26 novembre 2015

Energia alternativa non possibile.

Un giorno, tra qualche miliardo di anni, il Sole si spegnerà, perché il combustibile che ne alimenta la fusione nucleare (fusione di due nuclei atomici leggeri che generano, dalla loro interazione, il nucleo di un elemento più pesante e la formazione di tantissima energia) si esaurirà. A quel punto il cielo diventerà gelido e, se anche la Terra dovesse sopravvivere, l’umanità sprofonderà in un inverno perenne … Allora, per rimanere in vita, i nostri discendenti dovranno trovare un’altra fonte di energia … Dalla fantascienza emerge una soluzione: estrarre energia dai buchi neri (cioè regioni dello spazio-tempo che non possono emettere luce e in cui il campo gravitazionale è talmente forte che nulla, al suo interno, può sfuggire all'esterno, nemmeno la luce). La brutta notizia è che tale strada non può funzionare … I buchi neri sono circondati da un orizzonte degli eventi (la superficie limite oltre la quale nessun evento può influenzare un osservatore esterno), una sfera di non ritorno in cui il campo gravitazionale (di un corpo, è la regione dello spazio in cui si esercita l’attrazione gravitazionale del corpo stesso) diventa infinito. Qualunque cosa penetri in questa sfera è condannata … Quello che entra (palla, bomba, asteroidi, razzi, luce) in un buco nero non ne esce mai più. Tuttavia questo è quello che pensavamo. Ma poi, Stephen Hawking (fisico, matematico britannico … 1942-), nel 1974, dimostrò che i buchi neri liberano piccole quantità di radiazioni (chiamate, appunto radiazioni di Hawking, cioè energia termica emessa dai buchi neri). Se ci cadiamo dentro, moriamo lo stesso e non ne usciremo mai più, ma la nostra energia prima o poi si … Il motivo per cui ciò accade lo si deve alla meccanica quantistica, e precisamente all'effetto tunnel (nella meccanica classica, per la legge di conservazione dell’energia, una particella non potrà mai valicare una barriera se non ha sufficiente energia per farlo), che permette alle particelle di attraversare ostacoli altrimenti insuperabili … Le particelle sfuggono al campo gravitazionale infinito dell’orizzonte degli eventi attraversandolo per effetto tunnel … Dato che i buchi neri irradiano, possiamo sperare di sfruttare la loro energia … Il fatto che tale energia sia immagazzinata al di fuori dell’orizzonte degli eventi ha portato all'ingegnosa proposta di sfruttare il buco nero come miniera. Ci si avvicina, se ne preleva l’atmosfera termica e la si porta via. Basta sospendere un contenitore vicino all'orizzonte degli eventi (ma senza raggiungerlo), riempirlo di gas incandescente e trainarlo via. Una parte del contenuto si sarebbe allontanata in ogni caso, in forma di radiazione di Hawking, ma la maggior parte del gas, se non fossimo intervenuti, sarebbe stata destinata a ricadere dentro … In pratica l’idea fantascientifica sarebbe quella di creare un ascensore spaziale, formato da un contenitore che scorre lungo un cavo sospeso vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero, per raccogliere la radiazione … Purtroppo tale congettura è falsa, irrealizzabile … Gli ostacoli sono diversi. Il principale consiste nel trovare un materiale adatto per il cavo, cioè un materiale resistente e leggero. L’acciaio non è robusto abbastanza, nemmeno lontanamente. Oltre il peso di tutto quello che c’è di sotto, ogni segmento di acciaio deve anche sostenere il proprio peso, e quindi il cavo deve essere sempre più spesso via via che si va in alto … Neanche i tanto decantati nanotubi di carbonio potrebbero resistere  nell'intenso campo gravitazionale … Certo possiamo aspettarci che gli scienziati inventino materiali sempre più robusti e sempre più leggeri. Tuttavia il progresso non può andare avanti infinitamente. C’è un limite all'ingegneria, al rapporto tra resistenza alla trazione e peso di un materiale, un limite che è imposto dalle leggi stesse della natura … Più una corda è tesa, più energia serve per aumentarne la lunghezza. In un elastico è presente la tensione perché per allungarlo dobbiamo spendere energia per ridisporre le molecole. Ma in questo caso, le molecole sono facile da ridisporre (cioè energeticamente economiche) perché la tensione è bassa. Quando, invece, la tensione è elevata, risulta molto dispendioso riarrangiarle … Il senso è che non possiamo migliorare indefinitamente i nostri materiali … Come i nostri sforzi di viaggiare sempre più veloci si devono fermare alla velocità della luce, allo stesso modo quelli di costruire materiali più robusti devono fermarsi a E = mc2 (formula di Einstein) … Dunque, quando il Sole si spegnerà … sarà un gelido inverno.
(Adam Brown --- Energia dai buchi neri ... da Le Scienze- Aprile 2015 ---)



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