martedì 4 novembre 2008

Scotty, ci porti su!


Affronterò in questo post un tema presente nella fantasia di molti.

Nessun tipo di tecnologia, persino più del motore a curvatura, ha avuto un impatto tale sulla cultura moderna come il teletrasporto di Star Trek.
Conoscete tutti il principio pseudoscientifico sul quale si basa: cose e persone vengono scomposte in energia, trasmesse lungo un vettore e ricomposte, esattamente così com'erano, a migliaia o milioni di chilometri di distanza.
Nessun altro elemento della tecnologia fantascientifica di Star Trek è più affascinante, e nessuno è meno plausibile.
Per creare un dispositivo come il teletrasporto si dovrebbero risolvere più problemi di tipo pratico e teorico di quanto possiate mai immaginare.
Mi sono documentato.
È un incubo.
È semplicemente impossibile.
Vediamo il problema: qual è il modo più rapido ed efficiente per spostare da un punto X a un punto Y circa 10 alla ventottesima (1 seguito da 28 zeri) atomi di materia combinati in una configurazione complessa a comporre un singolo essere umano?
E qui c'è la seconda, importante e conseguente domanda: da cosa è composto un essere umano?
Noi siamo semplicemente la somma di tutti i nostri atomi? Se riuscissimo a ricreare ogni atomo del nostro corpo, esattamente nello stesso stato di eccitazione chimica produrremmo una persona funzionalmente identica, che ha esattamente tutti i nostri ricordi, le nostre speranze, i nostri sogni, il nostro spirito?
Nonostante la natura puramente fisica del processo di smaterializzazione e trasporto, la nozione che oltre i confini del corpo esista un qualche tipo di "spirito" è un tema costante in Star Trek.
In altre parole, anche l'anima viene smaterializzata e ricostruita nel processo?
Ma restiamo, per il momento, neutrali sulla questione "anima" o "non anima".
Concentriamoci sul problema del trasporto degli atomi e dell'informazione che li tiene assieme in un certo modo.
Sapete tutti quanto è facile trasportare attraverso Internet un flusso di dati contenente, diciamo, il progetto dettagliato per la costruzione di un automobile.
È molto più difficile trasportare un'automobile reale da un luogo all'altro, giusto?
Il teletrasporto potrebbe inviare semplicemente l'informazione (che può viaggiare alla velocità della luce) che poi servirebbe, a destinazione, a ricomporre il nostro corpo.
Ma che ne sarebbe del corpo originario? Se scegliamo di trasportare solo l'informazione, dobbiamo sbarazzarci degli atomi al punto d'origine, e procurarci una riserva di atomi al punto di ricezione.
Questo è un problemino.
Se vogliamo eliminare 10 alla 28sima atomi, dobbiamo trasformarli in energia pura.
Quanta ne risulterebbe? Ce lo dice la formula di Einstein: E=mc2.
Ossia, trasformando in energia cinquanta chili di materiale (il peso, diciamo, di Christina Aguilera), libereremmo un'energia equivalente a oltre mille bombe all'idrogeno di un megatone.
Un bel casino.
E quello che otterremo, in definitiva, sarebbe una replica, in quanto il soggetto originario verrebbe, ogni volta, distrutto e "ricreato" da qualche altra parte.
Che ne dite dei risvolti etici della faccenda?Esseri umani assimilati a versioni di un libro conservate su disco, pronti ad essere duplicati a volontà (e in quantità infinite) ovunque.
Inoltre, chi si preoccuperebbe di procurarci gli atomi necessari per ricreare il nostro corpo al punto di destinazione?
Il teletrasporto non serve proprio a questo, ad arrivare da qualche parte?
Se dobbiamo mandare qualcuno a "preparare il campo", come ce lo mandiamo?
Forse, tutto sommato,i nostri atomi ci servono.
Del resto, in Star Trek sostengono proprio questo: assieme al segnale viaggia un flusso di materia.
Ed ecco che il problema diventa: come spostiamo gli atomi?

