Quando la scienza supera la fantasia: Interstellar

Interstellar, film del 2014 prodotto e diretto da Christopher Nolan, è uno dei lungometraggi più scientificamente accurati di sempre.

La trama è molto semplice:
Siamo nel futuro: la Terra è in una situazione critica, le carestie e gli eventi atmosferici, rendono il pianeta un luogo difficile in cui sopravvivere, con un clima a tratti desertico, nel quale la coltivazione di cibo è praticamente impossibile. Cooper, il protagonista, viene reclutato dalla NASA per partire in una missione nello spazio profondo attraversando un wormhole nei pressi del pianeta Saturno, che porta lui e l’equipaggio in un altro sistema planetario, ma il viaggio nel tunnel spazio-temporale ha portato ad un “piccolo” effetto collaterale: La distorsione temporale. Per loro sono passate un paio di ore mentre per coloro che sono sulla Terra sono passati decenni.
Nel frattempo la figlia Murph cresce e diventa una scienziata e studia per risolvere l’equazione, una formula incompleta che se risolta salverebbe l’umanità dall’estinzione imminente.

Dopo essere sopravvissuto a un pianeta dove onde alte quasi 1,5 chilometri spazzano via tutto ciò che incontrano, e dopo essere fuggito da un astronauta traditore che ha tentato di rubare l’astronave per tornare sulla Terra, danneggiandola gravemente, Cooper prende una decisione estrema. Per salvare la sua amica/collega e permettere al velivolo di continuare la missione, si sacrifica e si lascia cadere all’interno di Gargantua, il buco nero supermassiccio che domina il sistema planetario, comportandosi per esso come una stella.
All’interno della singolarità il protagonista finisce nel “Tesseract” (rappresentazione di un cubo su 4 dimensioni o ipercubo), il cuore del mostruoso divoratore, nel quale comunica con la figlia, aiutandola a risolvere l’equazione e salvando cosi l’umanità.
Cooper verrà recuperato nei pressi di Saturno e tornando su una stazione spaziale lì nelle vicinanze, trova la figlia Murph, ormai centenaria sul letto, dandole un ultimo saluto; La ricercatrice, rimasta ormai sola, si trova in un pianeta potenzialmente abitabile, lasciando così la speranza ancora in vita.

Il Wormhole

Il concetto di Wormhole viene presentato all’inizio del film: un tunnel che collega 2 luoghi enormemente lontani nello spazio in un tempo irrealmente ridotto. L’esempio più classico e intuibile è quello del bruco e la mela: per spostarsi da un punto A ad un punto B della superficie della mela, il bruco dovrà camminare sulla superficie di essa, il Wormhole subentra quando, per compiere lo stesso obbiettivo, il bruco comincia a scavarsi un passaggio attraverso la mela, creando un tunnel che collega i 2 punti. I primi a ipotizzare questa teoria furono Albert Einstein e Nathan Rosen. Studiando le soluzioni delle equazioni di campo della Relatività Generale, notarono che lo spazio-tempo può curvarsi e ipotizzarono la possibilità di collegare due punti lontani dell’universo attraverso un passaggio. All’interno di questo passaggio, però, non dovrebbero essere presenti né materia né luce.
Sfortunatamente tutto ciò sovra citato non è reale perché non abbiamo ancora nessuna prova fisico-materiale dell’esistenza dei Wormhole, ma per la Fisica Teorica e la Matematica Teorica essi potrebbero tranquillamente esistere, solo che alcuni modelli teorici possono risultare instabili e di conseguenza collasserebbero all’istante.
In sintesi, fisicamente e matematicamente sono possibili ma non sono dimostrabili nella realtà.

