Tafanus

L'angolo della Scienza/7

Relatività delle misure: 2. Tempo

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Diversamente da quanto previsto la scorsa settimana, dove era stata annunciata una seconda parte dedicata alla misura “velocità”, ho ritenuto opportuno tralasciarla, a vantaggio di una maggiore snellezza e comprensione di tutte le misure che riguardano le vigenti teorie fisiche e cosmologiche. In questo paragrafo verrà trattata la misura “tempo”, una misura che non solo in Fisica, ma anche nella nostra vita quotidiana, costituisce un fattore di rilevante importanza.

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Ricordo, inoltre, che il fine di questo lavoro, nel suo complesso, non è puramente quello di mettere il dito sulle contraddizioni che spesso si verificano nella concezione delle varie misure, tanto quello di arrivare ad una ipotesi concretamente alternativa a quella della Relatività di Einstein, che verrà enunciata a seguito di una maggiore chiarezza riguardo gli elementi che ne fanno parte.

Grazie per la vostra attenzione.

La misura “tempo” è una misura relativa. Su questo punto ci troviamo tutti d’accordo. Ciò che ci resta da stabilire è a che cosa essa sia relativa. Secondo Einstein, la misura tempo è da considerarsi relativa alla velocità con cui un oggetto viaggia. Vediamolo in termini più specifici: un orologio che si muove ad una velocità x, segna un tempo diverso da uno che viaggia a n volte x. Quest’ultimo dovrebbe segnare un cammino più lento, rispetto al primo. Così come il “gloria” di tutti i salmi che si riferiscono a questa teoria, al raggiungimento della velocità della luce, ogni misura si estende a infinito: l’orologio si ferma. Non perché ci siamo dimenticati di caricarlo o perché  le batterie si siano scaricate. Si ferma, perché il tempo non cammina più. Semplicemente perché alla velocità della luce un secondo (o qualunque altra misura unitaria di tempo) diventa infinito.

  La relatività del tempo – sempre secondo Einstein – oltre che in funzione della velocità dell’oggetto in moto, è anche in funzione della forza di gravità. Il tempo, insomma, subisce una contrazione direttamente proporzionale all’intensità gravitazionale. Il risultato è che in presenza di una massa consistente, il tempo trascorre più lentamente che non laddove la gravità ha un’intensità minore.

Intorno agli anni trenta vennero effettuati esperimenti diretti a dimostrare la validità della teoria di cui sopra. Orologi elettrici d’identica fattura vennero posti a differenti altitudini, in modo tale da essere sottoposti a differente intensità gravitazionale. Il risultato di questi esperimenti lasciò molti dubbi e nessuna certezza. Attualmente, in Australia, si stanno costruendo orologi elettronici di grandissima precisione. Uno di questi verrà mandato in orbita, in quasi assoluta assenza di gravità. L’altro resterà sulla crosta del nostro pianeta.

Gl’ideatori di questo progetto si propongono di dimostrare che l’orologio in orbita, camminerà più velocemente di quello rimasto a terra.

In primo luogo dobbiamo osservare che un orologio, a differenza di una bilancia o di un termometro, che vengono azionati col contributo attivo del fenomeno da misurare, funziona grazie ad un meccanismo proprio, sincronizzato sulla rotazione terrestre. Senza dubbio di smentita, potremmo affermare che non esistono due orologi in questo mondo che segnino (sulla base del milionesimo di secondo) esattamente lo stesso tempo. Questo non significa che ogni orologio viva in una propria dimensione temporale, diversa da tutte le altre. Significa molto banalmente che i meccanismi, per quanto perfezionati, non sono mai perfetti e che pertanto essi sono sensibili a variazioni ambientali.

E’ sperimentalmente dato per certo che la forza di gravità agisce, non solo come universalmente risaputo, su ogni oggetto dotato di massa, ma anche sull’elettricità. In considerazione di ciò non dovrebbe stupire che due orologi elettronici calibrati sulla superficie terrestre, divergano tra loro, quando uno di questi venga disposto in una zona dove la forza di gravità sia notevolmente meno intensa rispetto all’altro.

Questi esperimenti, a dispetto della loro presunta perfezione, anche qualora confermassero le aspettative (cosa di cui non dovremmo stupirci) non avvalleranno la teoria della relatività del tempo, bensì quella della relatività degli orologi.

Stabilita la necessità di non confondere il valore “tempo” con lo strumento “orologio”, potremmo ora chiederci cosa sia in effetti quello che noi chiamiamo “tempo”.

In Fisica “tempo” è il risultato che si ottiene ponendo in rapporto una porzione di spazio, con una unità di moto. Quest’ultima però, per venire espressa quantitativamente si deve rivalere di una misura di tempo. Più chiaramente: la nostra misura unitaria di moto è il chilometro/ora. Unità di moto è ciò che generalmente chiamiamo “velocità”. Per esprimere quantitativamente il concetto di “velocità” dobbiamo rifarci ad un termine riferito ad una unità di spazio (chilometro) e ad una unità di tempo (ora).

Analizzando ulteriormente il concetto di “ora” ci troviamo a constatare che detta misura di tempo altro non è che il rapporto tra un’unità di spazio ed una di velocità: un’ora, altro non è che 1/24esimo dello spazio coperto da in punto qualunque sulla superficie del nostro pianta alla  velocità costante di rotazione attorno al proprio asse, per compiere una rotazione completa. Anche considerando che un punto posto sull’ equatore ovviamente viaggia ad una velocità maggiore di uno posto sul circolo polare artico, quest’ultimo percorre, per compiere una rotazione completa, uno spazio inferiore dell’altro. La relazione tra questi due dati (spazio e velocità) riporta, per saldo, sempre allo stesso risultato di tempo: un ora, all’equatore corrisponde esattamente ad un’ora al circolo polare, poiché, anche se le due equazioni si affidano a dati diversi di spazio e di velocità il risultato del rapporto resta invariato.

Differentemente possiamo senza dubbio supporre che nel paleolitico, un’ora avesse una durata più breve di quella che conosciamo oggi. Se consideriamo la perdita del momento angolare ( = intensità di rotazione) che i corpi orbitanti subiscono a seguito dell’attrazione reciproca, è possibile stabilire che il nostro pianeta nel paleolitico avesse una velocità di rotazione maggiore di quella attuale e per conseguenza un’ora più breve.

Nel senso sopra esposto và peraltro inteso il concetto di “relatività del tempo”, che non ha nulla a che fare con “dimensioni temporali” connesse con la velocità cui si viaggia, bensì ai rapporti spazio/velocità a cui si attiene.

Un orologio non è uno strumento di misurazione, ma di orientamento temporale. Un buon orologio consiste in un oggetto meccanico calibrato con la massima precisione concessa, sul rapporto spazio/velocità di un punto sulla superficie terrestre. Esso non funziona con la forza del “tempo”, ma attraverso un meccanismo ed una energia autonomi. Anche immaginando di poter costruire un orologio di precisione assoluta, questo, fra qualche milione di anni, si troverebbe a segnare un tempo diverso da quello reale. Perché ? Ecco: esso non tiene conto della perdita costante di momento angolare della Terra, e del conseguente fatto che un’ora diventi sempre più lunga.

Il concetto di “eterno”, che si collega a quello di “infinito”, riferito al valore “tempo”, non è da considerarsi una entità reale: noi viviamo di porzioni di infinito, riferiti alla spazio e di porzioni di eterno, riferendoci al tempo. Oggettivamente, invece, dovremmo considerare il tempo non in termini di qualcosa che “fu” o che “sarà”, bensì semplicemente come qualcosa che “è”. La sensazione del “passare” del tempo è evidentemente relativa alla nostra esistenza soggettiva, con particolare riguardo alla essenziale presenza di una memoria. Senza memoria, soggettivamente, non esiste tempo. Dieci anni vissuti intensamente e con una buona memoria dei fatti occorsi, può conceder a chi li ha vissuti, la sensazione di una piccola eternità. Dieci anni  in coma profondo, concederebbero al risveglio di chi li ha vissuti, la sensazione di chi riaprisse gli occhi dopo un pennichella pomeridiana.

