Beam me up, Scotty!

Chi non conosce Star Trek? (Coloro che hanno pensato ai film, sappiano che Star Trek è un “media franchise” di genere fantascientifico che ha avuto inizio nel 1966 con una serie televisiva ideata da Gene Roddenberry, divenuta in seguito tra le più popolari nella storia della televisione. Dal successo della prima serie – in larga parte postumo – sono derivate nel corso di quasi cinquant’anni altre cinque serie televisive (di cui una a cartoni animati) e dodici pellicole cinematografiche!)

L’immagine che gli spettatori hanno dell’universo di Star Trek è inscindibilmente legata a un avanzato sviluppo tecnologico. Il divario tecnologico è peraltro uno degli aspetti che più spesso emerge negli episodi di Star Trek. Le tecnologie di Star Trek (o “treknologie”, come sono state definite con un felice neologismo) non smettono di stupire lo spettatore, anche quando, con decenni di distanza dalla prima serie, sono divenute realtà. Star Trek ha anticipato di circa 40 anni molti oggetti tecnologici che solamente in seguito sono diventati di uso quotidiano come i minidischi, i telefoni satellitari (comunicatori della serie classica), i computer palmari e tablet PC (i PADD – Personal Access Display Device, D-Pad nella traduzione italiana), il traduttore universale.

La serie ha inoltre introdotto nell’immaginario collettivo numerose altre possibilità futuristiche che sono oggetto di ricerche scientifiche come il teletrasporto quantistico, i viaggi più veloci della luce e nel tempo.

Ed è stato il teletrasporto l’invenzione che più ha scosso l’immaginario collettivo. Ma come funziona e perchè nacque? E soprattutto, si potrebbe realizzare?

E’ una notizia dell’ultima ora la realizzazione di un replicatore a distanza (Teletrasporto alla Star Trek con le stampanti 3D) ma per adesso torniamo al 1966…

Gene Roddenberry si pose un problema: aveva un bel progetto di astronave: come un pinguino in acqua, l’Enterprise poteva scivolare elegantemente nelle profondità dello spazio, ma come un pinguino a terra avrebbe avuto problemi a muoversi al suolo se mai avesse tentato di atterrare. Fatto forse più importante, gli scarsi fondi a disposizione per un programma televisivo settimanale impedivano di far atterrare una grande astronave ogni settimana.

Come risolvere quindi questo problema? Semplice: assicurandosi che l’astronave non dovesse mai atterrare. Si doveva trovare qualche altro modo per spostare i membri dell’equipaggio dalla nave spaziale alla superficie di un pianeta. Prima ancora di avere il tempo di dire: «Mi faccia risalire» il teletrasporto era nato.

Forse nessun altro tipo di tecnologia, tranne il motore di curvatura, ricorre più spesso in ogni missione delle navi spaziali della Federazione. E anche chi non ha mai guardato un episodio di Star Trek riconosce la magica espressione appena citata. Essa ha permeato la cultura popolare americana. Ho letto di un giovane che, guidando in stato di ebbrezza, era passato col rosso incappando proprio in una macchina della polizia. All’udienza il giudice gli domandò se avesse qualcosa da dire. Il giovane, disperato, rispose: «Sì, vostro onore», e alzatosi in piedi estrasse il portafogli, lo aprì e mormorò dentro di esso: «Scotty, mi faccia risalire!»

Quest’episodio è probabilmente apocrifo, ma testimonia l’impatto che quest’ipotetica tecnologia ha avuto sulla nostra cultura: un impatto tanto più notevole in quanto probabilmente nessun altro elemento della tecnologia fantascientifica a bordo dell’Enterprise è così poco plausibile. Per creare un dispositivo come il teletrasporto si dovrebbero risolvere più problemi di tipo pratico e teorico di quanti si possano immaginare. Le difficoltà implicano l’intero spettro della fisica e della matematica, comprese la teoria dell’informazione, la meccanica quantistica, la relazione di massa ed energia di Einstein, la fisica delle particelle elementari ed altre cose ancora.

