Ultimo scattering dei fotoni: parte prima.

scattering

Ciò che oggi fa parte del nostro modo di pensare quotidiano, ha rappresentato negli anni ’20 dello scorso secolo una nuova vera e propria rivoluzione copernicana.

La relatività ci insegna che non è possibile trasmettere alcun segnale a una velocità maggiore di quella della luce. Questo significa che, osservando, ad esempio, una galassia a una data distanza da noi, i segnali luminosi che riceviamo ne sono una fotografia scattata al momento in cui sono partiti, e ci informano sulle sue proprietà a un tempo via via più remoto, man mano che la distanza diventa sempre più grande.

Ora la domanda da farci è se possiamo osservare l’universo nel corso della sua evoluzione e tracciare gli stadi attraverso i quali è passato, dalla sua infanzia sino ad oggi.

Sfortunatamente, questo è impossibile se si usa la radiazione elettromagnetica (i fotoni) come messaggero.

Per capire facciamo un passo indietro.
È ormai familiare a tutti, a differenti livelli di profondità, l’idea fondamentale della teoria del Big Bang “caldo”: cioè che l’universo sia in continua espansione, a partire da uno stato iniziale molto denso e caldo (circa 13,8 miliardi di anni fa), in cui era “tutto in un punto”.

In questo scenario le stelle e galassie si sono formate solo in tempi relativamente recenti e non erano certamente presenti quando tutto era in un punto.
Anche osservando la radiazione cosmica di fondo dei fotoni (più precisamente, di microonde), ci si può spingere a un’epoca di circa 380.000 anni dopo il Big Bang, noto come il tempo di “ultimo scattering” dei fotoni.

In tempi anteriori, la materia era in uno stato noto come “plasma”, elettroni e protoni non erano legati a formare atomi neutri e interagivano mutuamente emettendo e riassorbendo fotoni.
In queste condizioni la radiazione elettromagnetica, una volta prodotta, non era libera di viaggiare indisturbata per raggiungere oggi i nostri rivelatori, perché era assorbita e riemessa incessantemente.

Vi sono due possibilità per studiare l’evoluzione dell’universo in tempi più remoti: usare altre particelle, la cui presenza lasci una traccia, anche se indiretta, su quantità che possiamo osservare direttamente. Oppure adoperare il fatto che ogni particella interagisce gravitazionalmente.
Questo è il caso della materia oscura della cui esistenza abbiamo numerose indicazioni indirette legate al campo gravitazionale che essa produce, senza il quale l’universo ci apparirebbe molto differente da quello che osserviamo.

Dal momento che non si ha conoscenza della materia oscura non rimane che studiare i “neutrini”.
Queste particelle, “inventate” dalla fantasia visionaria di Wolfgang Pauli nel 1930 per “salvare” il principio di conservazione dell’energia nel decadimento beta dei nuclei, non finiscono mai di sorprendere i fisici per le loro straordinarie proprietà.

Come i fotoni, anche i neutrini popolano l’universo sin dalle origini. A differenza dei primi, interagiscono con le altre particelle soltanto attraverso le interazioni deboli che, come dice il nome, sono molto più flebili di quelle elettromagnetiche.

Questo fa sì che il loro “ultimo scattering” abbia avuto luogo in tempi molto più remoti, addirittura circa un secondo dopo il Big Bang!
In quest’epoca, l’universo era in piena attività e i neutrini erano fra gli attori principali: le loro interazioni con protoni, neutroni ed elettroni sono il primo passo che porta alla formazione dei nuclei leggeri (deuterio ed elio).

E’ per questo motivo che forse il ruolo dei neutrini nell’universo potrebbe portarci ancora più lontano.

Vi sono, infatti, modelli teorici che prevedono che la ragione del fatto che nell’universo oggi osserviamo soltanto materia e non antimateria sia legata proprio a una proprietà che solo i neutrini possono possedere, ossia di coincidere con le loro antiparticelle, gli antineutrini.
In questo caso i neutrini portano il nome di uno dei più brillanti fisici italiani di tutti i tempi e si chiamano “neutrini di Majorana”.

Se questi modelli venissero confermati, potremmo avere un’immagine dell’universo all’epoca nella quale è scomparsa l’antimateria, in pratica quando tutto era in un punto!

…… continua ….

(fonte: “Simmetrie” n.21)

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Nuova misura della espansione dell’universo.

cefeidi

Da quasi un secolo sappiamo che l’universo è in espansione e che allontana le galassie l’una dall’altra.
Meno nota è la velocità con cui ciò accade.

In seguito alla grande esplosione iniziale, il Big Bang, le galassie si allontanano le une dalle altre. Ma la mutua attrazione gravitazionale delle galassie esercita un’azione frenante e gli scienziati hanno cercato di capire quale possa essere il destino finale dell’universo.
È possibile che la gravità sia sufficiente a rallentarne progressivamente l’espansione fino ad invertirne il moto. In questo caso l’universo finirebbe con il collassare su se stesso. Nel caso contrario, l’universo, pur continuando a rallentare, è destinato ad espandersi per sempre.