La difficoltà è di nuovo di tipo energetico.
Semplificando molto, diciamo che le particelle che compongono il nostro corpo sono tenute assieme da una forza detta energia di legame. Relativamente debole nel caso degli atomi, milioni di volte più forte nei protoni e nei neutroni.
Per questo le reazioni nucleari liberano una quantità di energia milioni di volte rispetto le reazioni chimiche: confrontate un candelotto di dinamite e una bomba atomica.
Ma neutroni e protoni non sono il mattone più piccolo della vita: le particelle elementari che li compongono, i quark, sono tenuti assieme da una forza ancora maggiore.
Sulla base di calcoli resi possibili dalla teoria che descrive le interazioni dei quark, per separare i quark che compongono protoni e neutroni occorrerebbe una quantità d'energia praticamente infinita.
Che noi non abbiamo.
Ma forse non c'è bisogno di scomporre la materia fino al livello dei quark: forse, ai fini del teletrasporto è sufficiente una smaterializzazione al livello dei protoni e dei neutroni, o magari anche solo al livello atomico.
Beh, in questo caso servirebbe meno energia, anche se sempre tantissima.
Ma siamo appena agli inizi.
Una volta infatti conseguito il flusso materiale, composto da singoli protoni, neutroni ed elettroni (o forse interi atomi), dobbiamo teletrasportarlo a una frazione significativa della velocità della luce.
Ora, per fare questo dobbiamo dare ai nostri protoni e neutroni un'energia paragonabile a quella della loro massa di quiete.
Che risulta essere, ho scoperto, 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 nostri protoni e spararli da qualche parte a una velocità prossima a quella della luce, questo è tuttavia più facile che non depositare e immagazzinare abbastanza energia all'interno dei protoni per un tempo abbastanza lungo per riscaldarli a una temperatura tale perché essi si dissolvano in quark.
Ecco perché oggi possiamo costruire, sia pure a costi enormi, acceleratori di particelle come l'LHC di Ginevra, in grado di accelerare singoli protoni fino al 99,9% della velocità della luce ma non possiamo ancora costruire un acceleratore in grado di bombardare i protoni con abbastanza energia da fonderli nei quark che li compongono.
Insomma, se vogliamo costruire un teletrasporto decente, dobbiamo prima trovare una fonte d'energia circa diecimila volte maggiore dell'energia totale consumata oggi sulla Terra; nel qual caso potremmo finalmente formare un "flusso di materia" atomica capace di muoversi assieme l'informazione a una velocità prossima a quella della luce.
Ma veniamo a un altro problemino.
Dobbiamo necessariamente memorizzare da qualche parte l'informazione codificata in un corpo umano.
Quanta ce n'è?
Cominciamo dalla stima classica di 10 alla ventottesima atomi.
Per ogni atomo dobbiamo codificare anzitutto la posizione, lo stato interno di ogni atomo, i livelli di energia occupati dai suoi elettroni, se esso sia o no legato a un atomo vicino per comporre una molecola, se la molecola vibra o ruota, e via calcolando.
Cercando di essere prudenti, supponiamo di codificare tutte le informazioni relative a un atomo in un kilobyte di dati (circa una cartella dattiloscritta di venti righe): avremo bisogno di circa 10 alla ventottesima KB per immagazzinare uno schema umano nel buffer degli schemi del teletrasporto.
10 alla ventottesima è un uno seguito da ventotto zeri: diecimila bilioni di bilioni.È stato calcolato che tutti i libri che siano mai stati scritti (un miliardo, circa) richiederebbero per essere memorizzati 10 alla dodicesima KB, ossia circa un bilione di kilobyte.
Questa cifra è più piccola di diecimila bilioni di volte della capacità di memoria necessaria per registrare un singolo schema umano! Quando i numeri diventano così grandi, si fa difficile capire l'immensità del compito.
Dove stipiamo tutta quest'informazione?
In commercio ci sono già hard disk da un terabyte, e per il 2010 Hitachi ci ha promesso dischi da 5 terabyte, ossia cinque milioni di MB di informazione.
Un bel pò di spazio, vero?
Sbagliato.
Ogni disco ha uno spessore di circa cinque centimetri. Se disponessimo l'uno sull'altro tutti gli hard disk Hitachi da 5 terabyte necessari a memorizzare uno schema umano, costruiremmo una torre alta circa 10 anni luce, una distanza quasi tre volte superiore a quella che ci separa da Proxima Centauri, la stella più vicina a noi dopo il Sole.Ma non è tutto.
C'è il problema di richiamare quest'informazione in tempo reale. I meccanismi più veloci per il trasferimento di informazione digitale sono in grado di trasferire attualmente poco più di un gigabyte al secondo. A questo ritmo, per scaricare i dati che descrivono uno schema umano occorrerebbe una quantità di tempo spaventosa, calcolata in circa 200 volte l'età attuale dell'universo (approssimativamente 10 miliardi di anni).
Non disponiamo di tutto questo tempo.
Ma facciamo gli ottimisti, e supponiamo che in futuro avremo supporti di memorizzazione più capienti e sistemi di accesso ai dati più veloci. E dovranno essere, badate bene, molto più capienti e molto più veloci.
Incrociamo le dita.
Per completare (e complicare) il quadro, dobbiamo tenere conto anche della meccanica quantistica.
E qui le cose si fanno decisamente più complesse.Forse avrete sentito parlare del principio di indeterminazione di Heisenberg. È un'importante legge che divide il mondo fisico in due insiemi di quantità osservabili. 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 può 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 possiamo accertare lo stato di energia di un atomo con una precisione a piacere, ma in questo caso non possiamo determinare esattamente quanto a lungo resterà in tale stato.
E così via.
Queste relazioni sono al centro della meccanica quantistica e non perderanno mai la loro validità.
Vi risparmio pagine e pagine di dettagli.
Vi basti sapere questo: è impossibile, oggi come tra un miliardo di anni, 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.
E ora, veniamo all'ultima difficoltà.
Il teletrasporto, oltre a inviare da qualche parte le persone, le deve anche riportare indietro.
In altre parole, deve compiere il processo inverso: analizzare e scomporre la materia e poi ficcarla a forza in un vettore che la riporti a casa.
L'Enterprise riesce, a migliaia di chilometri di distanza, ad analizzare a livello subatomico la materia di un individuo.
Abbiamo quindi bisogno di un telescopio abbastanza potente da analizzare oggetti e creature a una risoluzione atomica sulla superficie di un pianeta.Per permettere un'analisi di tale potenza, l'Enterprise dovrebbe possedere un telescopio di gran lunga più grosso di lei, più o meno 50.000 chilometri di diametro.
Un telescopio più piccolo non potrebbe fornire una risoluzione alla scala del singolo atomo neppure in linea teorica.
Beh, direi che costruire un'astronave più grande del diametro della Terra è impossibile anche solo da concepire.
Il che, ovviamente, è sempre molto più semplice che cercare di evitare le leggi della meccanica quantistica o trovare una fonte d'energia in grado di riscaldare la materia a una temperatura un milione di volte superiore a quella vigente al centro del Sole.
Niente teletrasporto, quindi: né adesso, né tra mille secoli.
Fatevene una ragione.
Comperate piuttosto un'automobile più veloce, e allacciate bene le cinture.