Il problema chiave che il teletrasporto ci costringe ad affrontare è il seguente: qual è il modo più rapido e più efficiente per spostare, dalla nave alla superficie di un pianeta, circa 1028 (1 seguito da 28 zeri) atomi di materia combinati in una configurazione complessa a comporre un singolo essere umano?

Consideriamo, per esempio, un quotidiano. Un’edicola vende una copia ad ogni lettore. Ma in un quotidiano digitale le stesse informazioni possono essere conservate sotto forma di bit. Un bit è un 1 o uno 0; i bit vengono combinati in gruppi di otto, chiamati byte, per rappresentare lettere o numeri. Ora, un numero arbitrariamente grande di utenti può avere accesso alla medesima locazione di memoria su un computer essenzialmente nello stesso tempo, cosicché in un’edicola digitale ogni singola persona sulla Terra che potrebbe altrimenti trovarsi nella necessità di comprare un giornale può leggerlo da una singola fonte. In questo caso, chiaramente, è meno importante, e senza dubbio meno efficiente, avere a disposizione gli atomi reali che compongono il quotidiano che non poter registrare i bit .

E nel caso di persone? Volendo teletrasportare delle persone da un posto all’altro, si devono spostare i loro atomi o solo la loro informazione? A prima vista si potrebbe pensare che sia molto più facile spostare il contenuto d’informazione; fra l’altro l’informazione può viaggiare alla velocità della luce. Nel caso delle persone ci sono però due problemi che non si pongono nel caso dei libri; innanzitutto si deve estrarre l’informazione, che non è una cosa tanto facile; e poi la si deve ricombinare con della materia. Dopo tutto le persone, diversamente dai libri, richiedono gli atomi.

Non sembra che gli autori di Star Trek abbiano mai capito chiaramente che cosa vogliono che faccia il teletrasporto. Deve trasmettere gli atomi e i bit, o solo i bit? In “Next Generation Technical Manual” si descrive il processo nei particolari: innanzitutto il teletrasporto si aggancia sul bersaglio. Poi analizza l’immagine da trasportare, la «smaterializza», la tiene per un po’ in un «buffer degli schemi» e poi trasmette a destinazione il «flusso di materia», contenuto in un «fascio di confinamento anulare». Pare quindi che il teletrasporto trasmetta la materia assieme all’informazione.

L’unica difficoltà in questo quadro è che è in disaccordo con ciò che a volte fa il teletrasporto. In almeno due casi ben noti, il tele trasporto aveva cominciato con una persona e ne fece salire due. Nel famoso episodio classico “Il duplicato”, un cattivo funzionamento del teletrasporto divide Kirk in due versioni diverse di se stesso, una buona e una cattiva. In uno sviluppo più interessante, e permanente, nell’episodio “Il Duplicato”, della serie The Next Generation, scopriamo che il tenente Riker era stato diviso in due copie durante il trasporto dal pianeta Nervala IV alla Potemkin. Una copia era poi tornata sana e salva alla Potemkin, mentre l’altra era stata riflessa di nuovo sul pianeta, dove Riker aveva vissuto da solo per otto anni.

Se il teletrasporto trasmette sia il flusso materiale sia il segnale d’informazione, questo fenomeno di divisione è impossibile. Il numero di atomi finale sarà uguale al numero iniziale. Non c’è alcuna possibilità di costruire repliche di persone in questo modo. Se invece si trasmette solo l’informazione, si può immaginare di ricombinarla con atomi che potrebbero essere immagazzinati sulla nave, e formare quante copie si vogliono di un individuo (ed è quello che fa il replicatore a cui accennavo).

