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LIBRI:
Estratto della Prefazione,a cura del Prof.Massimiliano Chitvic (fisico): "Questo è un libro sull’Essere.Su come l’Essere appaia ai nostri occhi, spezzettato in tanti frammenti.Sulla fatica che molti di questi piccoli frammenti, che chiamiamo Uomo,fanno per cercare di ricomporre l’Unità. E anche dell’inutilità di questi sforzi.Giacchè la frammentazione è solo apparente,una sorta di velo di Maya. L’Essere,l’Unità,pervade l’intero Universo; forse dire Universo equivale a dire Essere. L’Essere si presenta ai nostri occhi come energia (vale la pena di ricordare l’equivalenza massa-energia,secondo la quale la materia altro non è che energia in una forma particolare.E=mc^2),e come tale è in ogni luogo. Ogni cosa si forma per mezzo dell’energia (Logos?) e all’energia ritorna ed è energia.L’energia è la fonte,la sorgente,di ogni informazione,codificata secondo opportune leggi che piano piano stiamo scoprendo.Basti pensare a tutte le informazioni che ricaviamo sulla struttura dell’Universo visibile per il tramite dei raggi di luce; o anche misurando, ove questo sia possibile,la materia. Abbiamo così realizzato la formula tanto cara ai nostri catechismi: Dio (l’Energia) è in ogni luogo,è onnipotente, è onnisciente.Il titolo del libro è dunque appropriato. In quanto materia,ovvero energia sotto altre spoglie,anche noi uomini (e non solo noi,ma anche tutti gli esseri viventi e le cose che ci circondano) facciamo parte dell’Essere,o,forse,siamo l’Essere e lo abbiamo dimenticato. A queste conclusioni erano già giunti nell’antichità gli gnostici,non importa di quale setta.Il tratto comune delle loro dottrine era la persistenza in ogni essere umano di una scintilla di energia divina che tenta ripetutamente di ricongiungersi con la sorgente primigenia.Questa scintilla divina non è che un nome dato da antichi uomini all’energia". Vi è una piccola nota,non presente nella prefazione del libro, che vorrei esporre qui, riguardo ai miei espliciti riferimenti (riportati nel libro e presenti persino in alcune equazioni lineari che ho usato per facilitare ai lettori la comprensione di alcuni concetti socio-economici), alle “razze umane”. Immaginando già a priori, il potenziale vespaio di critiche negative e polemiche che susciterà un tale approccio (tacciabile se non compreso nei minimi dettagli, di xenofobia), nella spiegazione dei vari aspetti e tipologie del genere umano, mi permetto di specificare quindi in questo breve commento (onde evitare tale vespaio ingiustificato) quanto segue: Con razza umana, io non intendo mai in alcun caso definire una determinata differenziazione di carattere puramente fisico o biologico tra i diversi popoli del pianeta; bensì unicamente una sorta di distinzione tra i diversi popoli, causata (indiscutibilmente) da tutto ciò che l’ambiente ad essi circostante (attraverso usi e costumi e l’indottrinamento di una cultura antica e moderna, propri di ogni popolo), opera nei loro confronti in modo del tutto naturale ed impercettibile. Per concludere,vorrei ricordare le parole del famoso Herbert Simon : "Un uomo, considerato come sistema soggetto di comportamento, è piuttosto semplice. L'apparente complessità del suo comportamento nel tempo è in larga misura un riflesso della complessità dell'ambiente in cui si trova". ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Estratto della Prefazione: In questi ultimi anni, sono stati fatti degli importanti progressi in merito alla manipolazione di luce e materia, o meglio in merito alla manipolazione relativa alla loro reciproca interazione. A fornire dei ricchi e validi sistemi di analisi in tale campo, sono stati i lasers a risonanza e le loro interazioni con delle dense e fredde nubi atomiche. Tali “campi di luce” (lasers a risonanza), interagiscono fortemente con gli elettroni interni degli atomi, e si accoppiano direttamente con i movimenti esterni degli atomi attraverso delle quantità di moto di “rimbalzo” ,trasmesse nel momento in cui i fotoni vengono assorbiti ed emessi. La propagazione della luce ultra-lenta nei condensati di Bose-Einstein, rappresenta un esempio estremo di manipolazione della “risonanza luminosa” (risonanza della luce), con l’impiego di atomi freddi. Negli esperimenti compiuti ad Harvard dalla Dr.ssa Lene Hau e colleghi (Naomi S.Ginsberg, Sean R.Garner), si è dimostrato che un impulso lento di luce può essere fermato e “immagazzinato” in un condensato di Bose-Einstein (in sigla: BEC), per poi venire nuovamente “ravvivato” da un altro condensato completamente differente, posto a 160 micrometri di distanza.L’informazione viene trasferita attraverso la conversione dell’impulso ottico, in un’ ”onda viaggiante di materia”. I risultati ai quali sono giunti la Hau e colleghi,forniscono quindi una stupenda dimostrazione, sull’interazione che sussiste tra informazione ottica coerente, e i processi dinamici definiti dalle “onde di materia”. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Questo volume, da considerarsi come una semplice digressione,in rapporto ad alcuni argomenti trattati nel mio precedente libro (Dio=mc2),vuol essere essenzialmente un tributo,un omaggio,a dei grandi personaggi del mondo della scienza , le cui idee, rivestono una notevole importanza nella comprensione di ciò che l’uomo chiama comunemente: “Realtà”. Tali personaggi, vengono qui presentati, in una raccolta di brevi articoli (esposti fedelmente in questo libro), scritti dai più noti esponenti del panorama scientifico italiano. _________________________________________________________________________ RECENSIONI / COMMENTI ( fonte: www.ibs.it ) Giuseppe Turrisi ( 09 - 12 - 2006 ; Libro: Dio=mc2 ): Come diceva Bertrand Russell, non sono le risposte che ci fanno crescere nella ricerca della conoscenza, ma piuttosto la capacità di porsi nuove domande o di porre vecchie domande in un nuovo modo. Intilla percorre una direzione che agli occhi del mondo “conscio” rasenta l’azzardo, ma che nell’inconscio forse tutti percepiamo e accettiamo come ipotetica risposta ad alcune domande universali che da sempre ci assalgono: “Da dove veniamo?", "Dove stiamo andando?", "Di cosa siamo fatti?”