Il più grande errore di Einstein.

I geni per quanto geni non possono prevedere il futuro, non sono né maghi né filosofi.

Nel 1915 Einstein concluse la sua teoria della Relatività Generale con la famosa Equazione di Campo, con la quale descrive l’evoluzione dell’Universo.equazione di campo di einstein0

Ora non mi chiedete come funziona perché non saprei rispondervi. E non credo molti altri.
Posso dirvi che descrive la curvatura dello spazio-tempo (“R”) in funzione della sua geometria (“g”), della densità di materia (“G” costante di gravitazione universale), dell’energia e della pressione, rappresentate tramite il tensore stress-energia (“T” descrive il flusso di energia e quantità di moto associate a un campo).

Lo so che non ci avete capito nulla lo stesso. In maniera più semplificata il primo termine rappresenta lo spazio-tempo, il secondo la materia. Ovvero lo spazio-tempo (l’Universo) è tenuto in equilibrio dalla gravità e energia in esso contenuto.
Ma veniamo ad Einstein.

Questa equazione fondamentalmente descriveva un universo dominato dalla forza gravitazionale.
Ben presto Einstein si rese conto che considerando unicamente la gravità come forza conduttrice dell’Universo, il risultato non era molto attraente: con il tempo la forza gravitazionale avrebbe avuto il sopravvento sulla spinta di espansione data dal Big Bang, e l’Universo sarebbe collassato in un Big Crunch.
Tutti gli oggetti presenti nell’universo avrebbero finiti per ammassarsi l’uno sull’altro e scivolare inesorabilmente in un pozzo senza fondo dello spazio-tempo.

Allora pensò di introdurre una costante, Λ, Costante Cosmica, chiamata “lambda” per riportare l’equilibrio nell’Universo, cosicché diventasse stabile, senza incorrere in possibili Big Crunch.

Pochi anni dopo, però, Edwin Hubble ha scoperto che l’Universo non è per nulla stabile, anzi, è in continua espansione.
Fu allora che Einstein definì quel termine lambda, in apparenza ormai superfluo, “la più grande cantonata della mia vita”.

In seguito Friedman ha riscritto l’Equazione di Campo senza tener conto della costante cosmologica, accettando un Universo instabile.

In realtà, mai cantonata fu più felice.
Negli ultimi decenni, quella lettera lambda prematuramente rinnegata è stata non solo riesumata e riabilitata, ma è diventata la protagonista irrinunciabile del modello standard della cosmologia.

Le osservazioni hanno rilevato un Universo omogeneo ed isotropo in continua espansione, e questa espansione sta addirittura accelerando.

A questo punto i giochi hanno cominciato a farsi pesanti. E la descrizione della gravità di Einstein può essere rappresentata da un tensore che descrive la metrica (geometria) dello spazio tempo. Ovvero qualcosa che dilata l’Universo. Questa metrica può venir modificata (inserendo una curvatura per esempio) e tramite le equazioni di Friedman si può estendere questo sistema ad una forma dinamica (ovvero descriverne l’evoluzione nello spazio tempo) inserendo una forma più generale della Costante Cosmologica libera di assumere un qualsiasi valore (0, un valore negativo o un valore positivo).
In pratica i parametri liberi di queste equazioni vanno determinati dalle osservazioni, et voilà, ecco che abbiamo la descrizione perfetta del nostro Universo.

La Costante Cosmologica di Einstein diventa quindi una sorta di fluido che permea l’Universo e su cui esercita una pressione, positiva, negativa o nulla.

Cosa vuol dire tutto questo?
Vuol dire che questo fluido identificato come la densità della materia nell’universo può determinare il suo destino: richiudersi su se stesso o espandersi indefinitamente. Allo stato attuale sembra che ci troviamo in uno stato di equilibrio. Insomma non sappiamo ancora che fine farà il nostro universo.

La costante cosmologica ha assunto oggi un nuovo ruolo: essa tenta di spiegare l’accelerazione dell’espansione dell’universo, senza modificare le equazioni della relatività generale.
Il modello più accreditato per la costante cosmologica è attualmente quello dell’energia del vuoto prevista dalla meccanica quantistica.