Ma il problema è piuttosto serio. Se vuoi eliminare 1028 atomi, devi affrontare un compito alquanto difficile. Supponiamo, per esempio, che tu voglia semplicemente trasformare tutto questo materiale in energia pura. Quanta energia ne risulterebbe? Ce lo dice la formula di Einstein E = mc. Trasformando improvvisamente in energia 75 kg di materiale, libereremmo un’energia equivalente a più di mille bombe all’idrogeno di un megatone. È difficile immaginare come farlo in un modo amichevole per l’ambiente.

Questi ragionamenti suggeriscono che potrebbe essere preferibile immaginare un teletrasporto che portasse assieme al segnale un flusso di materia, come ci dicono che fanno i dispositivi per il teletrasporto di Star Trek. Il problema diventa quindi: come si possono spostare gli atomi? La difficoltà risulta essere di nuovo di tipo energetico, anche se in un modo un po’ più sottile. Che cosa si richiederebbe per «smaterializzare» qualcosa nel teletrasporto? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo considerare in modo un po’ più accurato una domanda più semplice: che cos’è la materia? Tutta la materia normale è formata da atomi, che a loro volta sono composti da nuclei centrali molto densi circondati da una nube di elettroni. Come potrete ricordare dai corsi di chimica o di fisica delle scuole superiori, la maggior parte del volume di un atomo è composto da spazio vuoto. La regione occupata dagli elettroni esterni è circa diecimila volte più estesa della regione occupata dal nucleo.

Perché, se gli atomi sono formati per la maggior parte da spazio vuoto, la materia non passa attraverso altra materia? La risposta è che quel che rende solido un muro non è l’esistenza delle particelle bensì quella dei campi elettrici che si estendono fra una particella e l’altra. Quando io batto una manata sul tavolo, la mia mano è fermata primariamente dalla repulsione elettrica fra gli elettroni degli atomi della mia mano e gli elettroni degli atomi che formano il tavolo, e non dalla mancanza di spazio fra gli elettroni.

Questi campi elettrici non solo rendono corporea la materia nel senso di impedire agli oggetti di passare l’uno attraverso l’altro, ma ne assicurano anche la coesione. Per alterare questa situazione normale, si devono perciò superare le forze elettriche che agiscono fra gli atomi. Per superare queste forze si richiede lavoro, che consuma energia. È così che funzionano in effetti le reazioni chimiche. Le configurazioni di singoli insiemi di atomi e i loro legami vengono alterati in conseguenza di scambi di energia. Per esempio, se si inietta dell’energia in un miscuglio di nitrato d’ammonio e di olio combustibile, le molecole dei due materiali possono ridisporsi, e nel corso di questo processo può essere liberata l’«energia di legame» che teneva insieme i materiali originari. Questa liberazione, se è abbastanza rapida, causerà una grande esplosione.

L’energia di legame fra gli atomi è, però, piuttosto piccola rispetto all’energia di legame delle particelle – protoni e neutroni – che compongono i nuclei atomici, che sono incredibilmente densi. Le forze che tengono assieme queste particelle in un nucleo danno energie di legame milioni di volte maggiori delle energie di legame fra gli atomi. Perciò le reazioni nucleari liberano una quantità di energia significativamente maggiore di quella liberata dalle reazioni chimiche; ecco perché le armi nucleari sono così potenti.

Infine, l’energia di legame che tiene assieme i quark – ossia le particelle elementari che formano i protoni e i neutroni stessi – è ancora maggiore di quella che assicura la coesione di protoni e neutroni nei nuclei. In effetti si ritiene, sulla base di calcoli resi possibili dalla teoria che descrive le interazioni dei quark, che per separare completamente i quark che compongono ogni protone o neutrone si richiederebbe una quantità d’energia infinita.