. Personalmente lo ringrazio perchè con questa opera mi ha dato modo di mettere in discussione alcune idee. Io sostengo da sempre che “ non ci si deve mai accontentare nella conoscenza delle cose, anche di quelle che crediamo di conoscere alla perfezione”. Ma tornando all’opera, una semplice associazione, banale se vogliamo ma che fa rabbrividire le menti più lucide e raffinate, facendo scaturire altresì una grande domanda: Lo studio dell’energia sotto il profilo prettamente fisico e lo studio dell’energia sotto il profilo psichico; stiamo parlando della stessa energia? Tutti siamo d’accordo che tutto ciò che ci circonda ha a che fare con l’energia, che si trasforma, muta, degrada, ma non si distrugge, ha un qualche cosa di “eterno” (accezione che rappresenta l’archetipo di Dio). L’energia del mio pensiero è la stessa energia del Creatore, sono state create insieme e si sono sviluppate in tempo spazio e modo diverso ma si ricongiungeranno. Intilla, propone una soluzione in un continuum materia-spirito, Creatore-creato che passando per lo spazio-tempo trova il suo punto di “trasformazione” , nel limite fisico che tutti conosciamo pronunciato da Einstein (E=mc2), definendo l’energia, il solo limite che noi possiamo conoscere dal lato della materia. Al di là del risultato condivisibile o no (il tempo gli darà il merito), gli va riconosciuto lo sforzo di porsi domande nuove e proporre delle soluzioni che allargano l’orizzonte del pensiero umano, che da molti anni su questo argomento è statico e fermo sulle stesse posizioni. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Davide Dorian - davidedorian@libero.it ( 16 - 11 - 2006 ; Libro: Dio=mc2 ): Si comincia dalla matematica cartesiana, per arrivare a vedere "il tutto" come energia. Bello l'approfondimemto tecnico con varie citazioni al riguardo, concordo con il termine "energia" per definire la vita. Mi ha fatto venire in mente del perche' le religioni parlano spesso dell'amore, probabilmente perche' e' l'unica via per ricongiungerci con la "sorgente" (energia). Do' un voto alto per un semplice motivo: A mio avviso dice la verita'. Buona lettura. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Francesco - ( 17 - 07 - 2007 ; Libro: "Verso una nuova scienza di confine" ): Il libro riesce ad interessare anche i lettori non “addetti ai lavori” incuriositi a scoprire "il dietro le quinte" delle novità in ambito scientifico. La descrizione di vari esperimenti effettuati da numerosi ricercatori (conosciuti e non) fa capire al lettore quanto queste evoluzioni in termine scientifico e tecnologico non siano casuali, ma frutto dell'ingegno di persone creative che guardano con attenzione i lavori dei colleghi recenti e passati con l'obbiettivo di aggiungere migliorie per farne trarre beneficio a tutti. Questa evoluzione è arrivata a toccare l'interazione tra psiche e materia... non è fantascienza... Fausto Intilla è riuscito a spiegarlo. __________________________________________________________________________ SCIENZA , TECNOLOGIA E COSCIENZA: UN EQUILIBRIO ASSAI FRAGILE E DELICATO ( Intervista di Cinzia Turnaturi a Fausto Intilla ) : CINZIA: Fausto, nel tuo libro: “Dio=mc2” (precisamente nei capitoli “Denarius Nummus” e “Le equazioni dell’evoluzione”), parli di una sorta di evoluzione dell'uomo, in correlazione al denaro, al potere e al grado di libertà di cui ogni essere umano dispone in minore o maggior misura, rispetto ai suoi simili. Possiamo approfondire la correlazione che c’è, semmai ci fosse, tra l’evoluzione scientifica e tecnologica, e il livello spirituale (o morale) dell’uomo in generale? Quali fattori entrano in gioco? NOTE: _________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________ Nebulosa del Granchio
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Testa di Cavallo
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa di Orione
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Testa di Strega
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Laguna
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Clessidra
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Nord America
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Fiamma
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Uovo
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Aquila
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Occhio di Gatto
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Omuncolo
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Boomerang
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Elica
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Eschimese
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Anello
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nebulosa Bipolare
__________________________________________________________________________ Le Nebulose: In astronomia, una nebulosa è una nube interstellare di gas e polveri,(spesso contiene anche detriti rimasti dalla formazione o dall'esplosione di corpi vicini ad essa) che viene ulteriormente suddivisa a seconda della sua composizione e di come viene illuminata. Le nebulose sono le fabbriche delle stelle. Infatti, da lì nascono le stelle. NGC602 ripresa dal telescopio orbitale Hubble. Il termine era in origine usato per ogni oggetto astronomico che non fosse puntiforme, inclusa ogni galassia fuori dalla Via Lattea. Raramente, viene usato ancora oggi con questo significato. - Nebulosa oscura: abbastanza densa da bloccare la luce - Nebulosa ad emissione: risplendente di luce propria - Nebulosa a riflessione: che riflette la luce di stelle vicine - Nebulosa planetaria: risultato dell'espulsione degli strati esterni di una stella - Nebulosa solare: l'ipotetica nebulosa da cui si formò il Sistema Solare. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La Nebulosa Oscura: Una nebulosa oscura è una grande nube che sembra povera di stelle, dove la polvere del mezzo interstellare è concentrata. Le nebulose oscure si possono osservare se oscurano parte di una nebulosa a emissione o nebulosa a riflessione (come la Nebulosa Testa di Cavallo) o se bloccano la luce delle stelle di fondo (come la Nebulosa Sacco di Carbone). --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La Nebulosa ad Emissione: Una nebulosa a emissione è una nube di gas ionizzato che emette luce di vari colori. L'origine più comune della ionizzazione sono fotoni ad alta energia emessi da una vicina stella calda. Se la stella è una giovane stella massiccia, tipo O o B, la nebulosa è chiamata regione H II. Se è una vecchia nana bianca la nebulosa è chiamata nebulosa planetaria. Solitamente, una giovane stella ionizza parte della stessa nube dalla quale nacque. Solo le grandi e calde stelle possono rilasciare l'ammontare di energia richiesta a ionizzare una parte significativa della nube. Più spesso, un intero ammasso di giovani stelle svolge il compito. Il colore della nebulosa dipende dalla sua composizione chimica e dal livello di ionizzazione. A causa dell'ampia prevalenza di Idrogeno nel gas interstellare, e le relativamente basse energie richieste per la sua ionizzazione, molte nebulose a emissione sono rosse. Se è disponibile più energia, altri elementi possono essere ionizzati e sono possibili nebulose verdi e blu. Esaminando lo spettro delle nebulose, gli astronomi ne deducono la loro composizione chimica. La maggior parte delle nebulose a emissione è composta per circa il 90% da idrogeno, per il resto elio, ossigeno, azoto, e altri elementi. Due delle più belle nebulose ad emissione visibili dall'emisfero boreale sono la Nebulosa Laguna e la Nebulosa di Orione. Le Nebulose a emissione hanno spesso macchie scure che sono il risultato di nubi di polvere che bloccano la luce. Le combinazioni di nebulose a emissione e nubi di polvere "disegnano" forme che assomigliano ad oggetti noti, infatti molte nebulose portano il nome di questi oggetti, come la Nebulosa Nord America o la Nebulosa Cono. Alcune nebulose sono composte sia da parti a riflessione che ad emissione, come la Nebulosa Trifida. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La Nebulosa a Riflessione: In astronomia, le nebulose a riflessione sono nubi di polvere che riflettono la luce di stelle vicine. Si formano quando le stelle (o la stella) vicine non sono calde abbastanza per causare la ionizzazione del gas, come nella nebulosa a emissione, ma sono abbastanza brillanti a dare sufficiente scattering e rendere visibile la polvere. Perciò lo spettro mostrato dalle nebulose a riflessione è simile a quello delle stelle che le illuminano. Fra le particelle microscopiche responsabili della diffusione ci sono i composti del carbonio (es. polvere di diamante) e composti di altri elementi, in particolare ferro e nichel. Gli ultimi due sono spesso allineati col campo magnetico galattico e causano la polarizzazione della luce diffusa (Kaler, 1998). La distinzione tra questi due tipi di nebulose fu fatta da Hubble nel 1922. Le nebulose a riflessione sono solitamente blu perché lo scattering è più efficiente per la luce blu che per la rossa (è lo stesso processo di diffusione che ci dà cieli blu e tramonti rossi). Nebulose a riflessione e nebulose a emissione si trovano spesso insieme, qualche volta sono entrambe definite come nebulosa diffusa, un esempio è la Nebulosa di Orione. Sono conosciute circa 500 nebulose a riflessione. Fra le più belle ci sono quelle che circondando le Pleiadi. Una nebulosa a riflessione blu può essere vista nella stessa area di cielo della Nebulosa Trifida. La gigante rossa Antares è circondata da una grande nebulosa a riflessione rossa. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La Nebulosa Planetaria: Una nebulosa planetaria è un oggetto astronomico che appare generalmente come nebuloso e simile ad un disco, quando visto a risoluzioni non molto elevate. A causa di questo aspetto, simile a quello dei pianeti nelle prime osservazioni telescopiche, l'aggettivo planetaria è stato aggiunto al nome ed è rimasto per consistenza storica. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La Nebulosa Solare: In cosmogonia, la nebulosa solare è una nube gassosa (o disco di accrescimento) dalla quale si formano i sistemi planetari. L'ipotesi nebulare fu proposta da Immanuel Kant nel 1755; il quale ipotizzò che le nebulose ruotano lentamente, si condensano a causa della gravità, si appiattiscono ed infine si formano stelle e pianeti. Un modello simile fu proposto, nel 1796, da Pierre Simon Laplace. Il "ciclo di vita" della nebulosa che originò il Sole è più o meno simile a quello delle altre nebulose solari. Nella storia dell'universo, le prime nebulose solari erano formate da idrogeno, elio e litio; gli elementi più pesanti si formarono solo più tardi. Siccome il sistema Solare è relativamente ricco di elementi pesanti, si può ipotizzare che non emerse direttamente dal "Big Bang". La nostra nebulosa aveva un diametro iniziale di 100 AU ed una massa di circa 200-300% la massa attuale del Sole. Ad un certo punto, la nube cominciò a contrarsi (probabilmente a causa di una forza esterna come l'esplosione di una supernova). Quando la densità e la pressione aumentarono si formò una protostella. Il primordiale sistema non era scaldato dalla fusione, ma dall'attrito. A causa della conservazione del momento angolare, la nebulosa non collassò completamente su sé stessa, ma, attorno al protosole, si formò anche il disco protoplanetario. All'interno di questo sistema, gli elementi più pesanti precipitarono verso il centro (ammucchiandosi in planetesimi e protopianeti). Inoltre, la parte più esterna della nebulosa solare si raffreddò, e questo permise la condensazione