Ma come si arriva in Fisica al valore di t (= tempo). Ebbene, come già detto, t deriva dalla interpolazione del valore spazio con quello di velocità. Tanto per esemplificare: più un oggetto viaggia velocemente, tanto meno tempo questo impiega a coprire una certa porzione di spazio. Ma anche: più il tratto di spazio è breve, tanto meno tempo un oggetto impiega a coprirlo ad una certa velocità. Il rapporto, comunque viene espresso nella seguente formula: t= s/v.

Nella prassi algebrica, è illecito interpolare valori che si riferiscano a oggetti di natura diversa. Applicato all’ortofrutticola, questo principio, ci porta a concepire il fatto che non sia corretto dividere 12 banane per 6 pomodori. Anche se come risultato numerico otteniamo  2, ci rimarrebbe l’incombenza di stabilire  due cosa? “Banadori” ? “Pomonane” ?…  Insomma, questo risultato, qualora venisse ottenuto per una necessità nostra, non ci fornirebbe nulla di reale, ma semplicemente un’indicazione astratta. La prassi d’interpolare pomodori con banane, tanto per dire, viene usata in molteplici campi scientifici. Geograficamente, per esempio, è nota la consuetudine di dividere l’estensione territoriale (dato concreto) per il numero degli abitanti (dato concreto) per ottenere la misura di “densità”( dato astratto). Il concetto di densità non esiste per sé, come elemento reale, ma come pura indicazione di orientamento statistico, un dato, insomma, che ha senso soltanto attraverso l’interpretazione che ne si fa e che ci serve per paragonare lo spazio vitale dei cittadini di un Paese, in rapporto con quello di un altro.

Ciò che la geografia fa del prodotto “densità”, fa la fisica del prodotto “tempo”: come detto quest’ultimo è il risultato dell’interpolazione tra spazio (dato concreto) e intensità del moto (dato concreto). Ciò che scaturisce da questa relazione è necessariamente un dato astratto, che noi abbiamo chiamato “tempo” e che l’ abitudine radicata di considerarlo il metro base della nostra esistenza, ci ha fatto dimenticare che questo è a tutti gli effetti una semplice convenzione. A questo si aggiunge il fatto, non meno determinante, che il senso comune e la scienza, continuano a confondere il concetto di “tempo”con quello di “orologio”: quando guardiamo il nostro orologio da polso, osserviamo che  un’ora, in ultima analisi, è il percorso che la punta della lancetta lunga percorre ad una certa velocità attorno al quadrante e che quest’ultima ovviamente è relativa all’ampiezza del quadrante stesso in cui la lancetta si muove. Per saldo, il risultato di questo rapporto (spazio percorso dalla lancetta e velocità di questa) devono riflettere, nel modo più preciso possibile, il rapporto di un punto qualunque sulla superficie terrestre, che percorre 1/24 della rotazione totale, alla velocità che la sua collocazione latitudinale gli compete.

Per concludere, possiamo senza dubbio asserire che t – così come in fisica il valore tempo viene simbolizzato – è, nella realtà delle cose, una misura puramente convenzionale, ottenuta dal rapporto di fattori di natura diversa fra loro e fondata essenzialmente sui ritmi forniti dalla rotazione terrestre (riguardo ore, minuti e secondi) e sulla rivoluzione attorno al sole (riguardo mesi e anni). Un prodotto, anch’esso, che nella nostra realtà individuale è alla stessa stregua del dato densità,  sottoposto all’interpretazione che soggettivamente ne si fa. Così vediamo che, per esempio, la percezione del trascorrere di un minuto, per qualcuno che legga un libro avvincente è vistosamente diversa da colui, che col naso sul pentolino, aspetti che l’acqua bolla.

Sotto questa luce appare evidente che una trasposizione in senso relativo di t  ( vedi t’ ) concretamente lo si possa ottenere soltanto modificando il fattore di velocità o quello di spazio, nel modello preso in considerazione o addirittura di entrambi i fattori, purché   con questa modifica si ottenga un prodotto diverso dal precedente. Altre manipolazioni sulla presunta relatività del tempo, non hanno conseguenza alcuna nel contesto reale. L’unico modo per fermare il tempo, sarebbe quello di fermare il moto o annullare lo spazio, poiché spazio e moto, come pura conseguenza soggettiva, creano in noi l’illusione che chiamiamo tempo. 

L'angolo della Scienza/6

Parte seconda:  Relatività delle misure.

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La parte seconda di questa ricerca propone una analisi del concetto di “misura” , ovvero del parametro di misurazione delle varie grandezze che esprimono in fisica concetti di moto, di tempo, di massa e di energia. Questo capitolo si propone di mettere in evidenza come il significato di “misura” non vada confuso con quello di oggetto in sé, poiché  la fisica teorica lavora essenzialmente sulle quantificazioni proporzionali che noi abbiamo concesso agli oggetti, senza curarsi del fatto di come queste astrazioni possano avere in qualche modo un riscontro concreto sugli oggetti misurati. Partiremo dalla seguente misura, che verrà trattata in due puntate:

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1. Velocità.

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Un oggetto isolato nello spazio, è a tutti gli effetti un oggetto statico. In mancanza di un parametro con cui porre un rapporto in termini di differenza, non esiste modo per definirne il moto o la direzione. Il fenomeno che chiamiamo “dinamica” deve necessariamente contemplare l’interazione di almeno due elementi. Generalmente viene inteso il punto di osservazione come “statico” e l’oggetto osservato come “dinamico”. Ovviamente questa distribuzione dei ruoli di statico o dinamico viene posta arbitrariamente da chi si proclama “punto di osservazione”.

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Quando un agente di polizia ci propina una contravvenzione per eccesso di velocità, deve venire sottinteso che costui abbia assunto d’ufficio il ruolo d’ osservatore. Se il guidatore dell’auto si assumesse, per ripicca lo stesso ruolo, relegando l’agente a quello di oggetto osservato, potrebbe obiettare che, mentre egli era fermo, l’agente gli veniva incontro come un forsennato alla velocità di 160 km/h. Comunque si risolva il confronto, resta il fatto che il fenomeno velocità è rilevabile soltanto attraverso una differenza di carica dinamica tra due o più oggetti.

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Per innumerevoli secoli l’umanità ha posto la nostra Terra come punto statico dell’universo, attribuendo agli oggetti circostanti, il ruolo di dinamici. Fu con Copernico ed inseguito con Galilei, che questa convinzione venne rivoluzionata. Questo fu il primo, importante passo verso una visione più oggettiva della realtà. Ma più ancora importante, fu che questa concezione portò come conseguenza l’assunzione del principio di relatività del moto. In altri termini, subentrò la necessità, per definire il moto, di stabilire in relazione a che cosa esso avesse luogo.

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Come noto il nostro pianeta compie due moti fondamentali, quello di rotazione attorno al proprio asse e quello di rivoluzione attorno al sole, con una velocità di circa 30 Km./s. Invece meno noto, è che il nostro pianeta compie un terzo movimento, di gran lunga più vistoso dei precedenti qui accennati. Vediamo quale, a seguito di una breve premessa:

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La fisica cosiddetta “moderna” trae spunto dal risultato sperimentale che fu ottenuto da Michelson e Morley nel 1887 a Cleveland, negli Stati Uniti. Questi due scienziati, appassionati sostenitori della teoria dell’ “etere”, si proposero di dimostrarne l’esistenza attraverso un esperimento che sfruttava la velocità di rivoluzione della terra attorno al sole. Una velocità che, come già detto, si aggira attorno ai 30 km/s. È altrettanto noto che quest' esperimento portò soltanto ad escludere categoricamente l’esistenza dell’etere…ma, argomentando per assurdo, supponiamo solo per un istante,(e ribadisco, per assurdo)  che non fosse stato così? Se lo spazio fosse stato effettivamente cosparso da questa sostanza impalpabile, intesa come base di propagazione delle onde magnetiche, i due scienziati si sarebbero trovati davanti ad un risultato altrettanto indecifrabile, che avrebbe causato un rompicapo ancora più grosso di quello che fu.