Sulla base di questo argomento potremmo ritenere impossibile una completa dissoluzione della materia nei quark, i suoi componenti fondamentali, e in effetti è così, almeno a temperatura ambiente. La stessa teoria che descrive le interazioni dei quark all’interno dei protoni e dei neutroni ci dice però che, se riscaldassimo i nuclei a 1000 miliardi di gradi circa (una temperatura un milione di volte maggiore di quella vigente nella regione centrale del Sole), non solo i quark che compongono i nuclei perderebbero le loro energie di legame, ma la materia perderebbe improvvisamente quasi tutta la sua massa trasformandosi in radiazione, o, nel linguaggio del nostro teletrasporto, smaterializzandosi.

Perciò tutto ciò che si deve fare per sconfiggere l’energia di legame al suo livello più fondamentale (in realtà al livello a cui si riferisce il manuale tecnico di Star Trek) è di riscaldarla a 1000 miliardi di gradi. In unità di energia, ciò implica che si fornisca sotto forma di calore il 10 per cento circa della massa di quiete di protoni e neutroni. Per riscaldare a tale temperatura un campione della grandezza di un essere umano occorrerebbe perciò il 10 per cento circa dell’energia richiesta per annichilare tale materiale, ossia l’energia equivalente a cento bombe all’idrogeno di un megatone.

Ma forse non abbiamo bisogno di scomporre la materia fino al livello dei quark. Forse ai fini del teletrasporto potrebbe essere sufficiente una smaterializzazione al livello dei protoni e dei neutroni, o forse anche solo al livello atomico. Certamente le richieste di energia sarebbero in questo caso molto inferiori, anche se sempre grandissime. Purtroppo se, imitando la politica dello struzzo, nascondiamo questo problema sotto il tappeto, ci esponiamo a un problema ancora più grave. Una volta infatti che si sia conseguito il flusso materiale, composto ora da singoli protoni, neutroni ed elettroni, o forse interi atomi, lo si deve teletrasportare, presumibilmente a una frazione significativa della velocità della luce.

Ora, per far muovere particelle come i protoni e i neutroni a velocità prossime a quella della luce, si deve dar loro un’energia paragonabile a quella della loro massa di quiete. Questa risulta essere circa dieci volte maggiore della quantità di energia richiesta per riscaldare i protoni fino a scomporli in quark. Ma anche se occorre più energia per particella per accelerare i protoni a una velocità prossima a quella della luce, questo è tuttavia un compito più facile di quello di depositare e immagazzinare abbastanza energia all’interno dei protoni per un tempo abbastanza lungo per riscaldarli a una temperatura tale per determinarne la dissoluzione in quark.

Ancora una volta, però, si resta colpiti dall’appropriatezza della scelta terminologica degli autori di Star Trek. La fusione dei protoni e la loro separazione in quark è quella che si chiama in fisica una transizione di fase. Ed ecco che, se si scorre il Next Generation Technical Manual per cercare il nome dei dispositivi del teletrasporto che smaterializzano la materia, si trova che sono chiamati «bobine di transizione di fase». I futuri progettisti di teletrasporti avranno dunque una scelta. Essi dovranno o trovare una fonte di energia in grado di produrre temporaneamente un’energia circa 10.000 volte maggiore dell’energia totale consumata oggi sulla Terra, nel qual caso potrebbero formare un «flusso di materia» atomica capace di muoversi assieme all’informazione a una velocità prossima a quella della luce, oppure potrebbero ridurre di un fattore 10 le richieste totali di energia e scoprire un modo per riscaldare istantaneamente un essere umano a una temperatura un milione di volte circa superiore a quella vigente nella regione centrale del Sole.