dei gas volatili nei pianeti esterni, mentre i pianeti interni furono "spogliati" del loro involucro gassoso dal calore, e in seguito dal vento solare, della giovane stella. Quanto il calore all'interno del protosole giunse a livelli tali da innescare le reazioni termonucleari, nacque una "vera" stella. La protostella durò per circa 100 milioni di anni, più o meno il tempo necessario alla formazione dei pianeti più interni; questo accadde circa 4.6 miliardi di anni fa. Sebbene al tempo le lune esistessero già, non orbitavano ancora intorno ai pianeti, ciò accadde solo nei successivi 800 milioni di anni. Durante il XIX secolo, la teoria nebulare di Kant-Laplace fu criticata da James Clerk Maxwell, il quale sostenne che se la materia dei pianeti fosse stata in principio distribuita in un disco attorno al sole, le forze di rotazione differenziale avrebbero impedito la condensazione dei singoli pianeti. Un'altra obiezione fu che il Sole possiede meno momento angolare di quello che la teoria di Kant-Laplace indicava. Per molti decenni, parecchi astronomi preferirono la teoria mareale, nella quale si ipotizzava che i pianeti si formarono a causa dell'avvicinamento di un'altra stella al Sole. Durante questa quasi collisione, le forze di marea avrebbero strappato grandi ammontari di materia dal Sole e dall'altra stella, che in seguito si sarebbero condensati in pianeti. Oggi si ritiene che la teoria della quasi collisione si basa su eventi estremamente poco probabili, date le distanze enormi tra le stelle. A seguito delle obiezioni, la teoria di Kant-Laplace fu modificata durante gli anni quaranta. Nella versione modificata, la massa del protopianeta originale si ritiene più grande, e la discrepanza di momento angolare fu attribuita a forze magnetiche. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Energia oscura:
L'accelerazione dell'universo venne confermata negli anni 1990. Per spiegare questo fenomeno, si ipotizzò una forza anti-gravitazionale, che permeasse tutto l'universo. L'annuncio che i dati confermavano un'accelerazione dell'espansione venne dato da Saul Perlmutter del Berkeley Lab l'8 gennaio 1998.Albert Einstein, vissuto in un'epoca dominata dalla teoria dello stato stazionario, per realizzare tale stasi inserì nelle equazioni di campo della teoria della relatività generale la famosa costante cosmologica, per contrastare gli effetti della gravità. Quando Edwin Hubble scoprì che l'universo era in espansione, Einstein ritrattò la sua idea, definendola "il mio più grande errore". Secondo la teoria della relatività, l'effetto di una tale pressione negativa è simile, qualitativamente, ad una forza antigravitazionale su larga scala. Quando Richard Feynman e altri svilupparono la teoria quantistica della materia, si resero conto che anche il vuoto possedeva una sua ben definita energia, data dalle particelle virtuali che si formano a coppie, le quali si annichiliscono a vicenda. Attraverso accurate misure, ci si rese conto che l'errore di Einstein non era tale: una forma di energia non rilevabile permea il vuoto, e la sua azione antigravitazionale fa accelerare l'espansione dell'universo. Come risultato collaterale, l'età dell'universo è inferiore a quanto stimato sulla base di una velocità di espansione costante. Ancora non si è capito né a cosa si deve questa forza, né come sia legata alla teoria inflazionaria. Nel 2004, Christian Beck della Queen Mary University di Londra e Michael Mackey della McGill University di Montreal hanno sviluppato una teoria che lega queste fluttuazioni all'energia oscura, e ipotizzato la misurazione sperimentale dell'energia oscura tramite la giunzione Josephson. Tuttavia, alcuni modelli di gravità quantistica, tra cui la gravitazione quantistica a loop, possono spiegare alternativamente le proprietà cosmologiche senza far ricorso all'energia oscura. Verso la fine degli anni novanta, osservazioni di supernovae di tipo Ia suggerirono che l'espansione dell'universo fosse in accelerazione. Queste osservazioni sono state confermate da molte altre fonti indipendenti: la radiazione cosmica di fondo, l'età dell'universo, le abbondanze degli elementi dovute alla nucleosintesi primordiale, la struttura a grande scala dell'universo e le misurazioni del parametro di Hubble, come pure analisi accurate delle supernovae. Tutti questi elementi confermano il modello Lambda-CDM. Le supernovae di tipo Ia offrono la miglior prova per l'esistenza dell'energia oscura. La misura della velocità dell'allontanamento di oggetti è semplicemente ottenuta misurando lo spostamento verso il rosso (redshift) dell'oggetto. Trovare invece la distanza di quell'oggetto è un problema più complesso. Per fare ciò è necessario trovare candele standard: oggetti la cui magnitudine assoluta è nota, in modo tale da rapportare la magnitudine apparente alla distanza. Senza candele standard è impossibile misurare la relazione della legge di Hubble tra la distanza e lo spostamento verso il rosso. Le supernovae di tipo Ia sono le migliori candele standard per l'osservazione cosmologica, in quanto sono molto luminose e bruciano solo quando la massa di una vecchia nana bianca raggiunge il limite di Chandrasekhar. Le distanze delle supernovae sono misurate sulla base delle loro velocità, e questo metodo è usato anche per determinare la storia dell'espansione dell'universo. Tali osservazioni indicano che l'universo non sta rallentando, cosa che ci si aspetterebbe in un universo dominato da materia, ma sta misteriosamente accelerando. Le osservazioni vengono dunque spiegate postulando un tipo di energia con pressione negativa (vedi equazione di stato (cosmologia) per una spiegazione matematica): l'energia oscura. L'esistenza di un'energia oscura, in qualsiasi forma, risolve anche il problema della "massa mancante". La teoria della nucleosintesi primordiale regola la formazione degli elementi leggeri nell'universo primordiale, come l'elio, il deuterio ed il litio. La