LascienzadiInterstellar
…trarealtàefantasia
Imessaggidelfilm
• Itemi:
KipThorne
– catastrofiplanetarie
– lasfidadeiviaggiinterplanetarieinterstellariper
“andarealtroveepreservarel’umanità”
• Imetodi:
– leterraeincognitaedellastru9uradelmondofisico
– ricercheconobie<vimoltolontanieapparentemente
fantascien>fici
– fisica,biologia,fisiologia,bioingegneria,esobiologia
• Leteorieesaminate:
– lagravitazionequan>s>ca
– leconseguenzedellaquintadimensione,ilbulk
Problemiplanetari
Sovrappopolazione
Riscaldamentoglobale
Infestazionidivegetali
Deser>ficazione
Uragani
Tempeste
disabbia
ecc.
Andare…dove,come?
Marte
TerraformingMars
Stazioniorbitan>
Stanfordtorus
Coopersta>on
AltreTerre…
• Il23luglio2015vieneannunciatalascopertadi
Kepler-452b,unesopianetacheorbitaa9ornoauna
stelladiclasseGnellacostellazionedelCigno,distante
1400annilucedalsistemasolare.
• Èilprimoogge9odalledimensionisimiliaquelle
terrestriadesserestatoscoperto,cheorbitanella
zonaabitabilediunastellamoltosimilealSole.
• Impiegacirca385giorniterrestriperunarivoluzione,
èpiùgrandeesièformatoprimadellaTerra.
• Ungruppodiastronomidell'Harvard-Smithsonian
CenterforAstrophysicshas>matodaida>della
missioneKeplerchenellaViaLa9eavisiano"almeno
17miliardi"dialtreTerre…
…maaqualidistanze!
Comeraggiungerle?
Viaggiinterstellari
• Voyager1viaggiaa17km/sec
• L’astronavediInterstellar,Endurance,viaggia
a20km/seceraggiungeSaturnoin2anni
• Presumibilmentelefuturetecnologie
raggiungerannoi300km/sec
• Sempretroppolen>perandareversoaltre
stelle
• Eneppureviaggiandoallavelocitàdellaluce
SlingshotsuBHbinari
• Effe9ofionda
• Conmolte
“collisioni”si
puòavvicinare
lavelocitàdella
luce
• …MANON
BASTA!
Unpo’diRela=vità
(sedobbiamoragionarenelmacrocosmo)
Warpstemporali
• Iltempoèdeformatodalla
presenzadimasse
• EsperienzadiPoundeRebka
(1959)
• EsperimentoProbeAsurazzo
Scouta10milametri(1976)
• SistemaGPS,satelli>a26milakm
ca.dialtezza:orologiterrestri
sonopiùlen>di38microsecondi
algiorno(rela>vitàspeciale+7,
rela>vitàgenerale-45)
Warpsspaziali
• Lospazioèdeformatodalla
presenzadimasse/energia
• EsperimentodiEddington
(1919)
• EsperimentodiReasenberg
eShapiroconViking1e2
(1976-77)
Ourbraneinthebulk
Onespacedimensionremoved
Quanto“costa”curvarelospazio?
Δx
F
8π G
Tµν
4
c
−k Δx = F
Gµν =
F → Tµν
Δx → Gµν
c4
k=
≈ 5 ×10 47 cgs
8π G
EffeBmareali
• Geode>che:lineecorrisponden>alcammino
piùbrevenellospaziodeformato
• Tendexlines:lelineecheindicanolacurvatura
dellospazio-tempoedefinisconoglieffe<
marealidisqueezingestretching
NewtonEinstein
BlackHoles
Warpsspazialietemporali
• Warpspaziale:nonvalela
geometriaeuclidea
• L’energiacontenutanel
warpcreailwarp
• Singolarità:warpinfinito,
forzemarealiinfinite,
distruzionediqualunque
stru9ura
• Orizzontedeglieven>e
warptemporale
• Scendendoverso
l’orizzonteiltempo
rallentae“siarresta”
• Oltrel’orizzonteiltempo
fluisceversolasingolarità
• Ilfuturoèlasingolarità
• Nullapuòsfuggire
indietroversol’orizzonte
• Tornadospaziale
• BHrotantetrascina
lospazioesterno
• Lavelocitàcresce
versol’orizzonte
BHrotantevistodalbulk(in2D)
BHrotantevistodalnostrospazio
Effe9olentegravitazionale
Gargantua
EsistonoiBH?
• Oppenheimer&Snyder(1939)
• Collassostellare,formazionedi
unBHintornoallastella
collassata
• Lamassaèinghio<tanella
singolarità,distru9adalleforze
mareali
• Rimanesoloilwarpspaziotemporale
• OsservazionideiBHstellarienei
nucleigala<ci(4.1milionidiSoli
ilBHalcentrodellaViaLa9ea)
Miller’splanet
• Ilpianetasitrovainorbitastabileintornoal
BHGargantua
• Periodoorbitaleedirotazionelega>per
evitareforzecentrifughedistru<ve(1.7giorni
dall’esterno,0.1secondisulpianeta)
• IlRangerscendesulpianetau>lizzando
slingshotsuBHdimassaintermediadistribui>
nellezoneintornoaGargantua
Oscillazionie/otsunami
Periododicircaun’ora
Mann’splanet
• Nuvoledi
ghiaccio
(CO2e
H2O)
• Highly
elongated
orbit
Lasingolarità
• Lasingolaritàèilpuntodimassimowarpdove
siincontranorela>vitàefisicaquan>s>ca
• Flu9uazioniquan>s>cheallasingolarità
• Lericerchesullagravitàquan>s>ca
• Perarrivareallagravitàquan>s>caoccorre
studiarelesingolarità
• Lesingolaritàsononascostedall’orizzonte
• Esistonosingolaritànude?