La velocità di espansione dell’universo è quindi uno dei valori chiave nella nostra comprensione del cosmo per capire il nostro destino.

A molti la cosa potrebbe interessare poco, ad altri per niente. Un giorno una casalinga di Verona mi disse che importanza aveva per lei conoscere il destino della terra e dell’universo dal momento che lei sarebbe scomparsa molto prima. Come dire: interessa poco capire ciò che accadrà dopo di noi.

All’inizio del 1900 si ignorava l’esistenza di galassie al di fuori della nostra Via Lattea.
Poi l’astronomo Edwin Hubble scopre diverse stelle variabili di tipo cefeide (stelle giovani e luminose con massa tra 5 e 20 volte quella solare.) in diverse nebulose. Queste nebulose erano galassie lontane esterne alla Via Lattea ma simili per dimensioni e struttura.
Nel 1929 Hubble, compie un’altra scoperta fondamentale in campo cosmologico: più le galassie sono distanti, più si allontanano velocemente dalla Terra. Scopre quindi la relazione, nota come Legge di Hubble tra la distanza della galassia e la sua velocità di recessione.
Insomma dal momento del Big Bang l’espansione dell’Universo accelera costantemente.

Questa relazione tra il moto di allontanamento di una galassia dalla nostra visuale e la sua distanza dalla Terra viene espressa con una semplice formuletta:

V = H0 dL

dove (Ho) è la costante di Hubble, detta semplicemente acca zero, e (dL) è la sua distanza dalla Terra in funzione della luminosità (L) della galassia.
Quindi, nota la costante di Hubble e calcolata la distanza di una galassia dalla Terra, con una semplice moltiplicazione si ottiene la velocità di recessione della galassia.

Le misure.
Sul reale valore di questa costante c’è stato e c’è ancora un gran dibattito.
Inizialmente lo stesso Edwin Hubble aveva fissato il valore di 500 chilometri al secondo per megaparsec (un megaparsec è pari a circa 3 milioni di anni luce).

Questo valore tuttavia fu considerato troppo alto, facendo nascere una vera gara tra gruppi di scienziati.
(50 km/s/Mpc) per il fisico Sandage ed i suoi seguaci, e circa (100 km/s/Mpc) per il fisico Vaucouleurs.

Una misura più precisa è stata possibile solo in anni recenti: una prima stima basata sulle osservazioni delle Variabili Cefeidi col Telescopio Spaziale Hubble (HST) nel maggio 2001 che hanno fornito una prima stima pari a (72±8 km/s/Mpc)

Le osservazioni della radiazione cosmica di fondo condotte col satellite WMAP (2003) fornirono un valore simile dimezzando l’errore: (71±4 km/s/Mpc)
Nel 2006, la NASA ottenne utilizzando il telescopio orbitante Chandra una stima di (77±12 km/s/Mpc)

Per mettere tutti d’accordo la NASA indicò un valore medio: (70,8±1,6 km/s/Mpc) se lo spazio viene considerato piatto o di (70,8±4,0 km/s/Mpc) negli altri casi.

Nel 2011 con la nuova camera all’infrarosso del telescopio spaziale Hubble (HST) è stato misurato un valore di (73,8±2,4 km/s/Mpc)
Nell’ottobre 2012 Freedman e altri, hanno ottenuto un valore per la costante pari a (74,3±2,1 km/s/Mpc) grazie alle misurazioni effettuate dal telescopio spaziale agli infrarossi Spitzer.

lente gravitazionale

Ed eccoci ai giorni d’oggi.
Il 26 gennaio 2017 un gruppo internazionale di astronomi della collaborazione H0LiCOW, ha annunciato i risultati di uno studio, basato sulla diversa lunghezza dei percorsi della luce di quasar deviata da galassie, che operano come gigantesche lenti gravitazionali.
In pratica per la velocità di espansione dell’universo è stata utilizzata una metodologia alternativa rispetto a quanto fatto finora sfruttando una delle predizioni della teoria della relatività generale di Einstein.

La teoria prevede che la luce di una galassia lontana (sorgente) venga deviata dal campo gravitazionale di altre galassie poste fra noi (osservatore) e la sorgente stessa.
Il fenomeno, noto come lente gravitazionale, viene correntemente osservato, e i dettagli della teoria permettono di legare le immagini multiple della sorgente alla costante di Hubble, in modo quasi indipendente dal valore di altri parametri cosmologici (ad esempio, alla densità totale di massa dell’Universo).

La ricerca durata 13 anni su due sistemi di sorgente-lente, la collaborazione internazionale HoLiCOW ha misurato un valore della costante di Hubble di 71.9 km/s/Mpc con una incertezza inferiore al 4%.