teoria della struttura a grande scala dell'Universo regola la formazione della struttura dell'universo, stelle, quasar, galassie e gruppi e ammassi di galassie. Entrambe queste teorie suggeriscono che la densità dei barioni e della materia oscura fredda nell'universo sia circa il 30% della densità critica per la chiusura dell'universo. Questa è la densità necessaria per rendere la curvatura dell'universo nulla. Le misurazioni della radiazione cosmica di fondo, recentemente effettuate dal satellite WMAP, indicano che l'universo è molto vicino ad una curvatura nulla. Quindi, sappiamo che alcune forme di energia devono costituire il restante 70%. L'esatta natura dell'energia oscura è oggetto di ricerca. È conosciuta per essere omogenea, non molto densa e non interagire fortemente attraverso alcuna delle forze fondamentali, tranne la gravità. Dal momento che non è molto densa, circa 10−29 grammi per centimetro cubo, è difficile immaginare esperimenti per trovarla in laboratorio. L'energia oscura può solo avere un impatto sull'universo, tale da costituire il 70% di tutte le energie, poiché riempie uniformemente tutti gli spazi vuoti. I due modelli più importanti sono la costante cosmologica e la quintessenza. La spiegazione più semplice dell'energia oscura è il "prezzo di avere spazio", ovvero un volume di spazio ha dell'energia intrinseca e fondamentale. Questa è la costante cosmologica, talvolta chiamata Lambda (da cui il modello Lambda-CDM) dal simbolo matematico usato per rappresentarla: la lettera greca Λ. Dal momento che energia e massa sono unite dalla formula E=mc², la teoria della relatività generale di Einstein prevede che ci saranno effetti gravitazionali. Talvolta è chiamata energia del vuoto in quanto è la densità dell'energia di un vuoto. Infatti, la maggior parte delle teorie della fisica delle particelle predice fluttuazioni del vuoto che gli darebbero esattamente questo tipo di energia. La costante cosmologica è stimata essere dell'ordine di circa 10^ −29 g/cm3 o di 10^ −123 in unità di Planck. La costante cosmologica ha una pressione negativa equivalente alla densità della sua energia e per questo motivo fa sì che l'espansione dell'universo acceleri. La ragione per cui la costante ha tale valore di pressione può essere trovata nella termodinamica classica. Il lavoro prodotto da un cambiamento di volume dV è uguale a −p dV, dove p è la pressione. Ma la quantità di energia in un contenitore di energia vuota in realtà aumenta quanto il volume aumenta (e quindi dV è positivo), in quanto l'energia è uguale a ρV, dove ρ è la densità dell'energia della costante cosmologica. Quindi p è negativo ed infatti p = −ρ. Uno dei più grandi problemi non risolti della fisica è che la maggior parte delle teorie quantistiche dei campi prevedono un valore enorme per la costante dall'energia del vuoto quantico, fino a 123 ordini di magnitudine in più. Questo vorrebbe dire che dovrebbe venire annullata da una forza uguale e di segno opposto. Alcune teorie supersimmetriche richiedono che la costante cosmologica sia esattamente zero. Questo è il problema della costante cosmologica, il peggior problema di precisione nella fisica: non c'è modo naturale (conosciuto) per ricavare, anche approssimativamente, la costante cosmologica infinitesimale osservata in cosmologia dalla fisica delle particelle. Alcuni fisici, tra i quali Steven Weinberg, pensano che il delicato equilibrio dell'energia del vuoto quantico sia spiegata al meglio dal principio antropico. Nonostante questi problemi, la costante cosmologica è in molti aspetti la soluzione più economica al problema dell'accelerazione cosmica. Il modello standard di questi giorni include la costante cosmologica come una caratteristica essenziale. Alternativamente, l'energia oscura potrebbe derivare dall'eccitazione di particelle in alcuni tipi di campi dinamici, e chiamata quintessenza. Questa differisce dalla costante cosmologica in quanto può variare nello spazio e nel tempo. Affinché questa non formi strutture come materia, deve essere molto leggera in modo tale da avere una lunghezza d'onda di Compton molto grande. Non ci sono prove dell'esistenza della quintessenza adesso, ma non può essere eliminata a priori. Generalmente prevede un'accelerazione minore dell'espansione dell'universo rispetto alla costante cosmologica. Alcuni scienziati ritengono che la miglior prova della quintessenza derivi dalla violazione del principio di equivalenza di Einstein e dalle variazioni delle costanti fondamentali nello spazio e nel tempo. I campi scalari sono previsti dal modello standard e dalla teoria delle stringhe, ma un problema simile a quello della costante cosmologica (o il problema della costruzione di modelli di inflazione cosmica) appare: la teoria della rinormalizzazione vuole che i campi scalari acquistino una grande massa. Il problema della coincidenza cosmica si chiede come mai l'accelerazione cosmica cominci quando la si stima essere cominciata. Se fosse cominciata prima, nell'universo strutture come le galassie non avrebbero avuto il tempo per formarsi, vivere e, almeno per quanto sappiamo, di esistere. Chi sostiene il principio antropico vede questo come una forte prova della loro tesi. Ad ogni modo, molti modelli di quintessenza hanno un comportamento tale da risolvere il problema. In questi modelli, il campo della quintessenza ha una densità che traccia la densità della radiazione fino a che materia e radiazioni si equivalgono. Ciò fa sì che la quintessenza cominci a comportarsi come energia oscura, ed infine a dominare l'universo. Questo imposta la bassa scala d'energia dell'energia oscura. Alcuni casi particolari di quintessenza sono l'energia fantasma, dove la densità dell'energia della quintessenza cresce con il tempo, e l'essenza-k (quintessenza cinetica), che possiede una forma non standard di energia cinetica. Queste possono avere proprietà inusuali: l'energia fantasma ad esempio può causare il Big