La scienza di Interstellar

Nella pellicola fantascientifica di Christopher Nolan c’è tanta scienza che, per una volta tanto, non è stata maltrattata.

Si può parlare di scienza partendo dalla fantascienza? La risposta è sì. Lo abbiamo fatto anche in un precedente articolo sulla scienza di “Dune”. Oggi parleremo di un film sci-fi del 2014 diretto da Christopher Nolan: Interstellar. Non solo perché nel film c’è tantissima scienza che non viene maltrattata, ma anche perché l’idea iniziale della storia è stata concepita da Kip Thorne, premio Nobel per la fisica due anni dopo l’uscita del film. Non per questo la pellicola è perfetta, anzi. Alcune imprecisioni ci sono, ma sono riconducibili a scelte artistiche e cinematografiche. E chi scrive di fantascienza lo sa bene.

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Il wormhole di Interstellar

In uno dei momenti più importanti del film un wormhole apparso nei pressi di Giove consente all’equipaggio della nave stellare Endurance di raggiungere un’altra galassia in poco tempo. In quel frangente l’astronauta Romilly spiega molto bene al protagonista cos’è un wormhole, usando solo un foglio di carta. Se lo spazio avesse due dimensioni dovremmo tracciare una linea per andare da un punto “A” a un punto “B”. Potendo piegare il foglio (e quindi lo spazio) e creare un passaggio (un buco) potremmo andare da un punto all’altro in men che non si dica. Se l’imboccatura del tunnel è un cerchio in due dimensioni, diventerà una sfera in tre dimensioni.

All’interno del wormhole si vedono immagini distorte delle stelle: il motivo è che lo spazio dall’altra parte è curvato proprio dalla presenza del wormhole. L’idea che esista una regione dello spazio chiamata iperspazio, che la navicella può attraversare indenne, invece, è del tutto ipotetica poiché nessuno ha mai davvero attraversato un wormhole.

Passiamo a Gargantua, il buco nero supermassiccio intorno al quale orbitano i pianeti di Miller e Mann. Ha una massa 100 milioni di volte più grande di quella del Sole e la sua rappresentazione è estremamente realistica nel film. Nessuno ha mai visto un buco nero così da vicino, ma le simulazioni scientifiche mostrano qualcosa di molto simile a quello che vediamo in Interstellar. Il team che ha prodotto la grafica di Gargantua ha usato equazioni fornite da Thorne stesso, ma non solo. Un’altra cosa importante da notare è che il disco di accrescimento attorno a Gargantua contiene poco materiale: questo può accadere se un buco nero così grande non ingloba nessuna stella per milioni di anni. Quindi avvicinandosi al buco nero non si viene disintegrati, proprio perché il disco non è caldissimo e non emette grandi quantità di radiazioni. È comunque abbastanza caldo e luminoso da rendere “abitabili” i pianeti che gli orbitano intorno.

Il pianeta di Miller

Sul pianeta di Miller il tempo scorre più velocemente rispetto a chi è rimasto sull’Endurance. La dilatazione temporale a cui si fa riferimento nel film è di 7 anni terrestri per ogni ora passata sul pianeta. Per ottenere questo effetto c’è bisogno che il pianeta orbiti vicino all’orizzonte degli eventi, ma che al tempo stesso non venga ingoiato dal buco nero. Thorne ha immaginato che Gargantua ruoti su se stesso ad una velocità enorme, la velocità massima consentita dalla relatività generale. Per chi lo osserva da lontano, il pianeta di Miller fa un’orbita attorno a Gargantua in circa due ore (a circa la metà della velocità della luce). L’orbita avviene quindi in un decimo di secondo. Inoltre, a causa dell’enorme effetto marea, il pianeta di Miller viene deformato e mostra sempre la stessa faccia al buco nero. Che è un po’ quello che succede con la Luna, che mostra sempre la stessa faccia alla Terra. Nel film c’è di mezzo un buco nero, ecco perché le maree sono un po’ più estreme.

Il tesseratto

Arriviamo alla parte più complicata del film. Verso la fine Cooper decide di entrare dentro Gargantua, sia per salvare Brand (non ce la farebbe a raggiungere il pianeta di Edmunds se dovesse portarsi dietro il suo peso), sia per un’altra ragione. L’interno del buco nero potrebbe avere preziose informazioni sulla gravità quantistica, che servirebbero a completare le equazioni del professore, permettendo all’umanità di conquistare la gravità e abbandonare la Terra. Ma entrando nel buco nero, Cooper non dovrebbe morire?

Se ci limitiamo alla descrizione di un buco nero che ci offre la relatività generale, sì. Qui però il film sfrutta idee teoriche del tutto ipotetiche che permettono a Cooper di sopravvivere. Nella finzione del film esistono poi esseri in grado di muoversi fra le dimensioni: sono loro a salvare Cooper creando un ipercubo, ovvero un tesseratto, di cui abbiamo parlato anche in un precedente articolo.

Cooper si ritrova quindi a osservare la stanza della figlia. Questo è il momento forse più incomprensibile del film, ma proviamo ad analizzarlo. Gli esseri che hanno creato il tesseratto vedono il tempo come fosse un’altra dimensione fisica. Quindi Cooper si trova davanti la stessa stanza vista in tempi diversi e capisce che può spostarsi lungo la dimensione temporale balzando da un tempo all’altro. Attenzione, però: non si trova fisicamente nello stesso spazio della figlia. Facciamo un esempio pratico.

La libreria di Interstellar

Immaginiamo il solito foglio di carta (quindi un universo a due dimensioni), nel quale c’è Murph da una parte e Cooper dall’altra. Secondo le idee teoriche su cui è basata questa sequenza, tutte le interazioni e le particelle che conosciamo si muovono nello spazio tridimensionale, quindi possono anche propagarsi attraverso le facce bidimensionali dell’ipercubo e possono raggiungere Cooper. Quello che non può succedere è che queste particelle possano propagarsi all’indietro nel tempo, quindi Cooper non può tornare fisicamente nel passato, ma capisce che l’unica cosa che può muoversi fra le dimensioni è la gravità. Che non solo può attraversare l’iperspazio, ma può anche farlo avanti e indietro nel tempo. Quando Cooper capisce questa cosa, comprende che l’unico modo per comunicare con la figlia è creando delle perturbazioni. Lo fa toccando (non direttamente) i libri. In tal modo riesce a comunicare i dati raccolti all’interno di Gargantua alla figlia, la quale riuscirà poi a risolvere le equazioni di gravità quantistica dando la possibilità all’umanità di salvarsi.

Riferimenti:

• https://www.youtube.com/watch?v=K_Oy7FjCMOE&t=1055s