Il mantello di Harry Potter

Beata giovinezza! I bambini sono sempre pronti a stupire con le loro candide domande. Così, l'altro giorno il piccolo Rino (neanche poi tanto piccolo) mise in serio imbarazzo il proprio papà dopo aver finito di vedere uno dei film di Harry Potter: 'Papà me lo compri il mantello dell'invisibilità?' E, naturalmente, non ci fu verso per il padre di far cambiare idea al proprio figlioletto...

Ma quel papà se la sarebbe forse cavata meglio se avesse saputo che la realtà si sta avvicinando alla fantasia...

Eh sì! Perché se credete che ottenere l'invisibilità sia solo una questione fantascientifica, vi sbagliate di grosso: è solo una questione di tempo... ma i primi studi e risultati già ci sono. Non ci credete? Abbiate solo un po' di pazienza...

Dunque, in genere l'idea di invisibilità è associata a qualche pozione che rende completamente trasparente chi la ingerisce. Ovvero, tale da far diventare il proprio indice di rifrazione (vedi anche l'articolo qui uguale a quello dell'aria circostante. Questo metodo, tuttavia, non può funzionare bene, come ce lo dimostrano già alcuni pesci trasparenti (come il pesce fantasma o altri), la cui pelle non riflette la luce e il cui sangue non contiene emoglobina: la loro presenza, infatti, si rivela attraverso il loro scheletro che, invece, assorbe la luce.

L'altra idea per l'invisibilità, invece, richiama proprio il mantello di Harry Potter, ossia fare in maniera tale che la luce non incida su un dato corpo (che poi la riflette e quindi ci riveli la presenza del corpo), ma lo aggiri dolcemente, in modo da “nasconderlo” alla vista e quindi non farlo vedere. 'Fantascienza', direte voi: 'la luce si propaga in linea retta!' Certo, nel “vuoto” (o, approssimativamente, anche nell'aria) avviene proprio così, ma sappiamo bene che la luce si curva se si passa da un mezzo ad un altro, oppure se cambia qualche proprietà fisica dello stesso mezzo, come per i miraggi. Ovvero, pur rimanendo nel vuoto (o nell'aria), se cambia qualche proprietà dello spazio, in modo tale da renderlo curvo, da piatto quale era.

Un semplice esempio è il seguente. Nel vuoto la luce si propaga sempre alla stessa altissima velocità, ma se essa poi passa a viaggiare in un dato mezzo, la sua velocità diminuisce (vedi, ancora, qui); ad esempio, essa potrebbe dimezzarsi, se l'indice di rifrazione del mezzo è pari a 2. Ora, supponete di trovarvi nello spazio vuoto, e di volerne cambiare la sua proprietà geometrica, ad esempio potreste voler dilatare lo spazio di un fattore 2: se aveste con voi un righello, ve ne potreste facilmente accorgere osservando che una certa distanza è ora raddoppiata dopo la dilatazione. Se effettuaste veramente tale dilatazione dello spazio, il risultato sarebbe allora che un raggio di luce che vi passasse attraverso ci impiegherebbe il doppio del tempo a percorrere una certa distanza, come se la sua velocità fosse dimezzata, ovvero come se fosse cambiato l'indice di rifrazione. Il contrario vale ugualmente: l'effetto di dilatare lo spazio di un certo fattore k (almeno dal punto di vista “luminoso”, ovvero elettromagnetico) si può ottenere sostituendo lo spazio vuoto con un mezzo con un indice di rifrazione pari proprio al fattore k.