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Ciò che Michelson e Morley nel loro tempo, non potevano tenere conto è che la Terra opera un moto di rotazione – assieme a tutto il nostro sistema – attorno al nucleo della nostra galassia, con una velocità di circa 250 km/s. Una velocità di circa 8,5 volte maggiore di quella di cui nell’esperimento di Cleveland si tenne conto. Una velocità che avrebbe potuto inghiottire, o assommarsi a quella del moto di rivoluzione attorno al sole, portando a risultati incomprensibili. Invece dell’attesa differenza sulla variazione dello spettro, calcolata intorno ai 4/10 di punto, essi si sarebbero ritrovati con un ricco 3,2 punti di differenza, di cui non avrebbero saputo chi ringraziare.

Antoon Lorenz

Quanto sopra, dovrebbe essere sufficiente a scoraggiare gli attuali sostenitori della teoria dell’etere nel perseverare su ricerche in questa direzione: se un etere ci fosse stato, circa l’esperimento in questione, quest' esperimento lo avrebbe vistosamente e senza possibilità di dubbio rilevato più in base alla velocità di rotazione galattica, che su quella – con piccolo margine d’errore - del nostro pianeta attorno al sole. D’entrambe non ne risultò traccia alcuna.

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In linea di principio, tutte le misure si dispongono, su una scala di infinite possibilità, da zero a, appunto, infinito. Tutte le misure, diciamo, tranne una: la velocità. Secondo la fisica che si sviluppò a seguito dell’esperimento di Cleveland, la velocità è da considerarsi una misura limitata. Le ragioni di questa convinzione traggono radici nella soluzione che Antoon Lorentz, intorno al 1900 trovò come eventuale risposta al quesito che si venne a creare a seguito di detto esperimento. Cioè: se la velocità della luce rimane costante anche quando la fonte che la produce si muove nello spazio, dove imputiamo le differenze che matematicamente ne scaturiscono? Come dire: io vado da Milano a Roma ad una velocità media di 100 km/h e prevedo di impiegarci sei ore e mezza (650 km a 100 km/h). Invece, a consuntivo, risulta che ne ho impiegate solo 6. Ora, ferma restando la correttezza della distanza misurata, sia quella del tempo impiegato, dovrei concludere che ho viaggiato ad una velocità di 108,33 km/h. Ma l’esperimento da me effettuato mi conferma in modo inequivocabile che la mia velocità media era proprio quella di 100km/h e non uno di più. Mi ritrovo con una differenza di mezz’ora se la voglio imputare al tempo o a uno spazio di 50 km, se la voglio imputare alla distanza.

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Orbene, Lorentz scelse di imputare questa differenza alla distanza, attraverso un costrutto matematico che pone una misura unitaria di spazio in relazione con la velocità con cui questa viaggia in rapporto alla velocità della luce. Viene inteso che in quest'elaborazione la velocità della luce viene considerata come una velocità costante, così come risultò dall’esperimento di Michealson e Morley.

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Come conseguenza la formula di Lorentz porta il fatto che, più le misure unitarie di spazio sono vicine a quelle della luce, tanto più queste misure si avvicinano ad infinito. Alla velocità esatta della luce, 1 metro diventa uguale ad infinito. 

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Da qui, la convinzione che, considerando questa formula come il fondamento della logica su cui il nostro universo è strutturato, nessun oggetto può uguagliare né superare la velocità della luce.

Einstein usa questa formula, applicandola al fattore “tempo”. Così come nell’esempio sopra enunciato, la scelta era duplice: o si fanno inghiottire le differenze dalle unità di spazio, o dalle unità di tempo. Il risultato rimane sempre il medesimo: più la velocità è grande, rispetto a quella della luce, tanto più la misura unitaria di tempo si avvicina ad infinito.

Ma osserviamo il risultato ottenuto, attraverso questa formula, quando un oggetto raggiunge la velocità della luce:

                                                      1 =  ¥. (1 uguale a infinito)

 

Ciò significa che anche:

                                                      ∞ = 1  (infinito uguale a uno)

e che infine:                                                    

                                                       1= 1

e:   

                                                      ∞ = ∞.

Dato che la matematica si fonda essenzialmente sulle equazioni di espressioni numeriche, affermare ad esempio che x = y, significa sostanzialmente affermare che x ed y esprimono il medesimo concetto quantificato e che infine sono la stessa cosa.   L’equazione di Lorentz, risulta infine un costrutto sofisticato che porta come risultato concreto che 1 non è mai uguale ad 1 Ma all’atto pratico, rivoltando l’equazione in termini logici, così come si dimostra qui sopra, ci porta alla stessa conclusione a cui  il buon De la Palice, già precedentemente era giunto, cioè che 1 è uguale ad 1 ed infinito è uguale ad infinito.

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Nel contesto delle equazioni di Lorentz, che infine costituiscono la base della teoria della Relatività, risulta chiaro che ciò viaggia nello spazio ad una certa velocità, non è né un oggetto né un soggetto, bensì una misura. Che 1 metro possa diventare infinito, attraverso questa costruzione, può risultare attuabile in linea teorica. Per realizzarlo in termini pratici, occorre una fantasia che pochi posseggono: dovremmo poter accettare che una scatola di pelati alla velocità della luce possa coprire l’infinito con le sue dimensioni materiali, trasformando l’universo in una salsa per maccheroni. Per poi riscontrare che, all’ atto pratico, riconducendo le cose alla loro logica naturale, che tutto sommato è rimasta quella scatola di pelati, che era prima di partire.

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Se l’equazione che sta alla base della teoria della relatività fosse estendibile ad un principio generale, si dovrebbe supporre che chi avesse la possibilità  di far viaggiare 1 euro ad una velocità vicinissima a quella della luce, si ritroverebbe in possesso di un cospicuo capitale. Già a metà della velocità della luce, avrebbe  raddoppiato il valore originale, che salirebbe a 2 euro e qualche decimale, ma senza modificare in alcun modo l’essenza materiale della moneta..

(continua la prossima settimana)

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Charly Brown, alias Luciano Rota

L'angolo della Scienza/5

I misteri della fisica teorica: L’espansione universale.

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Questo articolo e’ dedicato all’analisi dei principi che hanno determinato la conclusione secondo cui l’universo sia in continua espansione. Per meglio comprenderne le ragioni potrebbe essere utile partire dalle radici, ovvero dai principi su cui si fonda ed attraverso cui è stata formulata:

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1. la frequenza delle onde magnetiche. E’ noto che ogni oggetto emetta radiazioni e che le emetta in forma di una “frequenza”, che altro non e’ che la distanza fra la cima d’un onda e quella che la segue. Se pensiamo al filo di una sega, possiamo farci un idea in concreto di cosa dobbiamo intendere. Le frequenze vanno da 1 “dentino” al secondo a circa 2 miliardi di “dentini” al secondo (dalle onde lunghe a quelle gamma”). Nel mezzo di questa serie di frequenze, si trovano quelle “ottiche” , che non hanno nulla di diverso dalle altre per struttura e composizione, non fosse altro che queste frequenze vengono percepite dai nostri occhi. I corpi che emettono frequenze al di fuori di questa parentesi ottica non vengono percepite dalla nostra retina, ma possono venire percepite strumentalmente (onde radio, infrarossi, ultravioletti, raggi X , microonde e gamma).

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  2. Effetto Doppler: quando una fonte d’emanazione di onde si muove verso un punto d’osservazione le frequenze emesse originariamente aumentano in relazione a chi osserva. In pratica: se una fonte emette una frequenza di mille, se questa si muove in direzione di chi osserva ad una velocità x , chi riceve, registra una frequenza di 1000 + x.  Lo stesso vale però anche quando una fonte si allontana da chi osserva. Ovviamente in questo caso la frequenza emessa diminuirà in relazione a chi osserva, in ragione proporzionale alla velocità  con cui si allontana.