• Prodo9edaunabendefinitaimplosionedi
un’ondagravitazionale
• Improbabileinnatura….
• Lesingolaritàsono
instabili(inRG)
• Lesingolarità
cao>chediBelinsky,
Khalatnikove
Lifshitz(1971)
• Violen>warps,
distruzionedella
materia
• Chesuccedeagli
atomialla
singolarità?
• Servelagravità
quan>s>ca
• Altresingolarità,nontroppopericolose
(gentle)
• Incadutaversoeinrimbalzodalasingolarità
awarpinfinito
WormHole
• Comesuperareilimi>divelocità
• LudwigFlamm,Vienna(1916)
• Einstein-Rosenbridge(1935)
Wheeler&Fullerinstability(1962)
Temposcalamoltobreve
• Ipotesi:energiaeso>canega>vacheallontani
iraggiluminosietengaapertoilwormhole
(Contact,Sagan&Thorne1985)
• Effe9oCasimir,energiadelvuoto
• Forse…maserveunatecnologiaavanzata
Vistodalbulk
(in2D)
Vistodalnostro
Universo
Checosasivedeallebocchedelwormhole?
DallaCaliforniaaDublino
Viaggionelwormhole
Anomaliegravitazionali
• AnomalianelmotodiUrano(LeVerrier1846):ha
confermatolateoriagravitazionalediNewton
• Anomalianelmotodiprecessionedelperieliodi
Mercurio(LeVerrier1859):haconfermatola
teoriagravitazionalediEinstein(1919)
• Anomaliadelmotodellegalassienell’ammasso
diComa(Zwicky1933):harivelatolamateria
oscura
• Espansioneacceleratadell’Universo(Perlmu9er,
Reiss,Schmidt1998):harivelatol’energiaoscura
AnomaliegravitazionaliinInterstellar
• Effe<marealiin
fenomeniterrestri
• Anomali
cambiamen>delle
tendexlines
• Contemporanea
comparsadel
wormholevicinoa
Saturno
La“soluzione”diThorne
• …usandoprincipidellarela>vitàgenerale,e
l’ideacheilnostroUniversosiaimmersoinun
bulkacinquedimensioni(4spazio+1tempo)
UnwormholevicinoaSaturno
• L’ideaoriginaria:trasmissionediinformazioni
a9raversounwormhole
• “Vedere”ondegravitazionaliemessenellontano
Universo
• Collisionediduestelledineutroni(odueBH)
• Emissionediondegravitazionali
Gliesseridelbulk
• In4dimensioninonpossono
esistereinostriatomi
• Nessunapossibilitàdi
interazionecongliesseridel
bulk,salvowarpsgravitazionali
mareali
• Leanomaliegravitazionalisono
ilsegnodell’esistenzadelbulke
deisuoi“abitan>”
• Nelfilmsisuggerisceche
possanoessereinostri
discenden>…!
Forzagravitazionalenelbulk
An>deSi@erwarping
Riduzionedelle
distanzenelbulk
parallelamentealla
nostramembrana
Anomaliegravitazionali
• Checosaleproduce?
1. Influenzediogge<delbulk
2. Passaggiodiogge<nellanostramembrana
3. UncampodelbulkperturbailnostroUniverso
L’EQUAZIONE
• Comprendereleanomaliea9raversoleleggidella
gravitàquan>s>ca
• Leleggidellagravitàquan>s>casonoo9enibili
nellasingolaritàdeiBHdoveesistelamassima
compenetrazionedirela>vitàequan>s>ca
• IfprofessorBrandcoulddiscoverthequantumgravitylawsfor
thebulkaswellasforourbrane,thenbydiscardingthose
laws’fluctua>ons,hecoulddeducethepreciseformofhis
equa>on
• Obie<vo:controllarelagravità,modificareG
• (Nelfilm:abbandonarelaTerra)
Ilvolofinaledell’Endurance
Orbitacri>ca
TuffodeiRangersversoilBH
• SlingshotdelRangerperevitaredi
essereraggiuntodallasingolarità
incaduta
• Immaginiprovenien>dall’esterno
delBHcheraggiungonoilRanger
viaggiandoallavelocitàdellaluce
Disco
(up)
Materiaincaduta
(down)
BH
(down)
Ipercubootessera9o
• Coopervieneca9uratoinunafaccia3D
dell’ipercubo(isuoiatominonesistonoin4D)
• Ètrasportatonelbulk(ladistanzaèsolo1AU
invecechemiliardidianniluce)
• Cooperparcheggiatopressolastanzadella
figlia
• Lavededaognidirezione…
• …eintempidiversi
• Segnaliluminosiviaggianosolonelfuturo
• Segnaligravitazionalipossonoandareanche
nelpassatopassandoa9raversoalbulk
Fantasiaorealtà?
• Unprogrammabeninventato
• Soluzioniaccuratesecondolea9uali
conoscenze
• Estrapolazioninonimpossibili
• Noiperorasiamo“a9acca>”allanostra
Terra!
• Domani…
…masperiamoinqualcosadimeglio!