7 commenti:

Spasquini ha detto...

Grande, grandissima analisi. Ho sempre saputo che non avrei mai viaggiato in quel modo, ma non avevo mai compreso a fondo i "numeri" reali dietro questa non-possibilità.
Per questo, nel racconto che sto scrivendo, non si parla di teletrasporto, ma di un sistema affine all'iperspazio, in qualche modo.
La possibilità cioè, di aprire uno squarcio nel continuum spazio/temporale tale da farlo attraversare fisicamente dalla persona e trovarsi istantaneamente dalla parte opposta.

Angel-A ha detto...

La prima serie di Star Trek non l'ho mai vista, ma ho adorato quella con Picard e Data!!
E anch'io ero affascinata dalle possibilità del teletrasporto: niente più motorino, macchina, nave, aereo, treno... e neanche strade, asfalto, semafori, incidenti, assicurazioni, vigili, stazioni, aeroporti, navigatori satellitari...
Cambierebbe la faccia del pianeta! :D
Ma, leggendoti, mi sembra di capire che resterà per sempre un bel sogno, come viaggiare nel tempo.
Peccato.
Bella e soprattutto chiara analisi, cmq, d'accordo con spasquini. ^_^

Dandia ha detto...

Grazie della piacevole parentesi scientifica. Rivaluterò la mia cara Yaris che, tutto sommato, è in grado di trasportare tutti i miei atomi, anche se in tempi non proprio istantanei (ma chi ha fretta a questo mondo?), con un ottimo rapporto distanza/energia impiegata. E in più al termine di ogni spostamento riesce a farmi trovare perfettamente ricomposta. Anima e corpo. :)

CyberLuke ha detto...

Credetemi, il primo ad essere deluso sono io.
Il teletrasporto appartiene più alla dimensione dei sogni che a quella della vita reale.
Quando ci hanno creati, devono aver esagerato con la "propensione al sogno".
Peccato.

Nicla ha detto...

aiuto! eh eh eh! ad un certo punto non ho capito più niente e ho smesso di leggere :P :P

Kappa ha detto...

Interessante argomentazione: c'è qualcosa di simile in "La fisica di STar Trek".
Io lo immagino come una specie di Motore ad Improbabilità Infinita ad uso topico.
Lo applichi su di un corpo fisico e in quel momento quel corpo passa contemporaneamente per tutti i punti dell'universo: tocherà quindi ad un processore sufficientemente overclockato decidere in che punto rilasciarlo.
Sempre che la bistromatica non faccia passi da gigante nei prossimi decenni, ovviamente.

CyberLuke ha detto...

Difatti, la maggior parte delle argomentazioni contenute in questo post le ho distilalte proprio da La Fisica di star Trek, di Krauss Lawrence, edito da TEA.
Lettura altamente consigliata, ma alquanto disincantante.

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