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3. Assioma della costante universale: formulata da Einstein nel 1905. Teoria secondo cui la velocità delle onde (o della luce, che è la stessa cosa) rimane sempre costante agli effetti di chi osserva.

A seguito di quest’infarinatura globale, intesa a ricalcare i punti essenziali su cui viene formulata la teoria della espansione universale, vediamo di capire quali sono le ragioni che hanno indotto la scienza a  credere e farci credere che l’universo sia in espansione:

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La teoria di cui parliamo venne formulata e pubblicata per la prima volta a cura dall’ astronomo Edwin    Hubble nel 1928. A seguito dell’osservazione e dell’analisi dello spettro delle galassie circostanti la nostra, riscontrò un fenomeno anomalo nelle frequenze emesse da queste: quello che venne chiamato tendenza al rosso (red schift, in inglese). Tutte le galassie, insomma presentavano una globale diminuzione di frequenza registrata, che dava loro un aspetto rossastro (il rosso è la frequenza più bassa della luce visibile). Cosa ancora più straordinaria, fu l’osservazione del fatto che questa tendenza al rosso risultasse più spiccata nelle galassie più lontane da noi. In altri termini, più una corpo celeste e’ lontano, tanto più intensa è la sua tendenza al rosso.  Che spiegazione si poteva dare a questo fenomeno, in possesso dei dati sopra elencati ? In base al punto 3, qui sopra esposto, egli si dovette attenere alla formula einsteiniana secondo cui la velocità della luce rimane sempre costante. Gli rimase come spiegazione l’effetto Doppler così inteso: se una fonte luminosa si allontana da chi osserva,  produce come effetto una diminuzione globale delle frequenze emesse, ovviamente questi corpi celesti si debbono allontanare da noi ad una velocità costante. Inoltre, dato che più lontani sono i corpi, tanto maggiore è la diminuzione di frequenza che si registra, si deve concludere giocoforza che più  un corpo celeste è lontano da noi, tanto più velocemente da noi si allontana.

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Logico? Proprio no: un corpo per allontanarsi da un punto con accelerazione costante deve essere munito di un dispositivo jet che procuri all’oggetto una spinta costante. Ci si può sbizzarrire in  ogni sorta di soluzione “probabile” su questo punto, ma resta il fatto sostanziale  che l’energia cinetica che si sprigiona da un’esplosione originaria (buco nero per chi ancora ci crede, o ammasso concentrato di materia) perde energia sulla distanza e rallenta progressivamente. Secondo la legge di Hubble, succede esattamente il contrario.

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Dove sta la magagna? Ecco: proviamo ad eliminare il punto 3 come componente essenziale di questa conclusione e proviamo a riformularla. Dimentichiamoci cioè dell’assioma sulla costanza della velocità della luce, sostenendola e corroborandola con decine di risultati sperimentali ottenuti dal 1999 in poi e che sono stati pubblicati sulla Letter of Phisics nel febbraio 2004. Un paio d’esempi:

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Nel 1999 un gruppo di scienziati guidati da Lene Hau fu in grado di rallentare la velocità di un raggio di luce fino a circa 61 km/h. Nel 2001, furono in grado di fermare momentaneamente un raggio. Nel gennaio 2003 Mikhail Lukin, assieme a scienziati della Harvard University e dell'Istituto Lebedev di Mosca, riuscirono a fermare completamente la luce dentro un gas di atomi di rubidio ad una temperatura di circa 80°  ecc. ecc.

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Questo per dire che la velocità della luce, anche ammettendo (e non concedendo, come vedremo inseguito) che sia insuperabile, non toglie che sia oggetto anche a forti diminuzioni e che la sua costanza sia in qualche modo confutata.

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Ecco che ora ci chiediamo, embè? Facciamo allora conto che invece delle galassie ad allontanarsi da noi con velocità costante, siano i raggi luminosi a rallentare sulla distanza. Cosa otteniamo? Semplice: otteniamo lo stesso risultato di diminuzione della frequenze che noi registriamo. Ritornando al filo di sega,: se lo facciamo passare su un punto fermo alla velocità di 100 km/h, detto punto registrerà una frequenza di passaggi dei singoli dentini, inferiore a quella che registrerebbe se la facessimo passare alla velocità di 1000 km/h. Dall’esempio al concreto: diciamo che se i raggi emessi alla velocità originaria di 300.000 con frequenza ´y´ arrivasse a noi con una velocità  di 150.000 km/s, noi registreremmo una frequenza uguale alla metà di quella originariamente emessa, con conseguente effetto di una spostamento dei colori verso il rosso. Aggiungiamo a questo, che più la distanza percorsa dai raggi luminosi è grande, tanto più la velocità dei raggi diminuisce, potremmo spiegare logicamente il fatto che gli oggetti luminosi più lontani presentino una tendenza al rosso più spiccata.

Con cui concluderemmo che l’universo non è in espansione e che presumibilmente non è nato da un’esplosione di nessun genere.

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Ma questa spiegazione, logica e assumibile nel contesto della fisica classica, si scontra ancora una volta con l’assioma della costanza della velocità della luce. In altre parole, non ci è possibile, ufficializzare l’ipotesi qui sopra menzionata, perché questa è in netta contraddizione con la base portante della teoria della Relatività.

L'angolo della Scienza/4

I misteri: Relatività dell’ Infinito.

(a cura di Charly Brown, alias Luciano Rota)

Molto probabilmente, la prima domanda che l’uomo si è posta davanti allo spettacolo di un cielo cosparso di stelle, già nel passato remoto della nostra esistenza di individui dotati di senso critico, è stata quella che riguarda le dimensioni dell’universo. Credo che ciascuno di noi si sia posta questa domanda una o più volte nella propria vita, senza trovarne una risposta adeguata.

Già nel diciassettesimo secolo gli astronomi post-galileani, entrati in possesso di strumenti ottici che permettevano un’osservazione più dettagliata di quella offerta dall’occhio nudo, si resero concretamente conto che l’estensione del cosmo fosse di gran lunga più vasta di quanto si potesse concepire. Ma quanto vasta ? Infinita ?Noi, come parametri raziocinanti, siamo abituati a conformare le dimensioni di ciò che ci circonda, ponendole in relazione alla misura del nostro esistere e della nostra esperienza quotidiana. Questo processo si definisce nel nostro cervello più o meno istintivamente: quando parliamo di qualcosa di “molto grande”o “molto piccolo” lo facciamo ovviamente paragonando quel qualcosa ad altre della stessa natura, che rientrano secondo un metro empirico nella definizione di “normale”.

Ogni aggettivo che noi usiamo esiste grazie ad un rapporto che noi inconsciamente ci poniamo. Quando diciamo “grande” o “piccolo”, “lungo” o “corto” “bello” o “brutto”, il processo che avviene nella nostra mente è – anche per coloro che non ne masticano molta – un processo puramente matematico. In effetti, noi poniamo un equazione, mettendo in relazione una misura “standard” individualmente posta, con l’oggetto della nostra osservazione. Diciamo: “è grande, si, ma rispetto a che cosa ?” E’ovvio che rapporti del genere abbiano valore soltanto quando mettiamo in relazione oggetti della stessa natura. Così come, matematicamente parlando, non avrebbe nessun senso quantificare ed interpolare mele con carciofi. Per operare questo processo abbiamo bisogno anche di una misura unitaria, o di una misura standard di grandezza riferita alla natura dell’oggetto da definire. Ognuno di noi si forma un’idea platonica di un oggetto in dimensioni “normali” per rilevarne le differenze a paragone con oggetti della stessa natura, che esorbitano dalla misura da noi ritenuta usuale. Così nasce una valutazione di “grande” o di ‘piccolo” per esempio.