Ora facciamo una semplice stima di quanta informazione sia codificata in un corpo umano. Cominciamo dalla stima classica di 1028 atomi. Per ogni atomo dobbiamo codificare innanzitutto la posizione, la quale richiede tre coordinate (x, y e z). Poi dovremmo registrare lo stato interno di ogni atomo, comprendente informazioni come: quali livelli di energia siano occupati dai suoi elettroni, se esso sia o no legato a un atomo vicino per comporre una molecola, se la molecola vibri o ruoti e via dicendo. Cercando di essere prudenti, supponiamo di poter codificare tutte le informazioni relative a un atomo in un kilobyte di dati. (Un byte corrisponde a 8 bit, equivalenti, nella scrittura, a una lettera, un numero o un segno d’interpunzione. Supponiamo che una cartella standard corrisponda a circa 1 kilobyte.) Ciò significa che avremmo bisogno di circa 1028 KB per memorizzare uno schema umano nel buffer degli schemi. Vi ricordo che 1028 è un uno seguito da 28 zeri (ossia 10 miliardi di miliardi di miliardi).

Confrontiamo questa informazione, per esempio, con quella contenuta in tutti i libri che siano mai stati scritti. Le maggiori biblioteche contengono vari milioni di volumi, cosicché vorrei essere generoso e dire che esistono un miliardo di libri diversi (un libro ogni sei persone attualmente viventi sul nostro pianeta). Diciamo che ogni libro contiene in media l’equivalente di un megabyte (MB) (anche questa è una stima generosa). Tutta l’informazione contenuta in tutti i libri che siano mai stati scritti richiederebbe quindi per essere memorizzata circa 1012 kilobyte, ossia circa un bilione, ovvero mille miliardi, di kilobyte. Questa cifra è più piccola di circa sedici ordini di grandezza – ossia di diecimila bilioni di volte – della capacità di memoria necessaria per registrare una singola configurazione umana! Quando i numeri sono così grandi, diventa difficile capire l’immensità del compito. Forse vale la pena di cercare di spiegarlo facendo un paragone. Il rapporto fra l’informazione contenuta in una configurazione umana e quella contenuta in tutti i libri che siano mai stati scritti è diecimila volte maggiore del rapporto fra l’informazione contenuta in tutti i libri che siano mai stati scritti e l’informazione contenuta in questa pagina.

La memorizzazione di una quantità d’informazione così grande è, per usare una minimizzazione cara ai fisici, un compito non banale. Gli hard disk più grandi attualmente disponibili in commercio possono contenere circa 8 terabyte (ossia 1012 byte). Se ogni disco ha uno spessore di circa 10 cm, disponendo uno sull’altro tutti i dischi attualmente necessari per memorizzare una configurazione umana, costruiremmo una pila alta un trecentesimo della distanza che ci separa dal centro della Galassia: circa 10.000 anni-luce, ossia un viaggio di cinque anni con l’Enterprise a curvatura 9!

Difficoltà non meno grandi presenta il richiamo di quest’informazione in tempo reale. I meccanismi più veloci per il trasferimento di informazione digitale sono in grado di trasferire attualmente poco meno di circa 10 GB al secondo. A questo ritmo, per scrivere su nastro i dati che descrivono uno schema umano occorrerebbe un tempo circa 20 volte maggiore dell’età attuale dell’universo (supponendo un’età approssimativa di 10 miliardi di anni)! Immaginate la tensione drammatica: Kirk e McCoy sono fuggiti dalla superficie della colonia penale di Rura Penthe. Per salire col teletrasporto sull’astronave non dispongono certamente di un periodo di tempo paragonabile all’età dell’universo; al trasferimento di quel milione di miliardi di miliardi di megabyte di informazione sono concessi solo pochi secondi, il tempo impiegato dal carceriere per puntare la sua arma prima di sparare.

Ma benché questa sfida sia difficilissima, io penso che in quest’area si potrebbe effettivamente pervenire a risultati concreti nel XXIII secolo. Il mio ottimismo deriva semplicemente dall’estrapolazione dell’attuale ritmo di crescita della tecnologia dei computer. Usando il precedente metro di misura del miglioramento di un fattore 100 per ogni decennio nella memorizzazione e nella rapidità, e dividendolo per 10 per motivi prudenziali – e tenendo conto che noi oggi siamo di circa 19 potenze del 10 lontani dall’obiettivo – possiamo attenderci di poter finalmente disporre della tecnologia informatica necessaria per affrontare con successo il compito del trasferimento di informazione per il teletrasporto fra 190 anni, appunto all’alba del XXIII secolo.