Rip. Alcuni teorici pensano che l'energia oscura e l'accelerazione cosmica siano prova d'un fallimento della relatività generale su scale superiori a quelle dei superammassi di galassie. Uno dei modelli alternativi sono le teorie MOND(MOdified Newton Dynamics, dinamica newtoniana modificata). Comunque, la maggior parte dei tentativi di modificare la relatività generale si sono dimostrati o equivalenti alle teorie della quintessenza o in contrasto con le osservazioni. Altri teorici pensano invece che l'energia oscura e l'accelerazione cosmica siano prova d'un fallimento del modello Standard del Big Bang, dato che costringe ad ammettere la presenza di qualcosa di non (ancora) esperibile. I cosmologi ipotizzano che l'accelerazione sia cominciata circa 5 miliardi di anni fa. Prima di ciò, si pensa che l'espansione fosse in decelerazione a causa dell'influenza attrattiva della materia oscura e dei barioni. La densità dalla materia oscura in un universo in espansione scompare più velocemente rispetto all'energia oscura, ed infine questa domina. Nello specifico, quando il volume dell'universo raddoppia, la densità della materia oscura è dimezzata, ma quella dell'energia oscura rimane quasi invariata (esattamente invariata nel caso della costante cosmologica). Se l'accelerazione continua indefinitamente, il risultato ultimo sarà che le galassie al di fuori del superammasso locale si sposteranno oltre l'orizzonte degli eventi: non saranno più visibili, perché la loro velocità relativa diverrà più grande della velocità della luce. Questa non è una violazione della relatività ristretta, e l'effetto non può esser usato per mandare segnali tra le galassie. In realtà non c'è modo di definire la "velocità relativa" in uno spaziotempo curvato. La velocità relativa e la velocità possono essere definite solo in uno spaziotempo piatto o in sezioni sufficientemente ristrette (infinitesimali) dello spaziotempo curvato. Piuttosto, previene ogni comunicazione tra le galassie e gli oggetti perdono il contatto. La Terra, la Via Lattea ed il Superammasso Locale comunque, rimarrebbero virtualmente indisturbati mentre il resto dell'universo si allontanerebbe. In questo scenario, il superammasso locale soffrirebbe la morte termica proprio come si pensava per l'universo piatto e materiale, prima delle misurazioni dell'accelerazione cosmica. Ci sono diverse idee sul futuro dell'universo. Una di queste suggerisce che l'energia fantasma causerà un'espansione divergente, implicando che la forza effettiva dell'energia oscura continui a crescere fino a dominare tutte le altre forze dell'universo. In questo scenario l'energia oscura distruggerebbe tutte le strutture legate dalla gravità, includendo galassie e sistemi solari, ed infine supererebbe le forze elettriche e nucleari distruggendo gli atomi stessi, facendo terminare l'universo con un Big Rip (grande strappo). D'altro canto, l'energia oscura potrebbe scomparire con il tempo, o addirittura diventare attrattiva. Tali incertezze lasciano aperta la possibilità che la gravità possa predominare portando l'universo ad una contrazione detta "Big Crunch". Alcuni modelli, come quello ciclico dicono che sia questa la fine. Nonostante queste idee non siano supportate da osservazioni, non vengono nemmeno scartate. Le misurazioni dell'accelerazione sono importanti nella determinazione del destino ultimo dell'universo nella teoria del Big Bang. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I Buchi Neri:
Poiché anche nella teoria gravitazionale newtoniana la velocità di fuga non dipende dalla massa del corpo in moto nel campo di gravità, già nel 1783 lo scienziato inglese John Michell suggerì in una lettera a Henry Cavendish (successivamente pubblicata nei rendiconti della Royal Society) che la velocità di fuga di un corpo celeste potrebbe risultare superiore alla velocità della luce, dando luogo a quella che egli chiamò una dark star. Nel 1795 Pierre-Simon de Laplace riportò quest'idea nella prima edizione del suo trattato Mécanique céleste. Poco dopo la formulazione della relatività generale da parte di Albert Einstein risultò che la soluzione delle equazioni di Einstein (in assenza di materia) che rappresenta un campo gravitazionale statico e a simmetria sferica (la soluzione di Schwarzschild, che corrisponde al campo gravitazionale centrale simmetrico della gravità newtoniana) implica l'esistenza di una superficie ideale, detta orizzonte degli eventi, caratterizzata dal fatto che qualunque cosa la oltrepassi, attratta dal campo gravitazionale, non sarà più in grado di tornare indietro. Poiché neppure la luce riesce ad attraversare l'orizzonte degli eventi dall'interno verso l'esterno, la regione interna all'orizzonte degli eventi si comporta a tutti gli effetti come un buco nero. Poiché la soluzione di Schwarzschild descrive il campo gravitazionale nel vuoto, essa rappresenta esattamente il campo gravitazionale all'esterno di una distribuzione di massa con simmetria sferica: un buco nero potrebbe essere teoricamente prodotto da un corpo celeste massivo solo se questo avesse densità tale da essere interamente contenuto all'interno dell'orizzonte degli eventi (se, cioè, il corpo celeste avesse raggio inferiore al raggio di Schwarzschild corrispondente alla sua massa totale). Si pose dunque l'interrogativo se una tale densità possa essere raggiunta come effetto del collasso gravitazionale di una data distribuzione di materia. Lo stesso Einstein (al quale la "singolarità" trovata da Schwarzschild nella sua soluzione appariva come una pericolosa inconsistenza nella teoria della relatività generale) discusse questo punto in un lavoro del 1939, concludendo che per raggiungere una simile densità le particelle materiali avrebbero dovuto superare la velocità della luce, in contrasto con la relatività ristretta. In realtà Einstein aveva basato i suoi calcoli sull'ipotesi che i corpi che collassano orbitino intorno al centro di massa del