Se invece usiamo l’aggettivo “infinito”, non esiste nella nostra mente un parametro con cui associarlo. Manca insomma la famosa misura unitaria o misura standard con cui porlo in relazione. A nessuno verrebbe in mente di affermare che il giardino del suo vicino è “più infinito” del proprio. Magari più verde. O più grande o che so io. Ma niente è più infinito o meno infinito di qualcos’altro. Da ciò dovrebbe risultare, come infatti viene inteso, che l’infinito è un valore assoluto e come tale non ammetterebbe relazioni.

Ma vediamo di trovare una risposta al quesito precedentemente posto, circa il fatto che l’universo sia infinito o abbia limiti. La prima intuizione (almeno da quanto risulta da dati accertati) a pro dell’infinità dell’universo risale niente meno che alla prima metà del quindicesimo secolo, ad opera del cardinale Monsignor Niccolò da Cusa. In un’epoca in cui la concezione tolemaica ancora era in piena auge, egli prospettò uno spazio infinito, e, per conseguenza, la convinzione che l’universo non avesse un centro. Sempre conformemente alla sua intuizione, tutti i corpi celesti si muovevano, inclusa la Terra; e le stelle erano altrettanti “soli”, ognuno di questi dotati di pianeti. Questa versione venne perlopiù avvallata e sviluppata dal matematico inglese Thomas Digges oltre un secolo più tardi, il quale affermava, non solo l’illimitatezza dello spazio, ma anche del numero delle stelle. Ovviamente, essendo quest’affermazione fatta 350 anni della scoperta delle galassie, Digges, intendeva lo spazio cosparso uniformemente da stelle fino all’infinito. Un altro italiano, Giordano Bruno, che sosteneva le stesse idee, venne sfortunatamente in conflitto con l’inquisizione. Accusato d’eresia, finì sul rogo.

Per un parere discordante a quelli tutt’ora menzionati dovremmo attendere l’inizio del secolo scorso:

nel 1926, l'astronomo e medico tedesco Heinrich Wilhelrn Olbers seguì un ragionamento per assurdo: immaginiamo una linea retta di lunghezza infinita che abbia origine dalla terra e punti in una qualsiasi direzione sulla volta celeste; date come premesse le ipotesi cosmologiche di infinità dello spazio, tale retta dovrà necessariamente, prima o poi, incontrare una stella. Essa potrà proseguire per distanze enormi ma, dato che l'universo è infinito, prima o poi dovrà farlo. Ciò significa che noi vedremo la sua luce. Infatti i raggi luminosi viaggiano in linea retta e la stella ha un'età infinita: la luce da essa generata ha avuto tutto il tempo per raggiungerci. Generalizzando, possiamo immaginare infinite rette con origine sulla terra che puntino in tutte le possibili direzioni verso la volta celeste: ognuna di esse incrocerà prima o poi una stella, e ognuna di queste stelle sarà a noi visibile. Questo vuol dire che, in qualsiasi direzione volgiamo lo sguardo nel cielo, dobbiamo vederlo illuminato dalla luce di qualche stella lontana. In altri termini, tutta la volta celeste dovrebbe essere costantemente illuminata a giorno e la notte non potrebbe esistere.

Solo due anni più tardi, nel 1928, la teoria sull’espansione universale formulata da Hubble, trovò una risposta definitiva al cosiddetto paradosso di Olbers. Come noto, Hubble, collegando la tendenza al rosso dei corpi celesti più distanti, con le conseguenze dell’effetto Doppler, accertò che, più lontano un corpo luminoso  si trova, in rapporto al nostro punto d’osservazione, tanto più questo s’allontana velocemente. Oltre ad un certo limite, la luce delle stelle più lontane sfocia nelle frequenze non ottiche (infrarossi), tanto da non essere più rilevata otticamente.

Tengo a precisare che questa versione non appartiene all’ipotesi da me avanzata e che verrà ampiamente trattata nei capitoli seguenti. In ogni caso è noto che l’intensità della luce diminuisce in ragione quadratica alla distanza, così che su percorsi definibili in miliardi di anni luce finisce di perdersi otticamente.In conclusione, questo significa che, oggi come oggi, il paradosso di Olbers non ha più nessuna efficacia per sostenere od escludere qualunque tesi sull’infinità o limitatezza dell’universo.   

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In un periodo di poco più recente, anche Einstein si pose questo problema e lo risolse in maniera conforme alle linee del suo pensiero scientifico: egli immaginava il cosmo privo di linee rette. Anche ciò che teoricamente viene inteso come una linea retta, in pratica si risolverebbe in una linea incurvata. Lo stesso effetto che, per esempio, verrebbe a percepire una persona che camminasse sulla superficie del nostro pianeta, ignaro della sua forma, nella convinzione di procedere in una linea retta. Anche qualora vi camminasse in eterno, non verrebbe mai a scorgerne la fine.

Questo paragone comunque, è solo suggestivo:  calzerebbe soltanto qualora ci trovassimo sulla “superficie”dell’universo e non nel suo interno. Si prospetta una situazione bidimensionale proiettata in un contesto tridimensionale. Per meglio comprendere: quando pensiamo ad una persona che cammina sulla superficie curva del nostro pianeta, nella illusione che questa sia piana, ci troviamo a contemplare una situazione in cui giocano due misure: di base e di altezza. Ci manca il dato “profondità” che nel contesto qui delineato non ha nessuna attinenza, e che invece è di assoluta rilevanza in un cosmo tridimensionale. Quando ci muoviamo attraverso l’universo, sia lungo linee rette che ricurve, “penetriamo” nella sua profondità, avvicinandoci – teoricamente – verso i suoi eventuali limiti. Se poi in termini pratici non ci riesca di toccarli a causa della curvatura dello spazio, da egli suggerita, questo non ci dice ancora nulla sulle dimensioni oggettive del cosmo.

A credito di questa ipotesi, è doveroso aggiungere, c’è che essa rappresenta un primo, importante tentativo di porre l’assoluto in termini di relativo: sintetizzando questo pensiero si viene a concludere che per Einstein, il fatto che l’universo sia oggettivamente infinito o limitato ha poca importanza. E’ comunque infinito per chi lo percorre.

E’ anche infinito per chi l’osserva ?

I limiti della nostra osservazione sono determinati da due elementi: la capacità ottica degli strumenti e dal fatto, già esposto, che la luce riduce la propria intensità originaria ( o la propria frequenza, in ogni caso) sulla distanza.

Verosimilmente, se fossimo in possesso di strumenti capaci di concentrare la dispersione energetica, riportando  l’intensità della luce stellare ai valori originari d’emissione, l’immagine che ne scaturirebbe sarebbe probabilmente molto simile a quella prospettata da Olbers: una muraglia di luce tutta intorno a noi. Ovviamente questa rimane una supposizione, fin a quando la nostra tecnologia non sarà in grado di produrre strumenti atti a questo scopo.

Che cos’è l’infinito, in fin dei conti ?

Ebbene, matematicamente, infinito è il risultato che si ottiene dividendo un numero per 0.

Se dividiamo 1 metro per una misura base vicina a 0, il risultato che otteniamo è vicino ad infinito. Più la misura base è vicino a 0 e più il risultato si avvicina ad infinito. Anche 1 metro potrebbe risultare infinito, quando lo dividessimo per una misura base uguale a 0.

Ora potremmo chiederci: che cos’è una misura e chi la stabilisce ?

Una misura è un frammento d’infinito, che noi fissiamo arbitrariamente sulla base della nostra dimensione ed usiamo convenzionalmente per una nostra precisa necessità: quella cioè di quantificare, comparare e prevedere. Va altresì inteso che ogni misura ha valore soltanto in virtù dell’interpretazione che ne viene fatta.  Non sarebbe corretto affermare che questa attività di definire misure sia insita nella realtà stessa delle cose. L’universo è infine quello che è, senza misure e presumibilmente senza limiti. Misure e limiti appartengono ad una necessità della dimensione umana.