Lo dico, ovviamente, senza avere alcuna idea di come si riuscirà a risolvere il problema. È chiaro che, per poter registrare più di 1025 KB di informazione in un qualsiasi dispositivo in scala umana, si dovrà sfruttare ogni atomo del dispositivo come sito di memoria. La nozione emergente dei computer biologici, in cui la dinamica molecolare imita i processi logici digitali e in cui le 1025 particelle circa di un campione macroscopico operano tutte simultaneamente, mi sembra la più promettente sotto questo aspetto.

Dovrei inoltre ammonire a non prendere troppo sul serio le mie previsioni. Io non sono un informatico e il mio cauto ottimismo potrebbe perciò riflettere semplicemente la mia ignoranza. Traggo però qualche conforto dall’esempio del cervello umano, che è avanti di anni-luce per complessità e generalità rispetto a tutti i sistemi di calcolo esistenti. Se la selezione naturale è stata in grado di sviluppare un così bel dispositivo di memorizzazione e richiamo di informazione, credo che anche noi possiamo ancora fare molta strada.

Per completare (e complicare) il quadro, si deve tener conto anche della meccanica quantistica. Al livello microscopico a cui si deve operare per analizzare e ricreare la materia nel teletrasporto, vigono le leggi strane ed esotiche della meccanica quantistica, in virtù delle quali le particelle possono comportarsi come onde e le onde possono comportarsi come particelle. Io non mi propongo certamente di tenere qui un corso di meccanica quantistica. Si deve però tenere presente che a scale microscopiche non si possono separare osservato e osservatore. Eseguire una misurazione significa alterare un sistema, di solito per sempre. Questa semplice legge può essere parametrizzata in molti modi diversi, ma la sua formulazione più famosa è forse quella nella forma del principio di indeterminazione di Heisenberg. Questa importante legge – che sembra abolire la classica nozione del determinismo in fisica, anche se in realtà a un livello fondamentale non è così – divide il mondo fisico in due insiemi di quantità osservabili: lo yin e lo yang, se così vi pare. Essa ci dice che, qualunque tecnologia possa essere inventata in futuro, è impossibile misurare certe combinazioni di osservabili con una precisione alta a piacere. A scale microscopiche si potrebbe misurare con una precisione a piacere la posizione di una particella; Heisenberg ci dice però che, in questo caso, non possiamo conoscere esattamente la sua velocità (e quindi non possiamo sapere dove si troverà nell’istante successivo). Oppure potremmo accertare lo stato di energia di un atomo con una precisione a piacere, ma in questo caso non possiamo determinare esattamente quanto a lungo rimarrà in tale stato. E l’elenco potrebbe continuare.

Queste relazioni sono al centro della meccanica quantistica e non perderanno mai la loro validità. Finché lavoreremo a scale in cui si applicano le leggi della meccanica quantistica – le quali, a quanto indicano le nostre conoscenze, sono quanto meno più grandi della scala a cui diventano importanti effetti gravitazionali, ossia a circa 10-33 cm – siamo costretti a tenerne conto.

C’è un ragionamento fisico lievemente imperfetto, ma tuttavia molto soddisfacente, che ci consente una comprensione euristica del principio di indeterminazione. La meccanica quantistica attribuisce a tutte le particelle un comportamento ondulatorio, e le onde hanno una proprietà sorprendente: sono disturbate solo quando incontrano oggetti più grandi della loro lunghezza d’onda (la distanza fra due creste successive). Per rendersene conto nel modo più chiaro è sufficiente osservare le onde del mare. Un ciottolo che sporga appena dalla superficie dell’acqua non avrà alcun effetto sulle forma delle onde che avanzano verso la spiaggia, mentre un grosso scoglio avrà dietro di sé una regione di acqua calma.

