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Smentita la terza legge di Newton. Ma c'è il trucco

Un team di scienziati tedeschi batte il principio di azione e reazione con un particolare sistema di laser e fibre ottiche. E con l'aiuto di un trucco fisico ai confini della fantascienza.

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La luce potrebbe non sottostare alla terza legge di Newton. Ecco perchè (© Louie Psihoyos/Corbis) |

Isaac Newton è stato sconfitto: un team di ricercatori tedeschi è recentemente riuscito a dimostrare che, in particolari casi, il terzo principio della dinamica non funziona. Peccato che per riuscire a incastrare lo scienziato inglese i suoi colleghi contemporanei abbiano barato, almeno un po’. Ma andiamo con ordine.

La terza legge di Newton: il principio di azione e reazione
La terza legge di Newton si applica ai sistemi inerziali, quei sistemi cioè in cui un punto non sottoposto a forze manterrà il suo stato di quiete, per esempio un libro sopra un tavolo.

Ebbene, in questi sistemi, ad ogni forza prodotta in un corpo corrisponde una forza su altro corpo uguale e contraria. Un classico esempio è quello delle palle da biliardo, che quando si scontrano schizzano via in direzioni opposte.

Se la luce è più veloce della luce
Ulf Peschel e i suoi colleghi dell’Università di Erlangen-Norimberga sono però riusciti a far scontrare degli impulsi laser all’interno di un circuito di fibre ottiche evitando l’effetto “palla da biliardo” e battendo così sul campo un principio fisico stabilito nel 1687.

Ma per riuscire a dimostrare questo effetto hanno dovuto conferire alla luce una massa, piccola, piccolissima, ma pur sempre maggiore di zero. E qui sta il trucco.

Già la NASA all’inizio degli anni ‘90 aveva cercato un modo per superare il principio di azione e reazione: a livello teorico, se uno dei due corpi avesse massa negativa, dopo lo scontro accelererebbero entrambi nella stessa direzione. Se le due masse continuassero a interagire si avrebbe un’accelereazione continua, che prima o poi spingerebbe le due masse a velocità superiori a quelle della luce.
Questa speculazione è alla base dei motori a curvatura (se vi ricordano Star Trek avete ragione: cliccate qui per saperne di più), la cui realizzazione si scontra però con un altro principio fisico: una massa non può avere un valore negativo. Anche l’antimateria, le cui particelle hanno carica e spin opposto a quello della materia, ha massa positiva.

Quanto pesa la luce?
Ciò che hanno fatto Peschel e i suoi collaboratori è stato dotare di massa i fotoni, cioè le particelle di luce. O, meglio, hanno fatto sì che i fotoni si comportassero come se avessero una massa. Per ottenere questo risultato hanno sparato gli impulsi laser attraverso uno speciale cristallo, che attraverso un complicato gioco di riflessioni e rifrazioni li ha, di fatto, rallentati conferendo loro proprietà fisiche uguali a quelle di particelle dotate di massa.

Giocando sulla forma delle onde luminose e sulla struttura del cristallo i ricercatori sono riusciti a creare impulsi di luce con “massa virtuale” negativa e a farli scontrare con quelli a “massa virtuale” positiva. Per ottenere l’interazione tra queste strane entità fisiche avrebbero però avuto bisogno di cristalli straordinariamente lunghi.

Gli scienziati hanno ovviato al problema realizzando due anelli in fibra ottica disposti a 8, di cui uno leggermente più piccolo dell’altro e vi hanno sparato dentro gli impulsi laser nella stessa direzione. Nel punto di contatto gli impulsi del primo anello cedono alcuni fotoni all’impulso del secondo: dopo qualche loop si viene a creare uno schema di interferenza tale per cui uno dei due impulsi ha massa positiva e l’altro negativa.

Quando l’impulso a massa positiva e quello a massa negativa si scontrano a loro volta, accelerano effettivamente nella stessa direzione, in barba alla terza legge di Newton. E ad ogni passaggio accelerano sempre di più.

I computer di dopodomani
Mantenendo il loop all’infinito, gli scienziati hanno di fatto realizzato qualcosa di molto simile a un minuscolo motore a curvatura. Servirà a costruire le astronavi del futuro? Probabilmente no, ma secondo Peschel potrebbe servire per costruire computer molto più veloci di quelli attuali. Per esempio conferendo una massa virtualmente negativa agli elettroni presenti nei semiconduttori dei circuiti elettronici e dei processori. Oppure per costruire display laser di nuova generazione, in cui il loop controlla la lunghezza d’onda dei fotoni e quindi il colore della luce.
“Ma”, avverte lo scienziato “l’applicazione pratica di questo studio potrebbe essere decisamente complessa”.

 

17 ottobre 2013 | Rebecca Mantovani