Effetto Casimir e antigravità (M. Nardelli) - 05:35, 12/20/2005

Nel suo interessantissimo testo divulgativo "Costruire la macchina del tempo", l'Astrofisico John Gribbin, spiega in maniera molto esaustiva l'antigravità e l'effetto Casimir, fenomeni questi che applicati ad un cunicolo spazio-temporale consentirebbero ad un ipotetico crononauta di viaggiare nel tempo e nello spazio.

La gravità è una forza attrattiva che fa concentrare la materia, tende a creare singolarità e a chiudere la strozzatura dei wormholes (cunicoli spazio-temporali situati all'interno di buchi neri rotanti). Le equazioni della teoria della relatività generale affermano che, per poter mantenere aperto un cunicolo artificiale o non (e poterlo quindi utilizzare per effettuare dei viaggi nel tempo e/o nello spazio), nella sua strozzatura deve essere introdotto qualche tipo di materia o di campo che eserciti una pressione negativa, e a cui sia associata l'antigravità. Notiamo che ci sono delle importanti analogie con il tipo di campo, associato alla versione moderna della costante cosmologica, che si pensa abbia fatto espandere l'universo primordiale.(L'antigravità, quindi, sarebbe stata la causa dell'espansione dell'universo. In termini di teoria di stringa, una stringa anti-bosonica sarebbe stata all'origine del tutto) Il fattore critico perchè il cunicolo possa rimanere aperto è che la pressione negativa (o tensione) esercitata sia maggiore della densità di massa-energia della materia di cui il buco nero è costituito. Quindi, l'antigravità associata alla pressione negativa non deve annullare solo gli effetti della gravità all'interno del cunicolo stesso. Per un buco più o meno della dimensione di una stella di neutroni, la pressione negativa deve essere più forte della pressione ordinaria che c'è nel cuore della stella. La materia ipotizzata che possiede questa proprietà è stata definita materia "esotica". Essa potrebbe esistere realmente. A questo proposito vale la pena di ricordare che il processo di Hawking (evaporazione dei buchi neri che, a quanto sembra, emettono particelle ed in un tempo lunghissimo evaporano, cioè scompaiono dal nostro spazio-tempo) comprende stati di energia negativi, equivalenti ad un genere di pressione negativa che agisce sull'orizzonte di un buco nero. Ma esiste un altro sistema per produrre antigravità: l'effetto Casimir.

La maniera più semplice per capire l'effetto Casimir è quello di pensare a due piastre metalliche parallele posizionate l'una molto vicina all'altra, tra le quali non c'è nulla.

Sappiamo che il vuoto (il nulla, il vuoto quantistico, ovvero, il vuoto perurbativo di stringa) ribolle di attività: ci sono, infatti, coppie particella-antiparticella che costantemente vengono prodotte e che poi si annichilano tra loro. Tra le particelle che si creano e si distruggono continuamente nel vuoto ci sono molti fotoni, particelle che trasportano la forza elettromagnetica, alcuni dei quali sono particelle di luce. Fotoni con gradi diversi di energia sono associati ad onde elettromagnetiche di diverse lunghezze d'onda (e quindi a diverse azioni di stringhe bosoniche, bosoniche in quanto il fotone è un bosone, cioè una particella mediatrice di forza, il bosone della forza elettromagnetica): a lunghezze d'onde minori corrisponde energia maggiore; quindi, un altro modo di considerare questo aspetto elettromagnetico del vuoto quantistico è di pensare lo spazio vuoto come un oceano di onde elettromagnetiche che contiene in se tutte le lunghezze d'onda (quindi tutte le possibili vibrazioni di stringa bosonica). Casimir mise in evidenza che tra due piastre conduttrici di elettricità le onde elettromagnetiche possono assumere soltanto certe forme determinate (praticamente le stringhe bosoniche vibrando possono assumere soltanto determinate forme). Le onde che rimbalzano tra le due piastre si comportano come le onde di una corda di chitarra che, per produrre determinate note, può vibrare solo in determinati modi (e qui l'analogia con la vibrazione di stringhe è palese): le oscillazioni devono essere contenute nella corda in modo tale che non ci siano vibrazioni alla estremità della corda stessa. Per una data lunghezza della corda, le oscillazioni consentite sono la fondamentale e le sue armoniche. Analogamente, solo le radiazioni che hanno certe lunghezze d'onda (quindi solo le stringhe bosoniche che hanno certi modi di vibrazione) possono essere contenute nello spazio compreso tra le due piastre dell'esperimento di Casimir. Quindi, non possono essere contenuti i fotoni che hanno una lunghezza maggiore della distanza tra le piastre. Questo significa che nello spazio compreso tra le piastre ci sono meno fotoni virtuali di quanti non ce ne siano all'esterno: di conseguenza esiste una forza che "avvicina" le piastre. Tale forza si manifesta come attrazione tra le piastre: esse vengono "risucchiate" tra loro e generano dunque pressione negativa. Ed è tale pressione negativa, che produce quindi antigravità, che potrebbe, in linea di principio, mantenere stabili i wormholes (impedendo ad essi di richiudersi) e consentire al nostro intrepido crononauta di effettuare un viaggio nello spazio e nel tempo.

                                           Michele Nardelli