Ovvero che circa il 70% del nostro Universo è formato di una “sostanza” sconosciuta chiamata Dark Energy (o Energia Oscura), che permea lo spazio e spinge la materia ad allontanarsi, contrariamente a quanto fa la forza di gravità.
Cos’è quindi questa Dark Energy? Non lo sa nessuno. Anzi, non è che soltanto non lo sa nessuno, ma nessuno ne ha proprio la più pallida idea.

È al momento il più grande mistero della fisica moderna.
Ricordo che la Dark Energy non ha nulla a che vedere con la Dark Matter, o Materia Oscura, se non condividerne parte del nome, giusto come dimostrazione della talvolta scarsa fantasia dei fisici. La Materia Oscura è una componente dell’Universo che è attualmente sconosciuta, ovvero non si sa esattamente di cosa sia composta, ma se ne conosce la natura. Si sa infatti che si tratta di materia, ovvero ha una massa, infatti è in grado di “sentire” e influenzare la forza gravitazionale.
Al contrario l’Energia Oscura è un’essenza, è qualcosa di cui ignoriamo totalmente la natura.

Si può pensarla come una sorta di energia del vuoto, che permea lo spazio e vi agisce. L’Energia Oscura, fondamentalmente è un altro nome per la Costante Cosmologica, ovvero un termine nell’equazione dinamica dell’Universo che agisce in contrasto alla gravità.

Conclusione.
Ora, se pensate che nulla vi possa riguardare di meno, sbagliate di grosso.
Se l’universo non si espandesse seguendo il ritmo imposto dalla costante cosmologica, i micidiali lampi di raggi gamma (GRB, dalle iniziali digamma-ray burst), che spazzano l’intero cosmo con la potenza di fuoco di migliaia di supernove, avrebbero reso pressoché impossibile lo sviluppo di forme di vita complesse.


 

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La velocità della luce non potrebbe essere costante.

fotoni
Il principale artefice della luce e della sua velocità è il fotone.

Conosciamolo meglio.
Il fotone è particella e onda nello stesso tempo. Esperimenti lo hanno dimostrato. Esperimenti hanno dimostrato che nel vuoto, i fotoni si propagano costantemente alla velocità della luce.

Particella.
Come particella ha massa nulla e non trasporta alcuna carica elettrica. Questo significa che un fotone può continuare a viaggiare nello spazio-tempo indefinitamente senza alcun limite, finché non viene assorbito da un’altra particella. Per questo motivo, è possibile tuttora rilevare i fotoni emessi nelle prime fasi di vita dell’universo, che formano la radiazione cosmica di fondo.

Onda.
Qui viene il bello. La luce è composta da campi magnetici ed elettrici che si propagano nello spazio come onde. ll fotone è la particella che costituisce i campi elettromagnetici ed ha quindi una frequenza ed una lunghezza d’onda. La lunghezza d’onda determina il colore della luce visibile. Per capire questo fatto basa saper leggere l’espressione:
c=f ʎ
Il prodotto della sua frequenza con la lunghezza d’onda è la velocità della luce.
Ora essendo c=costante, all’aumentare della frequenza deve diminuire la lunghezza. Ad ogni frequenza corrisponde un colore. (Es: a una frequenza di 600 THz corrisponde il colore verde).
E’ altrettanto vero che ad ogni determinata lunghezza d’onda della luce corrisponde un’energia del fotone associato.

La teoria della relatività speciale di Einstein prevede che la luce nel vuoto viaggi ad una velocità costante “c” circa uguale a 300 mila chilometri al secondo (299.792.458 m/s), quale che sia l’energia dei fotoni.

Dove sta allora il problema?
Alcune teorie quantistiche della gravità considerano il vuoto come un “mezzo gravitazionale”.
Secondo queste teorie, questo “mezzo gravitazionale” conterrebbe delle disomogeneità, o fluttuazioni, estremamente piccole, dell’ordine della cosiddetta “lunghezza di Planck” (10 miliardi di miliardi di volte più piccola del diametro di un protone).
Una sorprendente conseguenza della presenza di queste disomogeneità sarebbe che fotoni di diversa energia non viaggerebbero più tutti a alla stessa velocità nel vuoto, ma potrebbero avere velocità differenti che dipendono dalla loro energia: maggiore è l’energia del fotone, maggiore sarà l’effetto dovuto alla gravità quantistica.