Questo metodo è in linea con le misure fatte usando le supernove come indicatori di distanza, mentre sembra non in linea con le misure fatte dal satellite Plank, che utilizza la radiazione cosmica di fondo nelle micro-onde per determinare i parametri cosmologici.

Sì, vabbè – direte voi – qual’è il valore più attendibile?
Secondo la opinione corrente negli ambienti scientifici questo metodo sulle lenti gravitazionali è più semplice e diretto per misurare la costante di Hubble in quanto utilizza solo la geometria e la relatività generale e non altre ipotesi.

A questo punto la nostra casalinga di Verona potrebbe dire perché si dà tanta importanza a questa costante.

Il risultato è che a quanto pare il nostro Universo non è solo sempre più grande, ma che si espande a un ritmo molto più alto di quanto si pensasse.

Facendo uso delle variabili cefeidi si aprirebbero interessanti prospettive circa quella che i cosmologici chiamano ‘nuova fisica

Conseguenze.

Nel caso specifico, occorrerebbe ipotizzare l’esistenza di nuove particelle tuttora sconosciute nell’Universo primordiale.

Lo so, alla casalinga di Verona non interessa ugualmente niente di tutto questo.


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Pan

Pan luna di Saturno

Cassini rileva la strana forma a “tortellino” della luna di Saturno.

Conoscete la luna Pan?
È un piccolo satellite naturale di Saturno, anzi il più interno nel sistema di lune del sesto pianeta del Sistema solare.
In queste ultime settimane, grazie alle sue orbite strette, la sonda Cassini è riuscita a raccogliere immagini degli anelli di Saturno con un dettaglio senza precedenti.

L’immagina è stata scattata il 7 marzo 2017, dalla sonda Cassini della NASA. Il flyby aveva una distanza ravvicinata, appena 24,572 chilometri.

Pan orbita in apparenza da sola attorno al pianeta gigante all’interno della divisione di Encke, nell’anello A di Saturno.

Mai nome fu più appropriato, infatti Pan, il cui nome deriva dal greco paein, cioè “pascolare” è un satellite pastore, ovvero un satellite naturale che con la sua particolare orbita in prossimità di un anello planetario, contribuisce a mantenerlo stabile pur modificandone la forma e l’estensione attraverso meccanismi di interazione gravitazionale. D’altronde la stessa ninfa Driope, madre del dio greco Pan, secondo il mito fuggì terrorizzata alla sua nascita per l’aspetto deforme del figlio. Non sarà a causa della sua bruttezza, ma anche la luna che ne porta il nome orbita sola intorno a Saturno, provocando l’allontanamento di tutti i corpuscoli che si trovino nel campo di azione della sua orbita.

Pan luna di Saturno2

Con i suoi 28 chilometri di diametro Pan mantiene la divisione libera da particelle ghiacciate, spingendole indietro verso gli anelli quando se ne allontanano. Gli scienziati oggi ritengono che si inneschi un processo simile nei dischi protoplanetari (strutture discoidali di gas, polveri e ghiaccio in orbita attorno ad una stella o, più spesso, ad una protostella) dai quali hanno origine i pianeti.

Con la sua gravità crea inoltre delle vere e proprie onde tra gli anelli A e B causate dalla risonanza della sua orbita con le particelle.

La sonda Cassini, in orbita intorno a Saturno da più di 12 anni, si appresta a completare il suo ultimo anno di missione. Il 15 settembre 2017 compirà (per mancanza di carburante) una drammatica caduta nell’atmosfera del gigante disintegrandosi al suo interno.

Attualmente Cassini è nel pieno della sua penultima missione, che prevede 20 orbite ravvicinate, a sfiorare il bordo esterno del sistema di anelli. A partire dal 26 aprile, la sonda entrerà nella sua fase finale, durante la quale percorrerà 22 orbite ancora più strette, infilandosi nello spazio che separa tra loro gli anelli e il pianeta.

Pan


(fonte: MediaInaf)
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L’onda perfetta – parte seconda: l’evoluzione

onde-gravitazionali1

Le stelle da cui ebbero origine i due buchi neri la cui fusione ha generato le prime onde gravitazionali mai rilevate direttamente nacquero circa 2 miliardi di anni dopo il big bang.

Nel giro di appena 5 milioni di anni, le due stelle, che formavano un sistema binario e avevano masse comprese fra le 30 e le 100 masse solari, si trasformarono in buchi neri che iniziarono a ruotare uno attorno all’altro in orbite sempre più strette, per poi fondersi circa 10,3 miliardi di anni dopo. Il segnale di onde gravitazionali così generato (evento chiamato GW 150914) è stato rilevato da LIGO il 14 settembre 2015: 1,2 miliardi di anni più tardi.
Le misurazioni dei due rivelatori Ligo erano una lievissima increspatura dello spazio-tempo prodotta, in un punto remoto del cosmo, da questo catastrofico evento.