L’unico modo di addomesticare l’infinito, per noi, è quello di sbriciolarlo in frammenti, che costituiscono in ogni campo quantificabile dello scibile, ad altrettante misure unitarie.

Nel 1900, Max Plank, il padre della meccanica quantistica, si trovò di fronte ad un dilemma apparentemente irrisolvibile: siccome ogni fonte di calore emana energia su una scala di frequenze infinita, ne risultava che l’energia da esse emanata fosse anche infinita. Per aggirare quest’assurdo, Plank, frammentò l’emanazione globale in misure unitarie, che assunsero il nome di “quanti”. Il quanto è la misura unitaria base dell’emanazione energetica, così come il metro è l’unità di misura dello spazio. Ci rimane solo da chiederci se il “quanto”esista realmente, così come potremmo chiederci cosa sia in realtà un metro. Oggettivamente, potremmo dire, una fonte energetica emana il potenziale che contiene, così come un metro è la frazione di spazio che é. La frammentazione che noi operiamo sulla realtà è, come già chiarito in questa sede, la conseguenza della nostra necessità di quantificare, allo scopo di comparare fra loro le infinite varietà di potenziali energetici, nel caso della quantistica, o dell'infinita varietà di distanze, nella metrica spaziale.

É indubbio che la nostra dimensione si trovi in un punto indefinito posto sulla scala tra zero ed infinito. Su questa base noi fissiamo convenzionalmente le misure consone al nostro esistere, poiché in assenza di queste, o meglio, di frammentazione unitaria, tutti i risultati tendono ad infinito.

Per risolvere il problema delle dimensioni dell’universo dovremo necessariamente rifarci alla soluzione di Plank: dovremmo, in altre parole, operare la suddivisione di una realtà oggettivamente illimitata, in frammenti unitari che, per semplicità, potremmo chiamare “quanti cosmici”. Ogni quanto cosmico pone il suo centro nel proprio punto d'osservazione. Il quanto cosmico che ci compete, pone il suo centro nel nostro pianeta. I suoi limiti sono quelli che ci sono dati dalle possibilità di osservazione. Ciò che non percepiamo in nessun modo, in pratica per noi non esiste. Va da sé che quest'ipotesi vada applicata, come d’altronde tutte le misure da noi convenzionate, in relazione al nostro esistere.

Sarebbe come affermare che, in assenza di un soggetto d’interpretazione, o parametro d’osservazione, per meglio dire, l’universo per se stesso non ha nessuna necessità di adottare misure, né di porre relazioni e limiti.

Noi, trovandoci in un punto indeterminato di quest'incommensurabilità, tracciamo un raggio d’osservazione, che pone i suoi limiti nelle nostre possibilità d’osservazione.

Per diversi aspetti possiamo affermare che, attraverso la storia, l’umanità sia passata gradualmente da concezioni puramente soggettive, vale a dire, da puri prodotti della nostra immaginazione, a strutture sempre più connesse con la realtà delle cose, anche se una comprensione dell'oggettività pura resta per noi, al momento, un traguardo irraggiungibile. Ogni “concezione”, così come la parola stessa esprime, è il risultato del rapporto tra soggetto ed oggetto, è insomma, la risultante di un'interpretazione. Come tale, essa esige un punto di riferimento, uno schermo su cui proiettarsi in idea.

Il nostro modo d’intendere le cose, nell’ attuale momento storico, tende a riferirsi ed agganciarsi con tenacia crescente a dati oggettivi e perlopiù confermati sperimentalmente. La cosmologia potrebbe essere oggi definita come l’erede legittima della metafisica. Con una sostanziale differenza, però: mentre quest’ultima tende a trarre spunto da intuizioni prive di fondamento reale, la prima ha tendenzialmente la capacità di riferirsi a dati oggettivi od a logiche largamente condivise dalla scienza. Con questo, non possiamo ancora affermare che la cosmologia sia una “scienza” in senso stretto, poiché alla fine “interpreta” dei dati, a differenza della scienza vera e propria che, invece, deve o dovrebbe fornirli.

Circa la concezione dell’infinito, dovremmo concludere che, così come la leva di Archimede, ha bisogno di un punto d’appoggio per “sollevare il mondo”, la nostra mente necessita di un punto di riferimento per comprendere l’infinito, cosa che manca nella programmazione base del nostro cervello di individui relegati nei limiti di misure da noi create per osservare, rapportare e comprendere.

L'angolo della scienza/3 - a cura di Charly Brown

I misteri della fisica teorica: 3. La fola dei “buchi neri”

(a cura di Charly Brown, alias Luciano Rota)

Così come abbiamo visto nel primo articolo di questa serie, secondo la teoria del Big Bang, l’universo sarebbe originato da una ciclopica esplosione, presumibilmente di un buco nero, dove tutta la materia universale era precedentemente andata concentrandosi. A seguito di questa esplosione tutta la materia cosmica, schizzando in tutte le direzioni si sarebbe condensata in galassie e sistemi planetari.

Soffermiamoci un istante su questo argomento. I buchi neri e la loro origine:

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La teoria dei buchi neri fu enunciata dal fisico americano Robert Oppenheimer negl’anni direttamente successivi alla seconda guerra mondiale. Ma le radici di questa teoria dobbiamo ricercarle più indietro ed esattamente nel 1928, quando ad un brillante fisico di origine indiana, Subrahmanyan Chandrasekhar (premio Nobel per la fisica nel 1985) venne in mente di confrontare una delle conclusioni della teoria Generale della Relatività di Einstein, con quelle del fisico austriaco Wolfgang Pauli, a riguardo del suo Principio di Esclusione. Vedrò qui di seguito di darne un accenno sintetico e comprensibile:

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La teoria Generale della Relatività esclude la possibilità che la somma della velocità tra particelle, possa superare la velocità della luce. In altri termini: ponendo in relazione due particelle di una medesima massa, la somma delle loro rispettive velocità non può mai dare come risultato una grandezza superiore a quella intesa col simbolo “c” ( il simbolo della velocità della luce).

Wolfgang Pauli, del canto suo, stabilì che una massa stellare contiene la sua tendenza implosiva ad opera della forza di gravità, aumentando la velocità della particelle. Questo aumento di velocità è ovviamente proporzionale alla spinta implosiva: più la massa è grande, tanto è più grande la tendenza a concentrarsi in se stessa e per conseguenza, tanto più velocemente si muovono le particelle per compensare questa spinta e trasformarla in equilibrio.

Il calcolo che Chandrasekhar fece, portò come sorprendente risultato che, applicando la regola della Relatività Generale di cui sopra al principio di Pauli, una stella “fredda” delle dimensioni di una volta e mezza quella del nostro Sole, non potendo superare questo limite di velocità tra particelle, non sarebbe stata in grado di compensare la spinta implosiva imposta dalla gravità e inizierebbe necessariamente a comprimersi su se stessa. Perché ?

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Anche senza bisogno di ricorrere a tecnicismi matematici, intesi peraltro a stabilire il limite esatto entro cui la consistenza di una massa stellare comincia a concentrarsi senza incontrare più opposizione, risulta ovvio che, in conseguenza del fatto che se una massa stellare si mantiene in equilibrio aumentando la velocità delle particelle che la compongono, “nella stessa misura” con cui viene compressa, nel momento in cui la compressione aumenta, incontrando un “limite di velocità” imposto dalla Relatività Generale, questa non sarà più evidentemente in grado di aumentare la velocità delle particelle “nella stessa misura” con cui viene compressa.