Il Tempo

Il concetto del tempo viene affrontato come nella realtà, nel film si può chiaramente vedere che più ci si avvicina a Gargantua, più il tempo si allunga per quelli che sono nella Terra rispetto a Cooper e gli astronauti, e ciò spiega perchè nel finale del film si vede una Murph anziana sul letto di morte che incontra suo padre che – freschissimo come una rosa – ha gli stessi anni di quando è partito: ma questa cosa è possibile e replicabile nella realtà?
Attraverso la fisica teorica, e in particolare grazie alla teoria della relatività di Einstein, si può comprendere come la presenza di una grande massa influenzi il tempo. Se immaginiamo un punto A fermo nello spazio e un punto B che può muoversi nel cosmo lungo le tre dimensioni (x, y, z), avvicinandosi sempre più a una massa molto grande la differenza di scorrimento del tempo tra i due punti aumenta.
Infatti, la teoria della relatività di Einstein tratta proprio della dilatazione temporale e della velocità della luce, riguardo la prima dice: Lo spazio-tempo è un’entità a 4 dimensioni (lunghezza, larghezza, profondità e tempo) nella quale spazio e tempo sono completamente intrecciati. Nel film questo fenomeno è evidente quando i protagonisti visitano i pianeti che orbitano vicino al buco nero Gargantua. A causa della sua massa enorme, il buco nero genera una fortissima distorsione gravitazionale dello spazio-tempo, che provoca gli effetti mostrati nel lungometraggio.
Questo fenomeno ha un nome e si chiama Curvatura Temporale.

Il Buco Nero:

Per definizione un buco nero viene descritto come una regione dello spazio-tempo con un’attrazione gravitazionale tale, che nulla può sfuggire alla sua presa nemmeno la luce.

Formazione e struttura:
Si formano in estremi e rari casi, nei quali una stella gigante rossa, 15 volte la massa del sole, collassa su se stessa ponendo così fine al suo ciclo vitale. Il risultante di questo collasso è un buco nero.
Questo fenomeno si chiama Collasso Gravitazionale.

Un buco nero non si può osservare direttamente, ma si vede soltanto il suo disco di accrescimento, perché è luminoso, brilla a causa della assurda pressione dovuta dalla forza gravitazionale del buco nero e all’attrito, che è talmente forte da surriscaldare le polveri e i gas presenti tra il disco di accrescimento e l’orizzonte degli eventi. Un buco nero lo vediamo ad “occhio nudo” principalmente per quello.

• Disco di Accrescimento: Anello di polveri e gas che orbita attorno al buco nero, è la sezione più calda che spesso emette raggi X.
• Sfera di Fotoni (o fotonica): Zona di forma sferica che costringe i fotoni, appunto, ad orbitare a causa della gravità.
• Orizzonte degli eventi: Punto in cui se raggiunto non è più possibile sfuggire all’attrazione della gravità. La fisica Teorica spiega che se si volesse sfuggirgli bisognerebbe avere una velocità superiore a quella della luce.
• Singolarità: Cuore del buco nero, un punto che ha volume praticamente trascurabile/nullo e una densità infinita, tutto ciò causa una curvatura dello spazio-tempo che ferma il tempo e le leggi della fisica che comunemente conosciamo risultano non più valide.

Tutto ciò spiegato dell’interno del buco (la Singolarità) è tutto teorico, perché non si ha una prova di cosa possa esserci all’interno e, se si dovesse provare a mandare sonde, satelliti o qualsiasi altro strumento per effettuare una rilevazione, non avremo nessuna risposta perché tutto ciò che entra non uscirà mai, e se nell’ipotesi che rimanga intatto all’interno, non potrebbe mandare all’esterno nessuna informazione, per colpa della mostruosa gravità.

Il film tiene molto più conto della questione della singolarità e della questione del tempo, rispetto all’argomento sulla luce e la sua velocità, dove:

• Tempo: Cooper entrando nel buco nero, nel tragitto che percorre nell’orizzonte degli eventi, aveva il tempo che rallentava sempre di più (motivazione spiegata nel paragrafo “Il Tempo”) e una volta entrato il tempo divenne irrilevante.
  Quando poi lo trovano nei pressi di Saturno e lo portano dalla figlia, è passato moltissimo tempo, ma ciò non è dovuto alla permanenza all’interno del buco nero, ma nell’orizzonte degli eventi.
• La Singolarità: Noi fisicamente non possiamo sapere cosa effettivamente ci sia all’interno di un buco nero, perciò possiamo soltanto limitarci a speculare.
  Nolan, il produttore, decise che all’interno della singolarità ci fosse un “Tesseract” (il cubo in 4 dimensioni) per fini di trama; Da qui si può aprire una discussione perché è come Il Paradosso del Gatto di Schrödinger, ovvero, finché non effettuiamo una misurazione non si ha una risposta decisa e convita. Per ora si può solo Riflettere.