Sistemi binari di buchi neri.
Tutto ha origine come abbiamo capito da un sistema binario di buchi neri.
Un sistema binario in astronomia indica un sistema di due oggetti (di solito stelle, ma anche pianeti, galassie, asteroidi o addirittura di buchi neri) così vicini tra loro da essere legati dalla reciproca attrazione gravitazionale, e orbitano attorno ad un centro di massa comune.

Esistono anche vortici di tre buchi neri supermassicci legati tra di loro in un abbraccio vorticoso. E’ il caso del sistema, conosciuto con la sigla SDSS J150243.091111557.3, identificato inizialmente come quasar distante da noi oltre 4 miliardi di anni luce.
Due dei tre “mostri cosmici” sono separati da circa 400 anni luce e si muovono l’uno rispetto all’altro a una velocità di circa 100 km/s, cioè quasi 400.000 km/h.

L’onda gravitazionale.
Ma veniamo a noi. Ovvero come si forma l’onda gravitazionale.
La storia inizia nel 1963 con un articolo di Philip C. Peters e John Mathews, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, in cui si calcola l’energia gravitazionale emessa da un sistema binario composto da due stelle, che per semplicità si assume siano due masse puntiformi, che si muovono a velocità molto minori di quella della luce.

Si parte dal principio che l’energia totale si deve conservare, quindi la perdita di energia dovuta alle onde gravitazionali deve essere in qualche modo compensata.
Vediamo come.

Il sistema binario possiede anche un’energia orbitale, che è quella che permette alle due masse di muoversi sull’orbita ellittica o circolare su cui si trovano, quindi l’unico modo per soddisfare la conservazione dell’energia è che l’energia irraggiata in onde venga compensata da una variazione uguale e contraria dell’energia orbitale.
Questo implica che le due masse debbono via via avvicinarsi, in un moto che è progressivamente sempre più veloce.

In questa fase di spiraleggiamento, l’onda gravitazionale emessa ha una frequenza che istante per istante è uguale a 2/T, dove T è il periodo orbitale, cioè il tempo che le masse ci mettono a percorrere l’intera orbita.
Siccome il raggio dell’orbita diventa progressivamente più piccolo, anche T diminuisce nel tempo e quindi la frequenza (1/T) dell’onda gravitazionale cresce.

Inoltre, siccome le due masse si avvicinano, l’energia emessa per unità di tempo aumenta, e quindi l’ampiezza dell’onda cresce. Si ha dunque un segnale che ha la forma caratteristica di una sinusoide di ampiezza e frequenza crescente nel tempo che, se riprodotta come onda acustica, viene chiamata chirp (cinguettio), perché assomiglia al canto di certi uccelli.

Per capire meglio diamo una occhiata alla immagine.

onda-gravitazionale4

Nella figura è mostrato un esempio di segnale gravitazionale emesso in un processo di “coalescenza” (il processo in cui due corpi si attraggono, spiraleggiando uno verso l’altro, fino a fondersi) di due buchi neri, simile al primo rivelato da Ligo.

Zona viola.
La parte del segnale emessa durante la fase di spiraleggiamento dei due corpi è visibile nella zona viola.
Questa parte del segnale è simile sia che i due corpi siano buchi neri, sia che si tratti di stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono estremamente compatte, infatti hanno una massa comparabile con quella del Sole, ma un raggio di 10-15 km (mentre, per avere un confronto, il Sole ha un raggio di 700.000 km).

Bisogna dire a questo proposito che su un sistema binario di due stelle di neutroni fu osservato che le due stelle si muovevano su un’orbita ellittica con un periodo orbitale di circa 8 ore e fu compreso che, misurando con estrema accuratezza e per un tempo sufficientemente lungo il periodo, si sarebbe potuto verificare se esso diminuisce come predetto dalla relatività generale a causa dell’emissione di onde gravitazionali.
Questa misura è stata eseguita monitorando il sistema per decine di anni. Nel 1993 Hulse e Taylor ricevettero il premio Nobel per aver dimostrato grazie a questa osservazione, sebbene solo in maniera indiretta, l’esistenza delle onde gravitazionali.
Ok andiamo avanti.

Zona rossa.
Quando i due corpi si avvicinano il campo gravitazionale nelle loro vicinanze diventa estremamente intenso ed entra nel regime detto di campo forte.
Per descrivere il segnale emesso in questa fase non si possono più usare le approssimazioni utilizzate per calcolare il segnale di chirp (masse puntiformi, velocità piccole rispetto a quelle della luce ecc.) e bisogna integrare le equazioni di Einstein utilizzando computer potenti e veloci.

