Energia, Dyson e sviluppo: uno sguardo al futuro

«La scienza ci dà la possibilità di conoscere i mezzi per giungere a uno scopo prescelto, ma non ci aiuta a decidere quali scopi perseguire» (Bertrand Russell).

di Eric David e Letizia Beghetto

Per più del 99% della nostra storia, la fonte principale di energia derivava dai muscoli, sia umani che animali. In seguito, abbiamo imparato a controllare e ad usare il fuoco a nostro vantaggio. Con l’utilizzo di carbone e petrolio il mondo è stato trasformato dalla Rivoluzione Industriale. Quando abbiamo poi scoperto come scindere un nucleo abbiamo dato il via all’Era Atomica. Di volta in volta, abbiamo migliorato la nostra capacità di ricavare energia ad un livello mai visto precedentemente.

Basandosi su questi fatti, l’astronomo Nicolaj Kardashev sviluppò un metodo per misurare il livello di progresso tecnologico di una civiltà in base alla quantità di energia che essa è in grado di utilizzare: la scala di Kardashev. Questa presenta tre diversi “traguardi”.

Tipo 1: indica una civiltà in grado di utilizzare tutta l’energia presente sul suo pianeta.

Tipo 2: indica una civiltà in grado di utilizzare tutta l’energia della stella del proprio sistema stellare.

Tipo 3: indica una civiltà in grado di utilizzare tutta l’energia della propria galassia.

Per il momento la civiltà umana è ancora di Tipo 0, in quanto utilizza solo una frazione dell'energia totale disponibile sulla Terra.

Con il continuo avanzamento tecnologico della nostra civiltà cresce in modo corrispondente anche la necessità di energia. Questo è dovuto in parte alla crescita demografica (secondo le stime entro il 2050 dovremmo essere circa 10 miliardi) e in parte al fatto che, con il passare degli anni, le azioni di ogni giorno richiedono sempre più energia per essere compiute. Infatti come società utilizziamo le nostre crescenti capacità tecnologiche per costruire ‘giocattoli’ che richiedono una sempre maggiore quantità di energia per funzionare. Prendiamo ad esempio Fugaku, il supercomputer più veloce del mondo, che utilizza abbastanza energia da poter elettrificare circa 20.000 abitazioni se spinto al limite delle sue capacità. Oppure l’LHC (Large Hadron Collider) al CERN che ha un consumo energetico annuale equivalente a quello di 300.000 abitazioni.

Negli ultimi 200 anni il consumo energetico dell’uomo è aumentato del 2500%, percentuale relativamente elevata se comparata all'esiguo aumento demografico del 700%. Gli scienziati sostengono che questo andamento non lineare sia destinato a protrarsi per il prossimo futuro. A conferma di ciò basti pensare che l'Earth Overshoot Day (data ipotetica in cui la domanda dell'umanità di risorse e servizi ecologici supera ciò che la Terra può rigenerare in quello stesso anno) degli ultimi dieci anni è avvenuto con un anticipo di circa quattro mesi rispetto alla fine effettiva dell’anno.

A ciò si aggiunge un altro problema: l’energia disponibile sulla Terra non deriva da risorse infinite; queste, infatti, prima o poi, si estingueranno.

Attualmente la maggior parte (quasi il 65%) dell’energia che si consuma è riconducibile ai combustibili fossili. Queste risorse energetiche, oltre ad essere una delle più significative cause di inquinamento e perciò anche di cambiamenti climatici e surriscaldamento globale, sono ormai vicine all’esaurimento. Oggi ci si trova dunque a dover fare i conti con l’impellente necessità di fare a meno di queste fonti di energia per non danneggiare ulteriormente la biosfera e per non intaccare lo sviluppo della civiltà.

In un prossimo futuro l’umanità si troverà dunque a dover essere in grado di raggiungere il livello K1 (tipo 1 nella scala di Kardashev)... ma a quel punto cosa accadrebbe? I dati sopra citati parlano chiaro: col passare del tempo aumenta il nostro fabbisogno energetico e diminuiscono le risorse disponibili sulla Terra. Come infatti ci ricordano Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani in Energia per l’astronave Terra:

« per il secondo principio della termodinamica, come è impossibile creare il moto perpetuo è anche impossibile avere uno sviluppo infinito sulla base di risorse inesorabilmente finite. Questa è una realtà con cui economia e politica dovranno rassegnarsi a fare i conti. »

Arriverà quindi il momento in cui la sola Terra non riuscirà più a sostenerci e sarà dunque necessario raggiungere il livello K2 per progredire. Ma quale tecnologia ci permetterebbe di sfruttare l'energia di un’intera stella?

