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Fisica e Videogiochi: Mass Effect e i viaggi interstellari

Fisica e Videogiochi è una rubrica che unisce scienza e divertimento: scoprite i segreti della fisica possibile e impossibile usata nei videogame.

Benvenuti in questo nuovo appuntamento della rubrica Fisica e Videogiochi. Nel precedente articolo sulla scienza della saga di Mass Effect abbiamo parlato dell’elemento zero, una sostanza in grado di modificare la massa degli oggetti circostanti sottoposta a specifici campi elettrici. Oggi introduciamo una delle tecnologie più importanti della saga basata su questa sostanza: i Mass Relay.

È l’anno 2149. L’umanità scopre che Caronte, uno dei più remoti corpi celesti del nostro sistema solare, nasconde in realtà un gigantesco e antichissimo macchinario alieno che permette di viaggiare in tempi brevissimi fino a uno degli altri macchinari simili disseminati nella galassia: questa scoperta cambierà radicalmente la storia dell’umanità, portandola all’incontro con le altre razze senzienti della Via Lattea.

Creati dai Prothean, una razza aliena estremamente antica ed evoluta, i Mass Relay sono dei macchinari lunghi decine di chilometri che permettono di viaggiare nel cosmo a velocità maggiori di quella della luce, attraversando distanze immense in pochi attimi: ma come fanno?

Il gioco spiega che, grazie alle proprietà dell’elemento zero, questi macchinari sono in grado di creare, tra coppie di Mass Relay, dei “corridoi nello spazio-tempo” attraverso i quali un’astronave è in grado di muoversi privata della sua massa. Ma come mai annullare la massa di un’astronave dovrebbe permettergli di viaggiare così velocemente nello spazio? Scoprirlo assieme.

Come funziona un Mass Relay?

Tutti conoscono la famosa formula della Teoria della Relatività di Einstein: E = mc2. Tuttavia, pochi sanno che questa formula si applica allo studio di oggetti immobili: nella formula per un oggetto in movimento, l’energia necessaria cresce vertiginosamente quando la velocità dell’oggetto si avvicina a quella luce e, per tale valore, diventa infinita.

Appare dunque evidente che, in assenza di energia infinita (che ovviamente è impossibile da raccogliere e contenere), un oggetto con massa non può essere accelerato fino a raggiungere la velocità della luce. Ma se invece si riuscisse a trovare un sistema per rendere privo di massa un oggetto? L’energia si azzererebbe? Conosciamo noi oggi oggetti privi di massa?

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Quando raggiungete la velocità della luce in pochi secondi, ricordate almeno di allacciare le cinture

Attualmente conosciamo alcune particelle prive di massa: le più famose sono ovviamente i fotoni, le particelle che compongono la luce e in generale tutte le onde elettromagnetiche. Esse viaggiano sempre alla velocità della luce, ma trasportano e richiedono, per essere generati, una certa quantità di energia che dipende dalla loro lunghezza d’onda (che, per la luce visibile, si traduce nel “colore” della luce che osserviamo).

Dunque ridurre a zero la massa di un oggetto permette di farlo viaggiare alla velocità della luce, ma non oltre. Ridurre tuttavia la massa di un oggetto potrebbe comunque semplificare moltissimo il viaggio a velocità estremamente elevate, riducendo drasticamente l’energia necessaria per accelerare una nave.

Il problema del tempo

Questo non risolverebbe comunque un altro problema: i tempi necessari per il viaggio. Una maniera comune di calcolare le distanze interstellari è usare l’anno luce, la distanza percorsa dalla luce in un anno terrestre (pari a circa 10.000 miliardi di chilometri). Il centro della galassia, ad esempio, dista da noi circa 25.000 anni luce e dunque un raggio di luce dalla Terra impiega ben 25.000 anni per raggiungerlo

Viaggiare a velocità vicine a quelle della luce modifica lo scorrere del tempo: un astronauta lanciato a velocità elevatissime potrebbe percorrere una tale distanza percependo un tempo impiegato estremamente più breve e questo perché anche le distanze percepite si accorciano. Tuttavia, dalla Terra, si osserverebbe un’astronave a velocità prossime a quella della luce che viaggia verso il centro della galassia e, dopo oltre 25.000 anni, raggiunge il suo centro: tornando indietro l’astronauta troverebbe una Terra invecchiata di oltre 50.000 anni rispetto a lui.

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Questo è un problema ben noto nella fisica relativistica e posto per la prima volta nel famoso “paradosso dei gemelli”: una nave priva di massa in viaggio alla velocità della luce “ridurrebbe” al minimo questo problema, ma non lo eliminerebbe del tutto.

Servirebbe dunque una sorta di “teletrasporto” che permetta non solo di richiedere poco tempo nello spostamento da parte dell’astronauta, ma che questo valga anche per il resto dell’universo. Il teletrasporto noto alla scienza moderna, ovvero il teletrasporto quantistico, mostra numerosi svantaggi: esso infatti è una conseguenza dell’Entanglement quantistico, ovvero una condizione di due particelle generate in coppia che, mantenute prive di perturbazioni esterne, possono di fatto interagire istantaneamente a distanza.

In linea teorica è possibile copiare un oggetto con un enorme gruppo di particelle, comunicando la stessa informazione alle gemelle lontane “clonando” di fatto un corpo a distanza. Tuttavia questa pratica crea un enorme problema: le coppie di particelle sono estremamente difficili da isolare, condizione necessaria per mantenere il loro stato entangled. Inoltre la comunicazione di informazione può avvenire una volta sola, rompendo lo stato entangled.

Le particelle devono essere create nello stesso luogo e successivamente allontanate, riportando il problema ai precedenti metodi di trasporto interstellare. Infine, è stato dimostrato che il corretto trasferimento di informazioni (che sia una comunicazione semplice o una complessa come la struttura degli atomi che formano un oggetto) richiede sempre l’affiancamento di un mezzo di comunicazione “classico” che è costretto a viaggiare alla velocità della luce.

 

Il problema dei viaggi interstellari resta dunque aperto: la fantascienza propone svariate soluzioni, alcune delle quali vengono effettivamente studiate, come la possibilità di usare wormhole, ovvero dei “buchi” nello spazio-tempo, motori a curvatura per modificare la struttura stessa dello spazio-tempo o la più banale ibernazione dell’equipaggio.

È questa la scelta che prende l’umanità per il lunghissimo viaggio verso la galassia di Andromeda, aspettando di raggiungere la meta per svegliarsi da un sonno di secoli. Mentre attendiamo che l’umanità riesca a viaggiare davvero tra le stelle, non ci resta che consolarci con i videogiochi, capaci di emozionare milioni di appassionati e di farci esplorare galassie lontane.


Gianmario Marrelli è laureato in Fisica della Materia presso l’università di Firenze. È un appassionato di Scienza e Tecnologia, Musica, Giochi di Ruolo e da Tavolo, Videogiochi e Storia Medievale. Nella vita si occupa di Tecnologie Digitali applicate alla Didattica, formando i docenti sulle capacità didattiche degli strumenti digitali tra i quali anche i videogiochi.