Per ricavare la parte del segnale in questa fase ci sono voluti decine di anni di studi teorici e numerici, condotti a partire dagli anni ’80 del secolo scorso.
Oggi sono disponibili “banche di forme d’onda” sufficientemente accurate da poter essere confrontate con i dati sperimentali e, dal confronto del segnale osservato con queste forme d’onda, si sono potute stimare le masse dei due buchi neri, rispettivamente pari a 29 e 36 masse solari, e la massa del corpo finale, pari a 62 masse solari. Quest’ultima è inferiore alla somma delle masse iniziali, perché una parte della massa è stata trasformata in energia e irraggiata in onde gravitazionali.

Zona blu.
onde-gravitazionali6Ma la storia non finisce qui, perché il corpo finale continua a oscillare e quindi a emettere onde gravitazionali finché lo spaziotempo non si “acquieta”. È questa parte del segnale che ci dà le informazioni più interessanti sulla natura del corpo celeste che si forma alla fine della coalescenza.

Infatti la teoria della relatività generale stabilisce che un buco nero oscilla emettendo onde gravitazionali a frequenze ben precise, che dipendono solo dalla sua massa e dal suo momento angolare (che è legato alla velocità di rotazione)

Avendo misurato la massa del corpo finale e il suo momento angolare, si può calcolare la frequenza del modo principale di oscillazione previsto dalla teoria e confrontarla con la frequenza dell’ultima parte del segnale mostrato.
I dati e la previsione teorica sono risultati essere in ottimo accordo e, così, è stato possibile stabilire che l’oggetto in questione era un buco nero di 62 masse solari.

Fine. Questo articolo (che ho ridotto) mi è stato utile per capire e spero che lo sia stato anche per voi come alla casalinga di Verona che forse si era domandata cosa saranno mai queste onde gravitazionali e come si formano.


(tratto dall’articolo di Valeria Ferrari su “simmetrie”. Valeria Ferrari è professore di fisica teorica presso l’Università di Roma Sapienza. Ha coordinato per dell’esperimento Ligo. vent’anni la collaborazione nazionale in ambito Infn Teongrav (TEoria ONde GRAVitazionali), dedicata allo studio di sorgenti di onde gravitazionali. È stata coordinatrice del Virgo-Ego Scientific Forum, che include più di cinquanta gruppi europei che studiano diversi aspetti della fisica delle onde gravitazionali.)
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L’onda perfetta

onde-gravitazionali3

Il 14 settembre 2015, alle 9.50 e 45 secondi ora di Greenwich, un’onda gravitazionale generata dalla fusione di due buchi neri di 29 e 36 masse solari ha attraversato i due rivelatori Ligo (a Hanford, nello stato di Washington, e a Livingston, in Louisiana).

Che sarà mai, avrete pensato quando ne è stato dato l’annuncio, l’atmosfera è piena di onde.
E no, cari amici! Quella rilevata non è stata una onda qualsiasi. E non è stata nemmeno una cosa semplice rilevarla.

Il segnale captato infatti denominato GW150914 (“gravitational wave”), è stato rivelato dagli algoritmi di analisi che operano in tempo quasi-reale, sviluppati dalla collaborazione Ligo-Virgo, ed è stato poi confermato da successive analisi più accurate.
Per identificare questo evento, captato dalle antenne gravitazionali dell’esperimento americano Ligo nel settembre 2015, è stato necessario confrontare la forma del segnale con dei modelli che sono il risultato di decine di anni di studi teorici e numerici delle equazioni della relatività generale

In pratica i due buchi neri man mano si sono avvicinati fino a fondersi formando un unico buco nero di 62 masse solari. Questo evento cosmico è avvenuto quasi un miliardo e mezzo di anni fa, quando sulla Terra facevano la comparsa le prime cellule in grado di utilizzare l’ossigeno. L’onda gravitazionale che ha emesso, della durata di circa un quinto di secondo, è il primo segnale gravitazionale rivelato dall’uomo.
Fine della storia? Neanche per sogno! In effetti questa prima rivelazione diretta, seguita da una seconda a pochi mesi di distanza, il giorno di Santo Stefano (prodotta in questo caso dalla fusione di due buchi neri di 7 e 14 masse solari), rappresenta un evento epocale per la fisica, soprattutto perché sancisce, dopo quasi mezzo secolo di incredibili sforzi sperimentali, la nascita di una nuova branca: la cosiddetta “astronomia gravitazionale”.

Vabbè, penserete voi, dove sta il sensazionalismo dell’evento?
Beh! per prima cosa l’esistenza delle onde gravitazionali sono state previste da Einstein esattamente un secolo fa ed è stata così dimostrata in modo diretto e con una significatività statistica da non lasciare ombra di dubbio.
Le onde gravitazionali costituiscono un mezzo di osservazione complementare alla radiazione elettromagnetica, che è alla base dell’astronomia tradizionale, ma anche ai neutrini e ai raggi cosmici. L’osservazione dell’universo attraverso le onde gravitazionali permetterà di studiare con un dettaglio senza precedenti fenomeni celesti che coinvolgono oggetti compatti, come stelle di neutroni e buchi neri e in futuro, forse, anche di “osservare” i primissimi istanti di vita dell’universo.