sistema, ma nello stesso anno R. Oppenheimer e H. Snyder mostrarono che la densità critica può essere raggiunta quando le particelle collassano radialmente. Successivamente anche il fisico indiano A. Raychauduri mostrò che la situazione ritenuta da Einstein non fisicamente realizzabile è, in realtà, perfettamente compatibile con la relatività generale. In altri termini, l'orizzonte degli eventi non è una reale singolarità dello spazio-tempo (nella soluzione di Schwarzschild, l'unica vera singolarità geometrica è collocata nell'origine delle coordinate), ma ha comunque la caratteristica fisica di poter essere attraversato solo dall'esterno verso l'interno. In accordo con queste considerazioni teoriche, numerose osservazioni astrofisiche sono state fatte risalire alla presenza di buchi neri che attraggono materia circostante. Secondo alcuni modelli, potrebbero esistere buchi neri privi di singolarità, dovuti a stati della materia più densi di una stella di neutroni, ma non al punto di generare una singolarità. Verso il termine del proprio ciclo vitale, il nucleo di una stella si spegne, avendo trasformato tramite fusione nucleare tutto l'idrogeno in elio. La forza gravitazionale, che prima era in equilibrio con la pressione generata dalle reazioni di fusione nucleare, prevale e comprime la massa della stella verso il suo centro. Quando la densità diventa sufficientemente elevata può innescarsi la fusione nucleare dell'elio, in seguito alla quale c'è la produzione di litio, azoto e altri elementi (fino all'ossigeno e al silicio). Durante questa fase la stella si espande e si contrae violentemente più volte, espellendo parte della propria massa. Le stelle più piccole si fermano ad un certo punto della catena e si spengono, raffreddandosi e contraendosi lentamente, attraversano lo stadio di nana bianca e nel corso di molti milioni di anni diventano una sorta di gigantesco pianeta. In questo stadio la forza gravitazionale è bilanciata da un fenomeno quantistico, detto pressione di degenerazione, legato al principio di esclusione di Pauli. Per le nane bianche la pressione di degenerazione è presente tra gli elettroni. Se invece il nucleo della stella supera una massa critica, detta limite di Chandrasekhar pari a 1,4 volte la massa solare, ad un certo punto ogni possibile combustibile nucleare viene innescata e le reazioni nucleari non sono più in grado di opporsi al collasso gravitazionale. A questo punto la stella subisce una contrazione fortissima, che fa entrare in gioco la pressione di degenerazione tra i componenti dei nuclei atomici. La pressione di degenerazione arresta bruscamente il processo di contrazione, ma in questo caso può provocare una gigantesca esplosione, detta esplosione di supernova di tipo II . Durante l'esplosione quel che resta della stella espelle gran parte della propria massa, che va a disperdersi nell'universo circostante; quello che rimane è un nucleo estremamente denso e massiccio. Se la sua massa è abbastanza piccola da permettere alla pressione di degenerazione di contrastare la forza di gravità si arriva ad una situazione di equilibrio: si forma una stella di neutroni. Se la massa supera le tre masse solari (limite di Volkoff-Oppenheimer) non c'è più niente che possa contrastare la forza gravitazionale; inoltre, secondo la Relatività generale, la pressione interna non viene più esercitata verso l'esterno (in modo da contrastare il campo gravitazionale), ma diventa essa stessa una sorgente del campo gravitazionale, rendendo così inevitabile il collasso infinito. A questo punto la densità della stella morente, ormai diventata un buco nero, raggiunge velocemente valori tali da creare un campo gravitazionale talmente intenso da non permettere a nulla di sfuggire alla sua attrazione, neppure alla luce: si ha una curvatura infinita dello spaziotempo, che può far nascere dei cunicoli all'interno di buchi neri in rotazione. Alcuni scienziati hanno così ipotizzato che, almeno in linea teorica, è possibile viaggiare nel passato, visto che i cunicoli collegano due regioni diverse dello spaziotempo. A causa delle loro caratteristiche, i buchi neri non possono essere "visti" direttamente ma la loro presenza può essere ipotizzata a causa degli effetti di attrazione gravitazionale che esercitano nei confronti della materia vicina e della radiazione luminosa in transito nei paraggi o "in caduta" sul buco. Esistono anche altri scenari che possono portare alla formazione di un buco nero. In particolare una stella di neutroni in un sistema binario può rubare massa alla sua vicina fino a superare la massa di Chandrasekhar e collassare. Alcuni indizi suggeriscono che questo meccanismo di formazione sia più frequente di quello "diretto". Un altro scenario permette la formazione di buchi neri con massa inferiore alla massa di Chandrasekhar: anche una quantità arbitrariamente piccola di materia, se compressa da una gigantesca forza esterna, potrebbe in teoria collassare e generare un orizzonte degli eventi molto piccolo. Le condizioni necessarie potrebbero essersi verificate nel primo periodo di vita dell'universo, quando la sua densità media era ancora molto alta, a causa di variazioni di densità o di onde di pressione. Questa ipotesi è ancora completamente speculativa e non ci sono indizi che buchi neri di questo tipo esistano o siano esistiti in passato. La caratteristica fondamentale dei buchi neri è che il loro campo gravitazionale divide idealmente lo spazio-tempo in due, o più parti, separate fra di loro da un orizzonte degli eventi. Un'informazione fisica (come un'onda elettromagnetica, o una particella) potrà oltrepassare un orizzonte degli eventi in una direzione soltanto. Nel caso ideale, e più semplice, di un buco nero elettricamente scarico, e non rotante (buco nero di Schwarzschild), esiste un solo orizzonte degli eventi, che è una sfera centrata nell'astro, e di raggio pari al raggio di Schwarzschild, dipendente dalla massa dello