Questo che abbiamo visto è solo un semplice esempio, ma la conclusione che può dimostrarsi in generale è che una qualsiasi trasformazione dello spazio può, in linea di principio, ottenersi tramite un mezzo con delle opportune proprietà ottiche (elettromagnetiche). In altre parole, è possibile far curvare la luce in modo tale da “aggirare” un certo oggetto (e quindi non illuminarlo) mediante un opportuno mezzo rifrangente, come per esempio un mantello. Ad esempio, nella figura qui sotto, si può far in modo che i raggi di luce aggirino un ostacolo cilindrico, e che poi ritornino nuovamente paralleli come prima dell'oggetto, in modo tale che un osservatore che guardi in direzione dell'oggetto dalla destra non riveli affatto la presenza del cilindro, che così viene effettivamente nascosto (ovvero, è invisibile).

Il problema si può sempre risolvere dal punto di vista matematico, qualunque sia la forma dell'oggetto da nascondere, ma la realizzazione pratica del meccanismo richiede un opportuno mezzo elettromagnetico, che non necessariamente è ancora realizzabile con i nuovi metamaterialigià a disposizione. Nella figura qui sotto, ad esempio, a sinistra si può vedere la simulazione teorica di cosa avviene a dei raggi di luce (provenienti da sinistra) che incidono su un disco di rame coperto da un opportuno “mantello”, mentre a destra vedete cosa si osserva veramente in un esperimento. Dopo il disco, nel caso reale i raggi non sono perfettamente paralleli, e l'intensità luminosa è pure cambiata, per cui non c'è ancora invisibilità “perfetta”. Tuttavia, come primo passo è certamente incoraggiante: il resto è più che altro una questione di perfezionamento della tecnologia.

La ricerca scientifica, però, questa volta è andata oltre ogni fantasia sfrenata. Infatti, oltre a studiare come “nascondere” un oggetto mediante una modifica dello spazio, da un po' di tempo si sta occupando anche di come “nascondere” addirittura un evento che avviene nello spazio ad un certo tempo. In pratica, per fare un esempio, come rendere “invisibile” una rapina ad una banca: una videocamera di sorveglianza riprende una cassaforte che apparentemente nessuno tocca, con la porta chiusa per tutto il tempo, mentre invece un ladro entra in scena, ruba i soldi e richiude la porta della cassaforte... Ancora più incredibile? Niente affatto... Basta modificare (elettromagneticamente, sempre con opportuni metamateriali) lo spazio circostante non solo geometricamente, ma anche temporalmente, con un indice di rifrazione (o proprietà simili) variabile anche con il passare del tempo (ad esempio con un mezzo rifrangente che, invece di essere fermo, come sopra, si muove con una certa velocità). Un “mantello” che renda invisibile un evento può essere pensato come un mezzo capace di manipolare il flusso di luce che illumina una determinata scena in modo tale che venga creato buio totale in un particolare posto per un breve periodo. Se un certo evento avviene in quel luogo durante il periodo di buio, esso non potrà essere visto dal fascio di luce “illuminante” la scena. Dopo quella regione, il fascio di luce viene ricostituito nel suo stato originario in maniera che un rivelatore a distanza possa ricevere l'informazione trasportata dalla luce come se fosse un flusso continuo. Tale informazione, però, non conterrà nulla riguardo l'evento avvenuto durante il periodo buio, che quindi viene “cancellato” a tutti gli effetti dalla storia registrata dal rivelatore.

>E c'è qualcosa di ancora più impressionante. Un mantello dell'invisibilità spazio-temporale, che riesca a nascondere un evento, può portare all'illusione di un teletrasporto, in cui un oggetto si sposta da un certo posto ad un altro durante l'operazione di invisibilità: un osservatore vede l'oggetto scomparire da un punto e materializzarsi istantaneamente in un altro punto dello spazio... Niente male, vero?

Non siamo ancora riusciti a realizzare realmente quanto descritto ma, come si è detto, è solo una questione di tempo (e di miglioramento della tecnologia): la scienza ha già previsto in dettaglio come realizzarlo. Gli scrittori di romanzi fantastici sono avvertiti: devono aggiornarsi, altrimenti rischiano che la loro fantasia rimanga ben indietro la realtà!

 S. Esposito, fisico