Nel 1960 l’astrofisico Freeman Dyson teorizzò che una civiltà sufficientemente avanzata sarebbe in grado di costruire una mega-struttura intorno alla propria stella natia in modo da aumentare significativamente la quantità di energia catturata. Questa struttura viene oggi chiamata sfera di Dyson. Ma è realmente possibile realizzarne una? E che aspetto avrebbe?

Un guscio solido che avvolga completamente il Sole sarebbe impossibile da costruire, almeno con la nostra tecnologia attuale. Gli sforzi a cui sarebbe sottoposta una struttura di quelle dimensioni non sono sostenibili da nessun materiale attualmente conosciuto. E, anche se un materiale super avanzato con abbastanza resistenza fosse scoperto, necessiteremmo di larghe quantità di questo materiale (secondo i dati, più di quanto idrogeno ed elio siano presenti in tutti gli altri pianeti del sistema solare). Infine, anche se risolvessimo i problemi precedenti, la sfera sarebbe instabile: basterebbe infatti una piccola collisione per farla andare in frantumi e farla precipitare nel Sole.

Dobbiamo quindi abbandonare l’idea di costruire una sfera di Dyson per raggiungere il livello K2? Non così in fretta... possiamo evitare i problemi descritti in precedenza con una semplice modifica: invece di costruire un guscio solido, possiamo costruire uno sciame di Dyson, una serie di pannelli solari, ognuno con la propria orbita intorno al Sole. Nonostante questa configurazione risolva molti dei problemi sopra citati, costruirla rimane comunque un’impresa titanica. Dovremmo disassemblare un intero pianeta per raccogliere i materiali essenziali a costruire i satelliti, e necessiteremmo inoltre dell’energia per fabbricare i pezzi e spedirli nella loro posizione intorno al Sole.

In una lezione tenuta nel 2012, il fisico e futurista Stuart Armstrong espose nel dettaglio un piano che permette di realizzare uno sciame di Dyson. L’idea è quella di disassemblare il pianeta Mercurio per ottenere i materiali necessari a costruire i pannelli. Secondo Armstrong il pianeta è ideale, in quanto è ricco di materiali indispensabili ed è il più vicino al Sole. Inoltre Mercurio non ha atmosfera e possiede solo un terzo della gravità terrestre, rendendo più semplice il lancio di materiali nello spazio. «Disassemblare un pianeta è fondamentalmente disassemblare un asteroide, eccetto farlo ancora, ancora e ancora», ha affermato il futurista.

Il piano di Armnstrong prevede di automatizzare il processo quanto più possibile, attraverso l’utilizzo di robot in grado di autoreplicarsi, che avranno la funzione di estrarre i materiali, costruire i pannelli solari e spedirli nella loro orbita attorno al Sole. Il primo satellite sarebbe il più lento a essere costruito, ci vorrebbero circa 10 anni, secondo il fisico, a causa della quantità limitata di energia disponibile all’inizio. Tuttavia ogni nuovo satellite lanciato in orbita aumenterebbe l’energia disponibile per costruire nuovi satelliti e in questo modo potremmo sfruttare la crescita esponenziale per costruire lo sciame in circa 70 anni, secondo le stime di Armstrong.

Attualmente non possediamo le tecnologie necessarie alla realizzazione della mega struttura e, secondo le stime correnti, non le avremo per i prossimi 1.000 anni. Tuttavia alcuni scienziati sostengono che la costruzione di una sfera di Dyson, al fine di raggiungere il livello K2, sia un passaggio fondamentale, se non inevitabile, per il progredire di una civiltà avanzata come la nostra.

C’è infine un ultimo aspetto che dobbiamo considerare: come dice saggiamente Albert Einstein, «il progresso tecnologico è come un’ascia nelle mani di un criminale patologico». Lo sviluppo di una tale tecnologia ci darebbe un potere immenso; dunque, la vera domanda che dovremmo porci diventa: saremmo in grado di gestire un tale potere con consapevolezza?