Cosa significa?
Significa che due fotoni emessi nello stesso momento con energia diversa e che si propagano nel vuoto quantistico, accumulano un ritardo l’uno rispetto all’altro.
Il fatto è che questo effetto è talmente piccolo che è necessario che i fotoni viaggino per miliardi di anni per accumulare una separazione temporale dell’ordine del millesimo di secondo.
Resta quindi il problema della misurazione di questo ritardo.
Questo può essere risolto solo studiando la luce emessa dai lampi di raggi gamma, ovvero i Gamma-Ray Burst (le potenti esplosioni cosmiche legate alla fusione di stelle di neutroni).
Si tratta infatti di esplosioni talmente potenti che è possibile osservarle fino a distanze di decine di miliardi di anni luce.
I ricercatori hanno così studiato il ritardo di arrivo dei fotoni a energie di qualche decina-centinaia di kiloeletronvolt emessi dai GRB e rilevati dal satellite Swift, una missione NASA.

Conoscendo la distanza di questi eventi il team ha ottenuto un nuovo limite sull’energia oltre la quale gli effetti di gravità quantistica diventano importanti.

(fonte: Infn)

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Il fotone oscuro.

babar

 
Che roba è?
Il fotone oscuro è una particella ipotetica, simile al fotone delle onde elettromagnetiche ma con una piccola massa, prevista da alcuni recenti modelli teorici che descrivono la materia oscura.

Come avete intuito si sta indagando sulla misteriosa materia oscura.
Il cosiddetto fotone oscuro, dovrebbe essere la particella responsabile di trasportare la forza elettromagnetica nel “mondo” della materia oscura, proprio come fanno i fotoni in quello della materia visibile.
Secondo alcune teorie, ancora tutte da verificare, i fotoni oscuri potrebbero interagire con quelli visibili, in un processo detto mixing.

Come?
Ce lo spiegano gli stessi fisici.
“Si pensi a un dialogo tra due persone che non parlano la stessa lingua, ovvero la materia oscura e quella visibile. Il fotone oscuro potrebbe essere una sorta di mediatore che parla una delle due lingue e comprende l’altra”.

Per capire se ciò avviene realmente, al CERN di Ginevra si sta facendo un esperimento che si basa sul principio fisico della conservazione dell’energia.
Un fascio di elettroni, di cui si conosce molto precisamente l’energia iniziale, viene puntato verso un rivelatore. Le interazioni tra gli elettroni del fascio e i nuclei atomici del rivelatore producono fotoni visibili; in virtù della conservazione dell’energia, l’energia di tali fotoni dovrebbe essere equivalente a quella degli elettroni.
Ma se nel processo dovessero entrare anche i fotoni oscuri, questi potrebbero portare via una parte dell’energia agli elettroni.

Un’osservazione del genere rappresenterebbe, in effetti, un traguardo storico nel campo della fisica delle particelle e ci consentirebbe di ampliare notevolmente la conoscenza della materia oscura, che attualmente non è contemplata dal Modello standard, la teoria che spiega il comportamento di tutte le particelle note.


 

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Saturno: c’è un anello invisibile.

anello saturno

C’è una struttura, la più grossa del sistema solare che si estende tra 6 e 16 milioni di km da Saturno. E’ un enorme anello fatto di polvere.

Questa polvere si vede solo negli infrarossi quando è riscaldato dal Sole. L’anello è stato scoperto del telescopio spaziale Spitzer e poi analizzato da Wise (due telescopi a infrarossi della Nasa).
La polvere sembrerebbe lasciata da impatti molto violenti con Phoebe, la luna più esterna di Saturno.

Phoebe è il più esterno dei grandi satelliti di Saturno (poco meno di 13 milioni di km dal pianeta) ed è stato il primo ad essere scoperto fotograficamente nel marzo 1899. La sua caratteristica principale è quella di avere un percorso orbitale con direzione opposta (moto retrogrado) rispetto a quello delle altre maggiori lune saturniane. La sua alta densità fa pensare ad un protopianeta abortito proveniente dalla fascia di Kuiper, il mondo dei corpi ghiacciati che orbitano oltre Nettuno.

Phoebe ha una forma grosso modo sferica, un diametro di 220 km ed una superficie pesantemente craterizzata, con crateri larghi fino a 80 km, uno dei quali con pareti alte sino a 16 km.
Ciò lascia pensare che abbia subito violenti impatti che hanno disperso la polvere che poi si è distribuita attorno a Saturno.


 

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Protone: ma quanto sei piccolo?

protone

Il protone potrebbe essere realmente più piccolo di quanto si pensasse.

