Introduzione
Niente può viaggiare a una velocità superiore o uguale a quella della luce (ca. 299.792,458 chilometri al secondo). Questa affermazione deriva direttamente dalla teoria della relatività ristretta, formulata da Albert Einstein agli inizi del ‘900.
In verità, Einstein si è sempre trovato di fronte a un dilemma che cozzava con le sue teorie: la fisica quantistica. Per anni ha cercato (invano) una legge che unificasse le sue teorie con quelle della quantistica, che avrebbe probabilmente chiamato teoria quantistica della relatività.
Quella branca della fisica che è chiamata «quantistica» si distingue dalla fisica classica per due motivi principali: esprime la probabilità di avere un risultato (quindi non c’è certezza) e si dedica allo studio delle particelle più piccole dell’atomo. Questa incertezza non è dovuta al fatto che ci mancano le conoscenze per accertarsene: è una qualità stessa del sistema che si osserva, per cui la misurazione sarà sempre basata sulla probabilità.
Velocità iperluce e teoria della relatività
La fisica quantistica è eccezionale, perché ci permette di formulare teorie altrimenti impossibili. Prendiamo un tema abusato nella fantascienza: il viaggio iperluce. Un esempio classico sono le astronavi spinte a una velocità superiore a quella della luce. Vediamo di trasportarlo nella vera fisica.
Secondo la fisica quantistica, esiste la probabilità che una particella possa attraversare una qualsiasi barriera (anche un muro) sbattendoci contro un numero altissimo di volte. È stato fatto un esperimento nel 1993 all’Università di Berkeley, da parte di Raymond Chiao e della sua squadra, che ha stabilito quanto impiega un fotone (cioè la particella che compone la luce) per superare una barriera. Risultato: per riuscirci il fotone avrebbe dovuto viaggiare a una velocità superiore a quella della luce.
Teoricamente la probabilità che la particella superi la barriera esiste. Ma perché abbia successo, dovrebbe superare la velocità della luce, un evento che la relatività esclude. In attesa che la velocità iperluce abbia una conferma, gli scienziati hanno ipotizzato un tipo di particelle particolari: i tachioni.
Tachioni, particelle con massa immaginaria
La teoria della relatività afferma che niente può raggiungere la velocità della luce, ma si riferisce a particelle “materiali”, dotate di massa positiva. Nell’esempio precedente i fotoni sono particelle senza massa, per cui anche l’idea che possano viaggiare oltre la velocità della luce non viola la teoria della relatività.
La teoria della relatività, quindi, non esclude il fatto che una particella con massa pari o inferiore a zero possa nascere a una velocità superiore a quella della luce. Generalmente, lo spaziotempo può essere incurvato solo grazie a una massa di tipo positivo: non esiste niente che possa avere una massa negativa (sarebbe come dire «andare al di sotto di una massa pari a zero»). Questo finché non entriamo nella fisica quantistica.
La fisica quantistica contempla la possibilità che esistano particelle (i tachioni, per l’appunto) con una massa immaginaria (quando è a riposo) e che teoricamente, se elevata al quadrato, diventa negativa. Il concetto è un po’ complesso, ma vediamo cosa comporta.
Le proprietà dei tachioni
I tachioni vengono ad acquistare delle proprietà davvero particolari, contrarie alle proprietà di ogni altra particella. Prima di tutto, essendo di massa negativa, non appena si trovano vicino a una massa positiva (cioè qualsiasi cosa comune che noi conosciamo) vengono respinti. Per un qualsiasi corpo ci aspettiamo che, se gli diamo una spinta, acceleri. Ma il tachione lavora al contrario: più forte lo spingiamo, più rallenta.
In secondo luogo, i tachioni nascono a una velocità superiore a quella della luce. La luce è il nostro spettro visivo: questo significa che, essendo la loro nascita più veloce del nostro spettro visivo, noi vedremmo sempre prima la loro distruzione e poi la loro creazione. In pratica, i tachioni sfidano le leggi secondo cui il tempo procede in una direzione (dal passato al futuro). Questo significa che il tachione può inviare informazioni nel passato, alterando il suo stesso presente e creando così un paradosso insolubile.
Naturalmente, trattandosi di semplici ipotesi, possiamo immaginare che esista una legge per cui il tachione non possa influenzare se stesso nel presente. Tra l’altro, per la sua stessa proprietà, un tachione non può mai scendere sotto la velocità della luce.
Ancora, a differenza di ogni altra particella il tachione aumenta di velocità quando si diminuisce l’energia che gli si somministra. Se ci pensate, è un fatto abbastanza sconvolgente: togliendogli energia, può arrivare a velocità impensabili. In linea teorica, se gli togliamo tutta l’energia, la sua velocità diventa infinita.
L’utilità dei tachioni
È da precisare ancora una volta che l’esistenza dei tachioni non è mai stata confermata e che, anzi, per alcuni fisici si tratta di una teoria campata in aria (per quanto matematicamente sia possibile). Ma atteggiamenti simili li abbiamo visti per numerose ipotesi scientifiche. Dopotutto, non si può arrivare a nuove scoperte senza teorizzare nuove situazioni plausibili.
