direi sicuramente gigatoni, non megatoni.

Per cui basterebbe attrezzare l'astronave con un bel serbatoio da qualche tonnellata di antimateria e via....(ovviamente andrebbe contenuta con una apposita 'trappola elettromagnetica')

Non abbiamo modi efficienti di convertire l'energia che produciamo sulla terra in antimateria. Le forme di conversione note sono molto inefficienti.

C'è però una fabbrica di antimateria operosa e vicina: il sole. Bisognerebbe trovare il modo di catturarla fuori dal campo magnetico terrestre: prima che rimbalzi via.

 

 

[Dyeus]

E meno male che sono io che ti mando messaggi chiedendoti "pareri dal quant"! 🤣 no io non sono laureato in fisica o ingegneria, però mio all'epoca mio padre prima di scegliere di fare sperimentare a me e mia madre l'Energia del Vuoto insegnava alla Columbia, quindi sono stato sempre abbastanza biograficamente esposto e curioso. Però se tu mi dicevi che quella formula voleva dimostrare che i piccioni anziché volare accellerano il passo perché probabilmente alzarsi in volo ad ogni avvisaglia di pericolo è energicamente dispendioso, ti avrei creduto. 

 

Parliamo sempre di physics-proof sci-fi, beninteso.  

Ho trovato due paper che parlano di negative time delay di Shapiro. Considera che ne ho sfogliati una ventina, tutti parlano di usare l'antigravità per accelerare la materia vicino alla luce. A parte questo che a pagina 17 dice "We surround the source by a (hypothetical) cloud of negative-mass material, with total mass,-M, equal in magnitude to that of the source. [bla bla bla]The cloud automatically removes the external Shapiro time delay." per non so che cosa. Dimmi tu se significa quello che sembra, che teoricamente una massa negativa crea un time delay inverso. Ma ho trovato anche quest'altro, che nell'abstract dice proprio che vuole dimostrarlo:

 

Qui c'è la migliore tassonomizzazione delle ipotesi FTL che ho trovato:

Nel sito non è presente l'effetto Shapiro, né l'ho trovato da altre parti. Quindi di mio ti direi che è una ipotesi originale oltre che seria, ma non ho fatto una ricerca bibliografica approfondita (che richiederebbe qualche mese) e strumenti fuori dalla mia portata, e non sono un ricercatore. 

Se non sbaglio avevi detto che avevi rischiato di finire pubblicato su un giornale di fisica nazionale. Perché non ti avvicini all'ambiente della ricerca? Mentre non ci sono dei forum in cui parlare specificamente di, che ne so, estetica mascherata da neuroantropologia delle sottoculture, ma di forum dove puoi pubblicare un articolo di fisica ce ne sono! 

Una considerazione storica: il concept del warp drive è del 1994, quel sito sulle ipotesi FTL è del 1998, il paper sulla magnetizzazione dei vuoti Casemir è del 2000, l'articolo che ti ho citato è del 2001. Se tu ti ricordi c'è un film che faceva sfumare uno dentro l'altro l'esistenzialismo europeo e la fisica moderna, proprio i ponti di Einstein Rosen, ed è del 2001. Evidentemente era un tema di punta all'epoca, magari il disegno del warp drive ha entusiasmato su quei temi. Forse c'è anche un effetto psicologico "Fin de siècle" alla scadenza di una data, meglio se una scadenza importante (tipo la fine del millennio) che odora di avvento religioso e che aumenta le aspettative, quindi la predisposizione al rischio anche teorico, a causa di una specie di freschezza da nuovo inizio, specie per chi si occupa di attività teoretiche.

 

Ciao Herino! 

[Hero81]

Grandissimo @Dyeus : grazie per le tua opera di ricerca tra gli articoli.

In particolare mi ha molto colpito questo: 

Cita

Ma ho trovato anche quest'altro, che nell'abstract dice proprio che vuole dimostrarlo

Vado subito a linkarlo su FTL spaceships.

Un poco mi dispiace: pensavo di essere stato il primo a pensarci.

 

Per quanto riguarda European Physics Journal: 

provai a pubblicare tempo fa ma su un argomento diverso benché attiguo: la possibilità di aumentare localmente la velocità della luce usando però solo i campi. Quindi senza usare l'effetto Casimir. Venne fuori, grazie all'eccelsa matematica dell'astrofisico e fisico teorico Alexey Bobrick, che, almeno con campi costanti nel tempo, è impossibile: i campi costanti di qualsiasi grandezza riducono il valore di c0.

Programmi attuali:

se ci riesco provo a pubblicare su un altro giornale (o sullo stesso EPJ) un articolo sull'effetto Shapiro negativo e, in generale, su tutta la pappardella del primo post. Potrei intitolarlo "How to build faster-than-light spaceships" oppure "Fantastic FTL spaceships and how to build them".

Grazie ancora.

[Hero81]

@Dyeus Aggiungo:

come ringraziamento per il lavoro che hai svolto ti allego la 'dimostrazione' (o se vuoi la formulazione dell'ipotesi ) dello Shapiro delay negativo come la pensai originariamente...usando cioè l'interpretazione a vuoto polarizzabile della relatività generale....si tratta di una teoria relativamente nuova isomorfa (in molti casi) alla relatività generale ma con una matematica più semplice.

 

<<Someone in the past asked: why the creation of Casimir Vacuum (a region of superluminal speed for photons) is useful for interstellar travel? We could create superluminal photons but we could not accelerate massive particles.

Now I think I can respond to this question.

The response will be in layman terms so it’s maybe incorrect: I will ask a collaborator of mine in the future to check this reasoning.

In PV interpretation of GR a positive mass changes the value of epsilon and mu in order to change c, in the neighborhood of the mass, to a value smaller than c0.

In the same theory a negative mass changes the value of epsilon and mu in order to change c, in the neighborhood of the mass, to a value higher than c0.

Negative mass is a property of exotic matter and Casimir Vacuum.

I think it could be proved that, in GR, a body accelerated by a positive mass tends to a speed limit smaller than c0 and a body accelerated by a negative mass tends to a speed limit higher than c0.

So the point is this: if you are accelerated by the gravitational force of Casimir Vacuum you can overcome the speed of light. Of course the Casimir Vacuum you obtain with two metallic plates is unsuited for any practical purposes: you need an electromagnetic way to produce it.>>

Il post originale lo trovi sulla pagina Facebook summenzionata: non lo linko perché non credo che l' auto-promozione si possa fare nel forum.

 

Se sei interessato ti allego anche l'articolo originale mio e di Bobrick: EPJ ha fatto una profonda peer review, in cui ci ha lodato ma sostanzialmente non ci ha pubblicato perché abbiamo creato un formalismo nostro piuttosto che usare la QED. In realtà noi il formalismo lo abbiamo creato perché intendevamo esplorare anche valori del campo superiori al limite di Schwinger.

SpeedOfLightProject.pdf

Modificato 29 Gennaio 2021 da Hero81