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Dal 1928 fino al secondo dopoguerra, questi calcoli vennero tenuti nel cassetto in attesa di una soluzione sostenibile. Questa arrivò, come già detto, ad opera di Oppenheimer, che da buon diplomatico qual’era, trovò la soluzione per salvare la capra di Einstein ed i cavoli di Chandrasekhar, proponendo un ipotesi che prese in seguito il nome di “teoria dei buchi neri”. Vediamo come viene intesa:

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non si nega che una stella delle dimensioni sopra accennate, superato il limite Chanrdrasekhar cominci a concentrarsi su se stessa. Non si nega peraltro che, la somma delle velocità fra particelle all’interno di essa non superi mai quella della velocità della luce….però applichiamo a queste premesse il principio einsteiniano secondo cui i campi magnetici che trasportano le frequenze d’onda vengano incurvate per effetto della gravità e ipotizziamo che una massa in concentrazione abnorme, sia in grado di incurvare detti campi, così che le frequenze emanate ritornano alla fonte. Insomma, una stella trasformatasi per abnorme concentrazione, in un buco nero non dovrebbe essere in grado di far sortire, se non per un breve tratto, nessuna delle radiazioni che emette. Né quelle ottiche, né ultraviolette, né X e neppure gamma. Ecco perché un buco nero non si può vedere né percepire in alcun modo. Vediamo ora a riguardo delle radiazioni X. Queste emanazioni che noi percepiamo, provengono da zone dell’universo in cui non si osserva nulla di otticamente percepibile. Per dirla in termini spiccioli: non si riesce a capire quale sia la fonte che le emette. Si ipotizza allora che siano buchi neri. Ma come è possibile allora? Abbiamo appena detto che un buco nero trattiene tutte le radiazioni che emette, quindi anche quelle X . Allora deve esistere un’altra spiegazione. Appunto, eccola: ad un buco nero, a causa della sua altissima concentrazione materiale, viene attribuita una forza di gravità incredibilmente elevata. Esso sarebbe in grado di sottrarre o meglio risucchiare violentemente materia dalle altre stelle più vicine. Questo risucchio di materia provocherebbe dei vortici violenti nello spazio da cui scaturiscono le emanazioni in frequenza X.

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Ma ora vediamo i “ma” inerenti a questa versione intesa a conciliare i calcoli di Eintein con quelli di Chandrasekhar. Partiamo dall’ultima, quella che riguarda i risucchi di materia ad opera dei buchi neri:

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prendiamo una balla di piume d’oca della massa di 1 kg. Ora la comprimiamo fino a fare assumere a questa il volume di una pallina di ping-pong. Quale sarà la sua massa ora? Sempre 1 Kg., è ovvio. Prendiamo ora una massa stellare di x miliardi di tonnellate e la riduciamo alle dimensioni di una mongolfiera. Quale sarà la sua massa ora? La stessa.

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I rapporti gravitazionali tra corpi sono determinati dalla massa di questi e dalla distanza a cui reciprocamente si trovano. Il volume non ha ruolo in questa relazione. Se una massa non aumenta concretamente la sua consistenza, non aumenta neppure il suo influsso gravitazionale sulle altre masse circostanti. Sarebbe come dire che, se domani il nostro bel Sole si concentrasse fino a diventare un buco nero, non avrebbe alcun influsso sui rapporti gravitazionali innescati con i suoi pianeti.

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Se parliamo poi di altre stelle, la cui più vicina si trova a 4 anni luce dal Sole, possiamo immaginare che l’influenza di quest’ultimo sarebbe quella che è ora: una misura vicino a zero. L’idea che un buco nero sia in grado di risucchiare materia da altre stelle, su distanze che in ogni caso si misurano in anni luce, sotto quest’aspetto inequivocabile della fisica newtoniana, suona né più né meno di una celia.

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C’è un altro “ma” ad intralciare questa teoria: il fatto che se un buco nero esistesse, dovrebbe esistere secondo i canoni matematici con cui nasce e si trasforma. Diciamo quindi, che se un buco nero esistesse, così come lo s’intende nascere, non potrebbe mai ed in alcun modo esplodere. Questo punto, che cercherò di rendere esplicito qui di seguito, si riallaccia con la teoria del Big Bang, tema di cui abbiamo trattato nel primo articolo di questa serie.

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Vediamo in primo luogo di richiamare le ragioni che fanno di una stella delle dimensioni di una volta e mezza quella del Sole, un buco nero: il limite di velocità fra particelle, abbiamo detto. Un buco nero diventa tale, proprio per aver raggiunto il limite massimo di velocità tra le particelle concesso dalla Relatività Generale. Se potesse superarlo è evidente che questa stella non avrebbe nessuna necessità di diventare un buco nero, poiché sarebbe in grado di controbilanciare la forza implosiva della gravità aumentando nella stessa misura la velocità delle sue particelle. Invece è diventata un buco nero proprio perché ha già raggiunto questo limite insuperabile. Ma per esplodere, il discorso diventa più complesso: il concetto di esplosione si riallaccia inoppugnabilmente con un processo di violenta espansione della materia che compone l’oggetto che esplode: un’esplosione si produce a causa di un improvviso, violento surriscaldamento che accelera la velocità delle particelle. Ma ora dobbiamo chiederci, se la velocità di queste particelle ha già raggiunto il limite massimo a loro concesso, come potrebbero venire accelerate ulteriormente per ottenere un’esplosione? Se ci fosse una risposta a questa domanda, sarei felice di conoscerla. Nel frattempo, però, fomentiamo forti dubbi sulla loro esistenza.

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Ecco che alla luce di quanto sopra esposto e sempre per rigore di logica, l’unica argomentazione a sostegno dell’esistenza dei buchi neri sarebbe soltanto quella riguardante il fatto che non possano venire percepiti in nessun modo. Così come potremmo convalidare l’ipotesi che le carote fanno bene alla vista, deducendolo dal fatto che nessuno ha mai visto un coniglio con gl’occhiali. Conducendo tutto ciò in concretezza, dovremmo giungere alla conclusione che i calcoli inerenti il limite Chandrasekhar, si pongono in evidente contraddizione con le conclusioni concernenti la Relatività Generale.

(N.B.: a causa di incompatibilità di formati col programma, alcune foto di “buchi neri” fornite da Charly sono state da me arbitrariamente sostituite con altre foto tratte da siti astronomici – e non…)

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L'angolo della scienza

I Misteri della fisica teorica: 2. Un fantasma chiamato “fotone”

(a cura di Charly Brown, alias Luciano Rota)

Intorno agl’anni ’30 nel mondo della Fisica ebbe luogo una vivace disputa tra Einstein e il danese Böhr, circa la composizione delle onde magnetiche (= propagazione della luce). Mentre Einstein si rifaceva letteralmente ai risultati sperimentali di James Maxwell, che nel 1865 aveva accertato che la luce si propaga in forma di onde, Böhr aveva scoperto che la composizione delle onde magnetiche comprendesse anche l’emanazione di particelle. La prima reazione di Einsten fu quella di bollare come “assurdità” le  conclusioni di Böhr, il quale, infine, ebbe ragione sulla base di risultati inconfutabili.

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Oggi, nel bugliolo di tutte le contraddizioni della fisica moderna, si riesce a far convivere i due concetti di “onde” e “particelle” facendo finta di dimenticare che sono due concetti che fanno, in termini di logica concreta, a pugni fra loro. Insomma: che ricerca onde, trova onde. Chi ricerca particelle, trova particelle. Quest’ultime  ottennero la vaga denominazione di “fotoni”. Ma c’era ancora un problema da risolvere, che la scienza ha, per così dire, nascosto sotto il tappeto. Vediamolo:

proviamo ora ad approfondire le “ragioni”del fotone, o comunque si voglia chiamare la particella responsabile della emanazione energetica. Dobbiamo supporre – e questa è anche l’opinione ufficiale – che queste particelle vengano emesse nello spazio ad una velocità di circa 300.000 km/s. La velocità della luce, insomma. Poiché come è noto, secondo la teoria della relatività, che una qualsiasi massa alla velocità della luce assumerebbe un valore uguale ad infinito, (di questo ne parleremo dettagliatamente in seguito) ci si trova nella necessità di opinare che codeste particelle debbano avere una massa uguale a 0. Sofistico, ma psicologicamente efficace: se Lei, gentile lettore, percepisse dal suo datore di lavoro uno stipendio uguale a 0 euro, sarebbe come dire che non percepisce nessun stipendio, né in euro, né in dollari e nemmeno in piastre cinesi. La differenza tra stipendio uguale a 0 euro e nessun stipendio, sta nel fatto sottile che, la prima proposizione esprime e mantiene un valore unitario reale : “euro”, mentre la seconda esclude l’esistenza di qualunque valore. Affermare che l’emanazione energetica implica un’emissione di fotoni di massa 0, o dire che l’emissione energetica non implica nessuna emissione è in termini logici la stessa cosa. Ad eccezione del fatto che nella tesi sostenuta dalla fisica teorica (particelle di massa uguale a 0) si mantiene astrattamente il concetto di “particella”  conferendogli il valore matematico della non esistenza (0). Dunque, se i fotoni esistono, dovremmo avere la coerenza logica di conceder loro il diritto di esistere materialmente e quindi di possedere una massa. Sarebbe bello, ma poco rispettoso nei confronti della Fisica teorica, perché così facendo significherebbe buttare a mare uno dei riferimenti basilari su cui si fonda il lavoro di Einstein.