Esperimenti su una forma esotica di idrogeno avevano già trovato una forte discrepanza con la dimensione accettata nel 2010. Ora, le prove di un gruppo tedesco e russo indicano un valore più piccolo per la dimensione del protone anche nell’idrogeno ordinario.

Intanto, tanto per cominciare, secondo le stime un corpo umano adulto è fatto da almeno 7 x 10^27 atomi (7 seguito da 27 zeri, un numero impronunciabile), ognuno dei quali ha una massa inferiore a ciò che la fisica ha fino a oggi stimato.

Perché tanta attenzione per un valore, in fin dei conti, così piccolo e perché è così importante per i fisici? Ora ve lo spiego.
I protoni hanno una struttura interna composta da tre particelle (quatk) tenute insieme da forze attrattive (gluoni). Circa il 95% della massa del protone è derivata dall’energia di interazione tra le particelle quark.

Esistono alcuni differenti modi per trovare la massa di un protone (spettroscopia, bombardamento dei nuclei con fasci di elettroni veloci)
Non ve ne sto a spiegare nemmeno uno perché è materia per gli esperti del settore (spesso in conflitto).

Il nuovo valore è stato calcolato da una collaborazione multinazionale guidata da Randolf Pohl, all’epoca al Max-Planck-Institut per l’ottica quantistica a Garching, in Germania.

Se volete i numeri, eccoli:
la massa del protone è 1,007276466583 unità atomiche (una unità atomica è la dodicesima parte della massa di un atomo di carbonio-12) e non 1,007276466879, come precedentemente sancito dal CODATA, il comitato internazionale per i dati di scienza e tecnologia.

Non è poca cosa: il protone contribuisce in modo importante alla massa dell’atomo, che è una unità fondamentale della fisica come la costante di Planck (anch’essa recentemente corretta) e la velocità della luce. La massa del protone è di poco inferiore a quella del neutrone (dello 0,14%, probabilmente ora da verificare) mentre è ben 1836 volte superiore a quella dell’elettrone (anche questo dato andrà rettificato).
A causa di questo esperimento, CODATA “probabilmente” cambierà i propri valori.

Non è tutto: la nuova misura della massa potrebbe anche spiegare perché in molti esperimenti il raggio del protone sembra essere del 4 per cento più piccolo di quel che la teoria predice, approssimativamente un raggio di circa 0,8768 femtometri (un milionesimo di un milionesimo di millimetro)

Bene, una misura dell’importanza della scoperta la danno le interpretazioni dei primi istanti dell’Universo, appena dopo il Big Bang: calcoli teorici hanno stimato che se la differenza di massa tra protone e neutrone fosse stata dello 0,19% anziché dello 0,14% si sarebbe formato più elio e meno idrogeno, e le stelle non si sarebbero accese come hanno fatto.
Ora lo sai.

(fonte: Le Scienze)

 

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Eterne Voyager 1 e 2.

 

voyager1e2

Ricorre il 40 esimo anno da quando le sonde Voyager 1 e 2 furono lanciate nel 1977.
La loro missione era visitare uno dietro l’altro i quattro giganti del sistema solare (Giove, Saturno, Urano, Nettuno) approfittando di un raro allineamento tra i pianeti che si verifica ogni 175 anni. E sono tutt’ora operative.
Grazie alle due sonde si è intuita la presenza di un oceano sotto il ghiaccio di Europa, che Io ha una attività vulcanica, che Titano ha una ricca atmosfera.

Voyager 1, in particolare, è il primo manufatto umano che si è spinto oltre il sistema solare.
Attualmente si trova a circa 20 miliardi di chilometri di distanza dalla Terra e si allontana dal Sole a oltre 60.000 km all’ora. I suoi messaggi ci arrivano dopo 19 ore.
Qualche anno fa è uscita dall’eliosfera ed è entrata ufficialmente nella terra di nessuno in mezzo allo spazio tra una stella e l’altra.

Anche quando le due sonde si spegneranno, si spingeranno sempre più lontano per milioni o addirittura per miliardi di anni.
I dischi dorati che contengono suoni, immagini, potranno essere persino tutto quello che resterà della nostra specie e del nostro pianeta quando anche il Sole si sarà spento e con esso anche la vita sulla Terra.
Non sarebbe un brutto modo per essere ricordati.


 

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