Perché ne parliamo a distanza di più di un anno?

Il primo aspetto fondamentale è l’espansione della rete di rivelatori. Nella prima metà del 2017 Virgo (interferometro costruito a Cascina – Pisa) completerà l’upgrade e si aggiungerà ai due rivelatori Ligo. Avere una rete di almeno tre rivelatori è un requisito fondamentale per localizzare con ragionevole accuratezza la posizione della sorgente.
Nel 2018-2019 è prevista l’entrata in funzione dell’interferometro giapponese Kagra, costruito sottoterra, per ridurre l’impatto del rumore sismico, e con specchi raffreddati a 20 Kelvin per ridurre il rumore termico. Intorno al 2022 dovrebbe essere la volta di Indigo, una copia di Ligo, che verrà costruito in India.
Il motivo sta nel fatto di ridurre le fluttuazioni del rumore strumentale. In pratica se un segnale è osservato in più rilevatori con caratteristiche coerenti di forma d’onda e ampiezza si ha un segnale pulito e la certezza sull’origine della osservazione.

(tratto da “simmetrie”)

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L’Universo come un ologramma.

universo_ologramma

La notizia che viene riportata un po’ da tutti i siti scientifici sta creando una curiosità a mio avviso eccessiva.
Di cosa si tratta? Perché la notizia è ritenuta interessante?

L’universo è un ologramma. Viviamo in un ologramma.
Cosa significa?

Per prima cosa diciamo cos’è un ologramma.
L’olografia è una tecnica che produce immagini tridimensionali. Gli ologrammi indicano quindi di solito le immagini 3D, e in particolare quelle stereoscopiche, cioè quelle che appaiono con una prospettiva diversa a seconda dell’angolazione la cui la si guarda.

L’ologramma permette di riprodurre, con notevole precisione, un’immagine precedentemente registrata.
Questo avviene tramite interferenza di due fasci laser.
In pratica per produrre un ologramma occorre illuminare l’oggetto con luce laser. Poi si registrano insieme su una lastra opportunamente trattata (olografica) la luce riflessa dall’oggetto e quella con la quale lo abbiamo illuminato. Così si riesce a memorizzare una serie di informazioni che consentono a posteriori di “far rivivere” l’oggetto stesso (con tutte le sue proprietà tridimensionali) quando la lastra venga opportunamente illuminata.

Cosa c’entra ora l’universo, vi state domandando?
Vado al sodo.
Il nostro universo è piuttosto piatto e sulle distanze astronomiche ha una curvatura positiva ovvero un universo in espansione.
Nella nostra immaginazioni, e a prima vista, non vi è il minimo dubbio che a noi l’universo appare tridimensionale.

L’idea alla base della teoria olografica dell’universo è che tutte le informazioni che costituiscono la ‘realtà’ a tre dimensioni (più il tempo) siano contenute entro i confini di una realtà con una dimensione in meno. Descrivere l’universo dunque richiede due dimensioni.
Ciò che noi percepiamo come tridimensionale potrebbe essere, quindi, solo l’immagine di due processi dimensionali su un enorme orizzonte cosmico.

Si può immaginare che tutto ciò che si vede, si sente e si ascolta in 3D e la percezione del tempo sia emanazione di un campo piatto bidimensionale, cioè che la terza dimensione sia ‘emergente’, se paragonata alle altre due dimensioni.
In pratica i dati contenente la descrizione di un volume di spazio – come un essere umano o una cometa – potrebbero essere nascosti in una regione “appiattita” ma ‘reale’ dell’universo.

In ambito cosmologico, per avere una rappresentazione semplificata della formulazione olografica, possiamo immaginare che ci sia una superficie ideale, sulla quale tutta l’informazione dell’universo venga in qualche modo registrata, come in un ologramma: uno schermo che contiene la “scena” dell’intero universo.
L’idea, quindi, è simile a quella degli ologrammi ordinari, in cui l’immagine tridimensionale è codificata in una superficie bidimensionale.

Tuttavia, ciò non permette di dimostrare che stiamo davvero vivendo in un ologramma ma a quanto pare è sempre più evidente la validità del principio di corrispondenza nel nostro universo.


 

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Scienza e filosofia: 2) La filosofia è utile alla scienza?

scienza-e-filosofia

Come spesso accade si formano schieramenti opposti in ogni discussione. Non smentisce alla regola l’argomentazione sul ruolo della filosofia e della scienza.
Sono complementari o ognuno deve andare per la propria strada? È necessario che la filosofia si occupi di scienza? Perché?