Ma cosa comporterebbe l’esistenza dei tachioni? Al di là del fatto che la teoria della relatività andrebbe riscritta, salvo trovare degli argomenti convincenti per prevenire il loro “cozzare”, i tachioni ci darebbero un vantaggio concreto nei viaggi nello spazio. Viaggiando più veloci della luce, infatti, ci permetterebbero di raggiungere stelle (e pianeti) lontani in poco tempo.
Per dirla in un modo più chiaro, è possibile prendere un qualsiasi corpo (per esempio un uomo), trasformarlo in tachioni e spedirlo lontanissimo in pochi istanti. Ecco quindi che i viaggi iperluce diventerebbero una realtà.
ATTENZIONE! L’articolo è concettualmente errato!
I tachioni non hanno massa negativa, bensì massa immaginaria. Non confondere i numeri negativi (che sono numeri reali) con i numeri immaginari (il cui quadrato è negativo).
Hai ragione, era un concetto sottile che mi era sfuggito… ho sistemato il punto dell’articolo dove ne parlavo
ragazzi , potete aiutare una povera ignorante.. affamata di sapere ???
se questi tachioni sono raggi , particelle.. ecc. ecc.. come si spiegano i tessuti takionici ?? c’è da credere ? io nn cii arriverei mai ad una spiegazione propria !
grazie.
Penso che chiamare “immaginari” (nome solo storicamente giustificato) i numeri complessi possa creare misconcetti in chi legge…
a me sembra che si parli di fantascienza e non di fisica. una massa non può essere negativa, al limite possiamo parlare di antiparticelle, poi non ci sarebbe nulla di strano se scoprissimo una particella che viaggia più veloce della luce, in questo caso la teoria della relatività varrà comunque per il fantomatico tachione e non più per il molto più reale fotone.
in ultimo, se veramente facessimo una scoperta del genere non potremmo comunque fare i viaggi che te ipotizzi, trasformare un uomo in tachioni poi….oggi raggiungiamo velocità che confrontate a quella della luce (che conosciamo bene) sono uguali a quella di una lumaca…tachionica.
Non hai tutti i torti, nel senso che per definizione la fantascienza è un quadro immaginario basato su fondamenti scientifici: in pratica, si sviluppano teorie realistiche ma non verificate.
I tachioni sono infatti pura teoria. Teniamo conto che le teorie nella fisica quantistica sono ancora in fase di sviluppo e ci sono dibattiti che la riguardano praticamente in ogni settore.
In ogni caso, nonostante tutti i dubbi che possiamo farci, ci sono esperimenti e test sul campo che dimostrano che i postulati della fisica quantistica sono una verità: anche se molti lati ci sono inspiegabili, esce dai normali schemi della fisica classica (quella che si studia a scuola, tanto per intenderci).
Per fare un passo avanti, sarebbe da citare la possibile presenza di dimensioni nascoste: alcune teorie (mosse da scienziati di tutto rispetto) lasciano intendere che debbano esistere almeno 6 o 7 dimensioni che non riusciamo a percepire e dove alcune particelle potrebbero transitare parzialmente; e tra le altre cose, si presume che sia la gravità a tenere unite le dimensioni tra loro in qualche modo. Ma qua sconfiniamo un po’ troppo dall’argomento…
Questo per dire che, fino una prova contraria, ogni teoria è da considerarsi verosimile, per quanto assurda. La scienza parte sempre da teorie e il tachione potrebbe esistere come non esistere.
In un altro articolo ho spiegato nei dettagli tutto quello che comporta:
http://www.manuelmarangoni.it/onemind/4216/cose-la-fisica-quantistica-in-parole-semplici/
Se il tachione usasse davvero il paradosso che ci hai spiegato qui sopra (verrebbe distrutto ancora prima di essere creato) andrebbe costantemente “in dietro nel tempo”.
Ci hai anche spiegato che più l’energia diminuisce, più esso accellera, quindi, quando il tachione finirà l’energia e andrà infinitamente veloce, arriverebbe ancor prima di partire ( anche se riconosco che con questo paradosso sarebbe in costante partenza ). Non creerebbe un paradosso che lo ostina a fare le stesse azioni un numero infinito di volte?
******** *********, 10 anni, Milano
Ho davvero 10 anni, ma sono molto curioso
Quando si gioca con il tempo (dal nostro punto di vista) i paradossi sono inevitabili. Già il fatto di perdere la proprietà di causalità ci porta a diversi problemi, perché siamo abituati a pensare che un effetto sia prodotto sempre da una causa, cosa che apparentemente non succede con i tachioni.
Ecco perchè ci sono scienziati che hanno cercato una teoria per evitare il problema del paradosso, sempre immaginando che il tachione esista. Per esempio, David Bohm ipotizza che il movimento indietro nel tempo sia un effetto ottico che dipende dal sistema di riferimento: si prendiamo un particolare sistema di riferimento “privilegiato”, non c’è un ritorno nel passato.
Tutte teoria, al momento impossibili sia da confermare sia da sperimentare.