Charly Brown

Caro Charly, per la gioia degli occhi e della mente, pubblico a corredo solo "estetico" del tuo articolo questa bellissima foto di stelle nascenti: nell'immagine ripresa dal telescopio americano di Las Campanas (Cile) vediamo delle stelle appena formate all'interno della galassia NGC 300 situata a 7 milioni di anni luce di distanza dalla terra (Ap)

Tafanus

L'angolo della Scienza

a cura di Charly Brown, alias Luciano Rota

“Misteri della fisica teorica”: 1. Eclissi del “Big Bang”

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Le foto scattate dal telescopio Hubble, rese pubbliche il 10 marzo 2004 ci hanno mostrato cumuli di galassie pressoché identiche alla nostra e a quelle che fanno capo al nostro ammasso locale. Hubble -  il telescopio – ci mostra in effetti ciò che era 13 miliardi di anni fa. Si calcola che il Big Bang, abbia avuto luogo circa in quel periodo. Ciò significherebbe che le galassie riprese dal telescopio in orbita, avrebbero raggiunto in qualche milione di anni, il livello di maturità che, quelle nostrane, hanno impiegato 13 miliardi di anni per raggiungere. A meno di non voler teorizzare che in quella direzione, le cose vanno più alla spiccia che nella nostra, non si troverebbe spiegazione logica a questa tesi esplosiva.

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Ma non è tutto: considerando la distanza che ci separa da questi ammassi galattici, e applicando un principio di medietà , potremmo supporre che l’esplosione cosmica sia avvenuta circa 6,5 miliardi di anni luce sia da “noi” che da “loro”. Per percorrere tale distanza, dovremmo ammettere che sia il nostro sistema di galassie, sia quello fotografato dal telescopio, si siano allontanati dal punto dell’esplosione con una velocità media di 150.000Km/s. (circa la metà della velocità della luce)

Poi: è stato accertato che nella nostra galassia sia in atto una continua rigenerazione di stelle, ad una media di 10 ogni nostro anno. Se la nostra galassia ha, come si suppone, circa 13 miliardi di anni, nel corso della sua vita avrebbe riprodotto circa 130 miliardi di nuove stelle:  un po’ meno della la metà di quelle attualmente contenute in tutta la galassia.

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Se le stelle si rigenerano, occorre stabilire da dove traggano la materia per ricomporsi, prima in nebulose e poi in sistemi planetari, o comunque in condensazioni materiali capaci di mettere in atto un processo di fusione nucleare. Dalle stelle esplose ? Si, certo, ma vediamo:  Una gigante rossa è divenuta tale proprio per aver esaurito in un tempo record ( circa 600.000 milioni di anni) il suo potenziale energetico, nel tentativo di produrre l’espansione necessaria, dall’interno del suo nucleo, da  contrapporre alla gigantesca compressione dovuta alla gravità. Perdendo consistenza, questa si espande e assume una colorazione rossastra. Ciò che è la prova della sua globale perdita di potenziale energetico. Insomma, la sua massa complessiva si è venuta a decimare in un periodo di poche centinaia di milioni di anni – una bazzecola astronomica – se si pensa che una stella della classe G2 (la massa del nostro Sole, secondo la classificazione di Schiaparelli) brucia per circa 12 miliardi d’anni nella sua fase principale. La domanda che ora ci sorge spontanea è : dove è andata a finire la materia trasformata in energia? Ma vediamo oltre. La gigante rossa esplode, diventa una super nova, dalle sue scorie si forma una nuova stella più piccola. Una stella, come si definisce, di seconda generazione. Questa brillerà per altri 12 miliardi di anni e poi? E poi si sa: anche questa si logora, si consuma, decima la sua massa, finisce in entropia.

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Però, nel frattempo, si sono venute a riformare circa 120 miliardi di nuove stelle, che nel complesso potrebbero ripetere la storia qui brevemente enunciata. Se l’universo fosse nato da un unico momento di creazione – il Big Bang, per esempio – le stelle presenti nella nostra galassia dovrebbero avere tutte più o meno la medesima età. Non dovrebbero esserci più giganti rosse e invece ci sono. Non dovrebbero esserci più stelle di prima generazione e invece ci sono. Non dovrebbero esserci più nebulose e invece ci sono. Inoltre sappiano che nuove stelle continuano a generarsi da nebulose in via di condensazione.Su questi dati, sarebbe logico ritenere che la nostra galassia, come tutte le altre, continua a rifornirsi di materia nuova per rigenerarsi in continuazione. Da dove attinge questa materia?

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Gentili lettori, vi trasmetto il testo di una e-mail inviatami da Charly Brown:

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Carissimo Antonio,

vorrei proporti, se ti piacesse, di aprire un "angolo della scienza" ,con frequenza settimanale, magari con argomenti un po' piu' impegnativi delle scoregge, ma scritti in linguaggio semplice e comprensibile. Come assaggio, ti invio in allegato un esempio di quello che intendo e che fa parte di una serie di saggi da me scritti e compendiati in un lavoro del titolo "Relativita' Integrale" scritto in Italiano e che fino ad oggi non ha trovato un editore disposto a pubblicarlo. Visto l'ottimo livello culturale dei frequentatori del tuo blog, sarei felice di poter portre a conoscenza,  per chi interessato, argomenti, che in fondo rappresentano le radici materiali della nostra esistenza.

Sempre con tutta la mia stima,

Charly

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Caro Charly,

come vedi, non me lo sono fatto ripetere due volte, ed ho pubblicato l'articolo che mi hai mandato; se la cosa incontrerà il gradimento dei lettori, potrà acquisire una certa periodicità e modalità da definire. La stima, come sai, è reciproca.

Antonio

dedicato a Sara C. e Charly Brown

Luciano Rota, L'universo di Eva (pp. 120 - € 10,00 - ISBN 88-7408-036-0)

Il lettore rimarrà certamente incantato dalla tenerezza e dalla curiosità che legano Paul Steiner e la piccola Eva, sorprendente creatura senza spazio e senza tempo, capace appunto di rimettere in discussione le teorie scientifiche più accreditate e di fornire nuove e illuminanti risposte. LUCIANO ROTA è nato a Milano nel 1946. Dal 1975 risiede in Olanda per motivi professionali. Nel 1998 ha pubblicato in lingua olandese un saggio dal titolo Het Alternative Universum (L'Universo alternativo). ________________________________________________________________________ Uw opdracht was: zoeken (uitgever) banne 1 treffer. Dit is treffer 1. Titel: Het alternatieve universum / Luciano Rota Auteur: Luciano Rota Jaar: cop. 1998 Uitgever: [Amsterdam] : Uitg. "De Banne" Omvang: 45 p. ; 22 cm ISBN: 90-804435-1-4 Trefwoord Depot: kosmologie Aanvraagnummer: 2185486 DEPOTEXEMPLAAR Aanvraaginfo: ter inzage beschikbaar Aanvraag