Così, se vogliamo «illuminare» un atomo – cioè far rimbalzare della luce su di esso per vedere dove si trova – dobbiamo farlo con luce di una lunghezza d’onda abbastanza piccola da poter essere disturbata dall’atomo. Le leggi della meccanica quantistica ci dicono però che le onde luminose viaggiano in piccoli pacchetti, o quanti, che chiamiamo fotoni (come i «siluri fotonici» nelle navi spaziali). I singoli fotoni di ogni lunghezza d’onda hanno un’energia che è inversamente proporzionale alla loro lunghezza d’onda. Quanto maggiore è la risoluzione che desideriamo, tanto minore è la lunghezza d’onda della luce che dobbiamo usare. Ma quanto minore è la lunghezza d’onda, tanto maggiore è l’energia dei pacchetti. Se, per poter osservare un atomo, lo bombardiamo con un fotone ad alta energia, possiamo stabilire esattamente dove si trovava quando il fotone lo ha colpito, ma il processo d’osservazione stesso – ossia il fatto di colpire l’atomo col fotone – trasferisce all’atomo un’energia abbastanza grande da modificare in qualche misura la velocità e direzione del suo moto.

È perciò impossibile risolvere gli atomi e le loro configurazioni di energia con la precisione necessaria per ricreare esattamente uno schema umano. Un’incertezza residua in alcune delle osservabili è inevitabile. Che cosa questo fatto possa significare per la precisione del prodotto finale dopo il trasporto è un delicato problema biologico su cui posso solo fare delle congetture.

Questo problema non sfuggì agli autori di Star Trek, i quali si resero conto degli inevitabili vincoli della meccanica quantistica sul tele trasporto. In virtù di una cosa a cui i fisici non possono di solito appellarsi – ossia la licenza artistica –, essi introdussero i «compensatori di Heisenberg», che permettono la «risoluzione quantica» di oggetti. Quando un intervistatore domandò al consulente tecnico di Star Trek Michael Okuda come funzionassero i compensatori di Heisenberg, egli rispose semplicemente: «Benissimo, grazie!»

I compensatori di Heisenberg assolvono un’altra funzione utile nelle storie di Star Trek. Ci si può domandare, come ho fatto io stesso, perché il teletrasporto non sia anche un replicatore di forme di vita. Dopo tutto, a bordo delle navi spaziali c’è un replicatore che fa apparire magicamente, a un semplice comando a voce, bicchieri d’acqua o di vino (anche earl grey!) negli alloggi di ogni membro dell’equipaggio. La risposta sembra essere che la tecnologia dei replicatori può operare solo a una «risoluzione a livello molecolare» e non a una «risoluzione quantica». Ciò dovrebbe spiegare perché non sia possibile la replica di esseri viventi, e anche perché i membri dell’equipaggio si lagnino sempre che i cibi forniti dai replicatori non sono mai così buoni come i cibi veri, e perché Riker, fra gli altri, preferisca cucinarsi omelette e altre ghiottonerie nel modo tradizionale.

Consideriamo un’ultima difficoltà per il teletrasporto, come se quelle che abbiamo visto finora non fossero ancora sufficienti. Il trasporto dalla nave spaziale a un pianeta è difficile, ma ancora più difficile è l’operazione inversa. Per far risalire un membro dell’equipaggio sulla nave, i sensori a bordo dell’Enterprise devono individuare il membro dell’equipaggio sul pianeta sottostante. Inoltre, devono analizzare l’individuo prima della smaterializzazione e del trasporto del flusso di materia. L’Enterprise deve quindi avere un telescopio abbastanza potente da analizzare oggetti a una risoluzione atomica sulla superficie di un pianeta, e spesso anche sotto la superficie. Il normale raggio d’operazione dell’apparecchiatura è, a quanto ci viene detto, di circa 40.000 km, ossia di più di tre volte il diametro terrestre. Questo è il numero che useremo per la stima seguente.