Molti di noi, credo,  abbiamo studiato filosofia al liceo. Ma in fin dei conti cosa abbiamo studiato? Cosa abbiamo appreso?
Abbiamo semplicemente studiato la storia della filosofia nel tempo, il pensiero dei più grandi pensatori dove ognuno diceva la sua ed anche in maniera contrastante per spiegare a noi ignorantoni  il mistero della natura ed il fine dei fenomeni naturali.
Devo dire che era una gran seccatura, ma necessaria. Con altrettanta chiarezza devo dire che mi è rimasto ben poco. Forse anche a voi, se non qualche concetto qua e là buono per citarlo sui social, ma che non ci hanno cambiato la vita.
Per contro abbiamo studiato anche la matematica, la fisica e la chimica. Materie anch’esse  ostiche, ma qualcosa ci è rimasto in mente. Per molti sono state le basi per la continuazione degli studi per introdurli nel mondo del lavoro e dello sviluppo della stessa scienza. In pratica mentre dalla prima non abbiamo ricevuto nessuna spiegazione di come è fatta la natura se non solo personali considerazioni della loro finalità, le seconda ci ha istruito, ci ha detto come realmente è fatta la natura.
Questa è la prima evidente differenza che mi viene in mente tra la filosofia e la scienza e non me ne vogliano chi la pensa diversamente. Si può vivere senza la filosofia, non senza la scienza.  Per quelli che non  sono d’accordo le due cose devono coesistere per renderle armoniche e complementari. Perché?

Per curiosità, ho rivolto la domanda ad alcuni amici, laureati, non laureati, gente comune sul significato che loro danno alla filosofia e a cosa serve.
E la risposta è stata sorprendente
Nessuno ha saputo dare una definizione né a cosa serva. Qualcuno ha detto che la filosofia è un’arte, altri che è il domandarsi il perché succedono le cose, altri che è una specie di ricerca della verità assoluta.
A mio avviso la definizione più azzeccata l’ha data il meno istruito di tutti: la filosofia è una pratica della nostra ragione, una semplice attività del pensiero. In pratica tutti siamo filosofi perché provvisti della capacità di ragionamento. Per questo motivo la filosofia finisce per riguardare tutte le forme dell’attività umana. È la capacità che ci differenzia dagli animali.

In un certo senso il mio amico ha ragione, ma a mio avviso solo apparentemente. Era considerato filosofo colui che aveva “anche” conoscenze scientifiche che non erano possedute dalla gente comune. Insomma la filosofia era una branca della scienza riservata a pochi eletti. Ai soli pensatori, che attraverso ragionamenti intuitivi volevano darci il senso delle cose.

In conclusione non sappiamo dare una definizione alla filosofia (non affannatevi a cercarla sui dizionari o enciclopedie, avrete la prova di trovare definizioni discordanti e alle volte incomprensibili giochi di parole) ma sappiamo cosa fa.
Non lo sapevano nemmeno Aristotele, Platone, Socrate quando filosofia e scienza erano fuse. Si beccavano tra loro nel dare le risposta ai misteri della natura, sulla ricerca di una verità assoluta delle cose  sulle quali non c’era uniformità di pensiero.

Poi accadde qualcosa di rivoluzionario.
L’interesse della ricerca filosofica si sposta verso i problemi antropologici come la moralità.
Con l’avvento della cristianità la filosofia acquista poi una coloritura religiosa e soteriologica: anzi la filosofia viene identificandosi con la religione, in quanto la ricerca della verità non si sente esaurita dall’indagine logico-razionale, ma cerca di realizzarsi in una forma di conoscenza superiore che attinga realtà ineffabili e divine. L’esigenza religiosa scaturisce dalla esigenza stessa dell’uomo, dalla sua eccellenza di fronte alle altre creature, dalla sua centralità nell’universo.

La realtà oggi.
La realtà è che dalla seconda metà dell’Ottocento ad oggi le cose sono cambiate drasticamente con l’avvento della fisica pura, della chimica, della medicina, della biologia e successivamente con la elettronica. La scienza si separa definitivamente dalla concezione filosofica della natura. Per chiedere come è fatta la natura ci si rivolge alla scienza e non più alla filosofia.
E non tutti se ne sono accorti.

La biologia di Darwin e la sua visione degli esseri viventi si scontra con la idea di finalità della filosofia che appaiono semplici collocazioni pseudo-razionali del senso comune e della visione spontanea e naturale delle cose del mondo.

Il metodo scientifico.
Per la scienza se viene proposta una teoria o una interpretazione della realtà, è necessario formulare questa teoria o questa interpretazione in modo sufficientemente chiaro e operazionale che da essa sia possibile derivare in modo non controvertibile delle previsioni dettagliate e possibilmente quantitative da confrontare con le osservazioni empiriche. Il “metodo scientifico” poggia infatti sul presupposto solido della verificabilità.
Solo se questo confronto conferma le previsioni derivate da quella teoria o interpretazione, la teoria o l’interpretazione può essere considerata confermata.
Il ragionamento filosofico si basa esclusivamente su assunti indimostrabili.