stesso. Una frase coniata dal fisico John Archibald Wheeler, un buco nero non ha capelli, sta a significare che tutte le informazioni sugli oggetti o segnali che cadono in un buco nero vengono perdute, ad eccezione di tre fattori: massa, carica e momento angolare. Il corrispondente teorema è stato dimostrato da Wheeler, il quale è anche colui che ha dato il nome a questi oggetti astronomici. In realtà un buco nero non è del tutto nero: esso emette particelle, in quantità inversamente proporzionale alla sua massa, portando ad una sorta di evaporazione. Questo fenomeno, dimostrato nel 1974 per la prima volta dal fisico Stephen Hawking, è noto come radiazione di Hawking ed è alla base della termodinamica dei buchi neri. Alcune sue osservazioni sull'orizzonte degli eventi dei buchi neri, inoltre, hanno portato alla formulazione del principio olografico. Altri effetti fisici sono associati all'orizzonte degli eventi, in particolare per la relatività generale il tempo proprio rallenta all'aumentare del campo gravitazionale fino ad arrestarsi completamente sull'orizzonte. Quindi un astronauta che stesse precipitando verso un buco nero percepirebbe di impiegare un tempo finito e, se potesse sopravvivere all'enorme gradiente del campo gravitazionale, non percepirebbe nulla di strano all'avvicinarsi dell'orizzonte; al contrario un osservatore esterno vedrebbe i movimenti dello sfortunato astronauta rallentare progressivamente fino ad arrestarsi del tutto quando raggiunge il raggio di Schwarzschild. L'astronauta che precipita osservando l'universo lo vedrebbe invece evolvere sempre più velocemente. Al contrario degli oggetti dotati di massa i fotoni non vengono rallentati o accelerati dal campo gravitazionale del buco nero, ma subiscono un fortissimo spostamento verso il rosso (in uscita) o verso il blu (in entrata). Un fotone che nascesse esattamente sull'orizzonte degli eventi, diretto verso l'esterno del buco nero, subirebbe un tale spostamento verso il rosso da allungare all'infinito la sua lunghezza d'onda (la sua energia diventerebbe quindi pari a zero). A tutt'oggi non è possibile conoscere lo stato della materia interna di un buco nero, le leggi stesse che regolano la fisica all'esterno dell'orizzonte degli eventi perdono validità in prossimità del buco nero. Uno degli oggetti nella Via Lattea candidati ad essere un buco nero è una sorgente di raggi X chiamata Cygnus X-1. Viene ipotizzato che enormi buchi neri (di massa pari a milioni di volte quella del sole) esistano al centro delle galassie, come nella nostra e nella galassia di Andromeda. Un analogo fisico di un buco nero è il comportamento delle onde sonore in prossimità di un ugello di De Laval: una strozzatura utilizzata nei bruciatori dei razzi che fa passare il flusso dal regime subsonico a supersonico, senza creare un bang sonico. Prima dell'ugello le onde sonore possono andare all'indietro, mentre dopo averlo attraversato è impossibile. Altri analoghi possono sfruttare le onde superficiali in un liquido in moto in un canale circolare con altezza decrescente, un tubo per onde elettromagnetiche la cui velocità è alterata da un laser, una nube di gas di forma ellissoidale in espansione lungo l'asse maggiore. Tutti questi modelli, se raffreddati fino alla condizione di condensato di Bose - Einstein, dovrebbero presentare l'analogo della radiazione di Hawking, e possono essere usati per correggere le previsioni di quest'ultima: come un fluido ideale, la teoria di Hawking considera la velocità della luce (suono) costante, indipendentemente dalla lunghezza d'onda (comportamento detto di Tipo I). Nei fluidi reali la velocità può aumentare (Tipo II) o diminuire (Tipo III) all'aumentare della lunghezza d'onda. Analogamente dovrebbe avvenire con la luce, ma se il risultato fosse che lo spazio tempo diffonde la luce come il Tipo II o il Tipo III, andrebbe modificata la relatività generale, cosa già nota perché per le onde con lunghezza d'onda prossima alla lunghezza di Planck diventa significativa la gravitazione quantistica. Restando invece nel campo relativistico (ossia relativo alla teoria della relatività), poiché per descrivere un buco nero sono sufficienti tre parametri: massa, momento angolare e carica elettrica, i modelli matematici derivabili come soluzioni dell'equazione di campo della relatività generale si riconducono a quattro: -Buco nero di Schwarzschild: È la soluzione più semplice, in quanto riguarda oggetti non rotanti e privi di carica elettrica, ma è anche piuttosto improbabile nella realtà, poiché un oggetto dotato anche di una minima rotazione, una volta contratto in buco nero deve aumentare enormemente la sua velocità angolare in virtù del principio di conservazione del momento angolare. -Buco nero di Kerr: Deriva da oggetti rotanti e privi di carica elettrica, caso che presumibilmente corrisponde alla situazione reale. Buco nero risultante dal collasso di una stella in rotazione nel quale la singolarità non è più un punto, ma, a causa della rotazione, assume la forma di un anello. Per questa ragione si formeranno non uno ma due orizzonti degli eventi distinti. La rotazione del buco nero fa si che si formi la cosiddetta ergosfera. Questa è la zona immediatamente circostante all'orizzonte esterno causata dall'intenso campo gravitazionale dove lo spaziotempo oltre ad essere curvato entra in rotazione trascinato dalla rotazione del buco nero come un gigantesco vortice. -Buco nero di Kerr-Newman: Riguarda la situazione in cui si ha sia rotazione che carica elettrica, ed è la soluzione più generale. Si noti che in tale situazione lo spazio tempo non sarà asintoticamente piatto, a causa della presenza del campo elettromagnetico. -Buco nero di Reissner-Nordstrøm: È il caso di un buco nero dotato di carica elettrica ma non rotante. Valgono le stesse considerazioni fatte sul buco nero di Kerr-Newman a proposito del comportamento asintotico. 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