Per trovare una risposta andremo a considerare alcuni degli esempi più significativi che permettono di capire il rapporto che intercorre tra progresso tecnologico e sviluppo umano.

Facciamo un passo indietro e torniamo nel XVIII secolo, periodo in cui, grazie alle nuove scoperte scientifiche-tecnologiche, apparirono le “prime macchine moderne”. Queste nacquero col fine di aiutare l’uomo a svolgere lavori pesanti e ripetitivi, ma, come ben sappiamo, a causa del modo scorretto con cui vennero gestite dai grandi imprenditori dell’epoca, produssero disoccupazione e un peggioramento generale delle condizioni lavorative. In risposta a ciò alcuni operai si organizzarono in un movimento chiamato luddismo, che aveva il fine di sabotare i nuovi macchinari, ai quali veniva attribuita erroneamente la colpa della loro nuova condizione.

Spiega Tommaso Castellani in Equilibrio. Storia curiosa di un concetto fisico:  «Lo studio dinamico del moto dei proiettili, dei tempi di Newton, [...], è contemporaneo alla diffusione in Occidente delle armi da fuoco, il che non è certo un caso», perciò «non si possono ignorare i legami tra la scienza e la guerra, evidenti fin dai tempi in cui Archimede costruiva macchine belliche per difendere Siracusa dagli attacchi nemici». L’applicazione della scienza per scopi bellici, come ben sappiamo, non si ferma con Archimede, bensì, con l’aumentare della nostra conoscenza, siamo riusciti a creare armi sempre più pericolose e potenzialmente devastanti. Esempi di ciò sono le cosiddette “armi di distruzione di massa”, come esplicita Stefano Felician: «L’elemento che le accomuna è [...] la capacità, almeno potenziale, di arrecare una quantità di danni decisamente superiore a qualsiasi dispositivo militare convenzionale oggi presente. La scoperta delle implicazioni belliche della fisica atomica ha semplicemente rivoluzionato il quadro militare mondiale, chiudendo la Seconda guerra mondiale e spalancando le porte della Guerra fredda.»

Quando parliamo di Terza Rivoluzione Industriale intendiamo lo sviluppo negli ultimi decenni di discipline quali: informatica, elettronica, telematica e multimedialità. Questo tipo di tecnologia è diventato una parte fondamentale della nostra vita e ci ha indubbiamente portato numerosi vantaggi. Tuttavia, anche in questo caso, l’introduzione dei computer ha comportato seri problemi, primo tra questi, come ben sappiamo, è la violazione della privacy.

Risale agli inizi del 2018 lo scandalo “Facebook-Cambridge Analytica”. Riassumendo brevemente la vicenda, secondo quanto emerso, uno sviluppatore che aveva accesso ai dati di circa 50 milioni di utenti iscritti a Facebook, avrebbe venduto le informazioni alla società di consulenza Cambridge Analytica, che, a sua volta, avrebbe usato i dati per favorire la campagna elettorale di Trump. La campagna di Trump non fu la prima ad avere accesso alle informazioni di potenziali sostenitori usando Facebook. Infatti nel 2012 il team elettorale di Obama creò un’applicazione per fare la medesima cosa, ma tra le due c’era una grande differenza: il team del presidente Obama dichiarò pubblicamente il modo in cui voleva utilizzare quei dati, al contrario di Cambridge Analytica che ottenne queste informazioni andando a violare le norme di sicurezza e privacy di milioni di utenti iscritti a Facebook.

Ovviamente la lista di casi analizzabili è ancora lunga e potremmo quindi presentare molti altri esempi, ma la conclusione sarebbe la medesima. Il problema non è la tecnologia, ma il modo in cui questa viene utilizzata. Fino a quando alla base delle innovazioni vi saranno fini economico-politici scorretti, le conquiste tecnologiche non potranno essere garanzia di miglioramento. 

Basandosi su quanto riportato arriviamo alla seguente conclusione: la sfera di Dyson potrebbe divenire una condizione necessaria ma non sufficiente per il futuro dell’umanità, per ottenere infatti un vero miglioramento dobbiamo acquisire anche una piena consapevolezza di come utilizzare tutto questo potere. Come dice zio Ben: «Da grandi poteri derivano grandi responsabilità.»