La filosofia scientifica.
scienzaDefraudata di tutte le sue prerogative logiche, e svuotata da ogni congettura teologica, religiosa, mistica i nuovi filosofi si impossessano delle teorie scientifiche dando luogo a ragionamenti sulla interpretazione della nuova realtà, proponendo, ancora una volta, analisi verbali e concettuali, portando argomenti, discutendo, senza dare alcuna importanza che il giudice ultimo di quello che pensano debba essere l’osservazione empirica dei fatti, il supporto della convalida sperimentale.
Praticamente un ritorno al passato. La distinzione tra scienza e filosofia che dovrebbe rimanere circoscritta ad un giudizio di metodo in realtà, entrando nel merito, la filosofia tenta di appropriarsi delegittimando il ruolo fondamentale che la scienza ha assunto nell’opera di accrescimento del sapere.

Ancora una volta si ripropone la differenza tra la filosofia e la scienza. Per lo scienziato è ancora una volta fondamentale tenere ben distinti i propri valori, i propri desideri e le proprie paure studiando la realtà con il più completo distacco possibile. Nel contempo la filosofia rivendica il diritto di “intromissione” su qualsiasi branca della scienza per arricchirla di contenuti etici.

Questa tenuta di comportamento è più difficile per gli scienziati che studiano gli esseri umani e il loro comportamento.
Per i nuovi filosofi “scientifici” conoscenza e valori sono uniti insieme, e i filosofi vogliono stabilire nello stesso tempo come stanno le cose, come dovrebbero stare per il bene stesso della scienza.

Domande.
Ma, quello che conta, agli scienziati interessa tutto questo? Interessa questa ingerenza? Interessa alla scienza questo affannarsi della filosofia moderna di essere di nuovo arbitra, padrona della scienza?
Interessa veramente alla scienza perché esiste ciò che esiste? Lo scienziato deve porsi la domanda se il mondo ha uno scopo o è assolutamente privo di senso e di finalità? Se la natura è veramente regolata da leggi o siamo noi a supporlo? Cos’è che rende un’azione giusta oppure sbagliata? La bellezza ha un valore universale o è relativa a ciascun uomo? Lo scienziato deve porsi la domanda se tutto ciò è opera divina o più semplicemente della evoluzione?

Risposta.
Gli scienziati dicono che la filosofia tende ad occuparsi più dell’involucro che del contenuto eccedendo in presuntuosità; dove la filosofia diventa superba e supponente per la quale basta  la propria esperienza “logica” per essere sufficiente a fargli capire ogni situazione.

Nell’aprile 2012 il fisico teorico, cosmologo e autore di best seller Lawrence Krauss scrive: “Ci sono domande a cui si può rispondere, ci sono domande a cui non si può rispondere. Non sta alla filosofia decidere se qualsiasi scoperta possa mai risolvere una questione relativa a ciò che è giusto e sbagliato.
La parte peggiore della filosofia è la filosofia della scienza: per quanto ne so – dice l’autore – le uniche persone che hanno letto le opere dei filosofi della scienza sono altri filosofi della scienza. Sulla fisica non ha nessun tipo di impatto, e dubito che altri filosofi le leggano perché sono abbastanza tecniche. Quindi è davvero difficile capire che cosa la giustifichi. Direi che questo stato di tensione si verifica perché i filosofi si sentono minacciati, e ne hanno tutte le ragioni, perché la scienza progredisce e la filosofia no.

Colpo di grazia.
Più chiaro è Edoardo Boncinelli della Università San Raffaele di Milano su Le Scienze.
Gli scienziati ne sanno poco o nulla di filosofia e se ne curano ancora meno. Non sussiste tra gli scienziati il bisogno di ricorrere a un qualche tipo di pensiero filosofico nel loro lavoro, anche se qualche scienziato ha sentito poi il desiderio di riconsiderare un bisogno del tutto personale di un possibile valore filosofico della loro opera, perché oggigiorno “fa fico”.
Questo avviene perché nella cultura personale esistono molte “spore” (così le chiama Edoardo Bonicelli) di pensiero filosofico, spesso di origine religiosa, impigliate nella mente umana e sparse qua e là dappertutto che ora germogliano qua e là.
Questo avviene perché molti sono attratti dal fascino delle filosofie orientali, perché oggi fa “fico”.

La scienza ha bisogno di lavorare in autonomia, di esercitare la propria indipendenza ed autonomia da condizionamenti di fine, né ha bisogno di difendere le proprie ragioni o di giustificare la propria disciplina. Tanto meno di dare un senso trascendentale alle sue ricerche.

Oggi come oggi, quindi, la filosofia con le sue assunzioni si presenta più come ostacolo che come un fattore di progresso della scienza.


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