Tutti hanno visto fotografie delle cupole dei massimi telescopi del mondo, come il telescopio Keck nelle Hawaii (il più grande del mondo), o il telescopio di Monte Palomar in California. Vi siete mai domandati perché si costruiscano telescopi sempre più grandi? (Non è solo una mania di grandezza, come amano sostenere alcune persone.) Come si richiedono acceleratori di dimensioni sempre maggiori per scandagliare la struttura della materia a scale sempre più piccole, così sono necessari telescopi di volta in volta maggiori se si vogliono risolvere oggetti celesti via via più deboli e più lontani. Il ragionamento è semplice: la luce, a causa della sua natura ondulatoria, tende a diffrangersi o a diffondersi ogni volta che passa attraverso un’apertura. La luce proveniente da una sorgente puntiforme lontana, passando per l’obiettivo del telescopio, produce un’immagine un po’ diffusa, cosicché, invece di vedere un punto di luce si vedrà un piccolo disco indistinto. Ora, se due sorgenti puntiformi nel campo visivo sono a una distanza fra loro inferiore al diametro apparente dei loro dischi, sarà impossibile risolverle come oggetti separati in quanto si avrà una sovrapposizione dei loro dischi nell’immagine osservata. Ora, quanto maggiore sarà il diametro dell’obiettivo, tanto minore sarà il disco apparente di una sorgente puntiforme. Perciò, per risolvere oggetti sempre più piccoli, i telescopi dovranno avere un’apertura sempre maggiore.

C’è un altro modo per risolvere piccoli oggetti con un telescopio. La lunghezza d’onda della luce, o di qualsiasi radiazione si voglia usare come sonda, dev’essere minore dell’oggetto che si cerca di analizzare, secondo il ragionamento esposto prima. Così, se si vuol risolvere la materia alla scala atomica, che si aggira attorno a qualche miliardesimo di centimetro, si deve usare una radiazione di una lunghezza d’onda di meno di un miliardesimo di centimetro circa. Se si sceglie una radiazione elettromagnetica, si richiederà l’uso o di raggi X o di raggi gamma. Qui si pone immediatamente un problema, poiché tali radiazioni sono dannose alla vita, e quindi l’atmosfera di ogni pianeta della Classe M le filtrerà, così come fa la nostra atmosfera. Il dispositivo per il teletrasporto dovrà perciò usare sonde non elettromagnetiche, come neutrini o gravitoni.

In ogni modo, dato che l’Enterprise usa una radiazione con una lunghezza d’onda di meno di un miliardesimo di millimetro e analizza un oggetto a 40.000 km di distanza con una risoluzione alla scala atomica, si può fare un calcolo. Secondo i calcoli, la nave spaziale avrebbe bisogno a questo scopo di un telescopio con un’apertura di oltre 50.000 km di diametro!

Non dovremmo perciò lasciarci troppo scoraggiare dalla chiara impossibilità di costruire un dispositivo per il teletrasporto in grado di assolvere le funzioni necessarie. O, per esprimerci in modo meno negativo, la costruzione di un tale dispositivo ci richiederebbe di riscaldare della materia sino a una temperatura un milione di volte superiore a quella vigente al centro del Sole, di spendere in una singola macchina più energia di quella usata attualmente da tutta l’umanità, di costruire telescopi di apertura maggiore del diametro della Terra, di migliorare gli attuali computer di un fattore di mille miliardi di miliardi e di evitare le leggi della meccanica quantistica. Non sorprende che il dottor McCoy fosse terrorizzato dal teletrasporto!

 

 

Fonti: LA FISICA DI STAR TREK – di Lawrence M. Krauss – Longanesi 1996

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