di  -  martedì 11 ottobre 2011

Uno dei risultati più importanti, o comunque più noti, nella storia della fisica è la Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein. Nel 1915 Einstein concluse la sua teoria con la famosa Equazione di Campo, con la quale descrive l’evoluzione dell’Universo.

Nel farlo, però, lo stesso Einstein si è trovato di fronte ad un problema apparentemente irrisovibile se non con una specie di “trucco” matematico. Considerando unicamente la gravità come forza conduttrice dell’Universo, il risultato non era molto attraente: con il tempo la forza gravitazionale avrebbe avuto il sopravvento sulla spinta di espansione data dal BigBang, e l’Universo sarebbe collassato in un Big Crunch.

Ai fisici in genere non piacciono situazioni instabili e precarie, quindi Einstein ha deciso di inserire un fattore nella sua equazione di campo, una costante Λ, chiamata Costante Cosmologica. La Costante Cosmologica rappresenta una sorta di forza, che agisce in modo repulsivo quando la costante è positiva e attrattivo quando è negativa. Einstein l’ha introdotta per riportare l’equilibrio nell’Universo, cosicché diventasse stabile, senza incorrere in possibili Big Crunch. Pochi anni dopo, però, Edwin Hubble ha scoperto che l’Universo non è per nulla stabile, anzi, è in continua espansione.

Questa scoperta ha riportato in voga l’equazione di campo di Einstein nella sua forma originale, senza Costante Cosmologica. Negli anni ’20, intanto, un altro fisico ha cominciato a studiare le equazioni di Einstein. Alexander Friedman si accorse che la descrizione di Einstein non teneva veramente. Infatti l’agognata stabilità non era raggiunta nemmeno con l’introduzione della Costante Cosmologica, che permetteva di ottenere solo una stabilità locale, facilmente distruttibile con una piccola “spinta”.

Friedman ha riscritto l’Equazione di Campo senza tener conto della costante cosmologica, accettando un Universo instabile. Il suo lavoro è stato pubblicato, ma abbandonato nel dimenticatorio subito dopo, e lì è rimasto anche dopo la morte di Friedman nel 1925. Ma con la scoperta di Hubble le carte in tavola cambiarono ed il nuovo Universo è perfettamente descritto dall’equazione di Friedman, derivata da quella di Einstein. A questo punto Einstein si è dovuto arrendere ad un Universo in espansione, e ha descritto l’introduzione della costante cosmologica come il più grande errore della sua vita.

Le osservazioni di Hubble hanno avuto conseguenze incredibili per la nostra concezione dell’Universo. Esse, assieme all’osservazione del Fondo Cosmico a Microonde (CMB) nel 1964 (e di cui ho parlato qui, qui, qui, e qui) hanno portato alla ribalta il Principio Cosmologico, secondo cui la Terra non si trova in un punto particolare dell’Universo, ma anzi, le osservazioni cosmologiche sono perfettamente le stesse se fatte da qualsiasi punto dell’Universo, che è quindi isotropico e omogeneo.

A questo punto i giochi hanno cominciato a farsi pesanti. La descrizione della gravità di Einstein può essere rappresentata da un tensore (una sorta di matrice) che descrive la metrica dello spazio tempo. Questa metrica può venir modificata (inserendo una curvatura per esempio) e tramite le equazioni di Friedman si può estendere questo sistema ad una forma dinamica (ovvero descriverne l’evoluzione nello spazio tempo) inserendo una forma più generale della Costante Cosmologica libera di assumere un qualsiasi valore (0, un valore negativo o un valore positivo). La Costante Cosmologica diventa quindi una sorta di fluido che permea l’Universo e su cui esercita una pressione, positiva, negativa o nulla.

I parametri liberi di queste equazioni vanno determinati dalle osservazioni, et voilà, ecco che abbiamo la descrizione perfetta del nostro Universo.

Due fondamentali osservazioni ci hanno permesso, finora, di raggiungere una certa conoscenza sulla dinamica dell’Universo. Da un lato l’osservazione del Fondo Cosmico a Microonde. Se da un lato esso risulta infatti estremamente uniforme, su scale piccolissime manifesta delle anisotropie. Lo studio di queste anisotropie ci dà un’informazione sulla quantità di materia (o massa) presente nell’Universo. In particolare, seguendo le equazioni di Friedman, possiamo descrivere la quantità di massa dell’Universo sotto forma del rapporto della densità di un certo tipo di materia rispetto alla densità critica dell’Universo.

Nei modelli dell’Universo di Friedman, quando la Costante Cosmologica non era tenuta in considerazione, la densità critica dell’Universo era la densità di materia necessaria affinché l’Universo fosse stabile, non ci fosse Big Crunch o espansione infinita. Nei modelli cosmologici ΛCDM è possibile descrivere l’Universo con una serie di parametri per spiegarne la geometria. Osservazioni del Fondo Cosmico a Microonde hanno provato che la densità dell’Universo è esattamente identica alla Densità Critica di Friedman, ovvero l’Universo è privo di curvatura (segue quindi la geometria Euclidea). Tramite considerazioni di diversa origine (sia modelli teorici sul Big Bang che osservazioni cosmologiche) è possibile assegnare dei valori ai vari parametri.

Oltre alle osservazioni del CMB, un altro tipo di osservazioni si è rivelato fondamentale per comprendere la dinamica dell’Universo, e ha contribuito a stabilire i parametri di vari modelli cosmologici: queste osservazioni sono quelle effettuate sulle Suprnovae di tipo Ia, svolte in parallelo dai gruppi del Supernova Cosmology Project, organizzato da Saul Perlmutter nel Berkley National Laboratory, e l’High-z Supernova Search Team, formato da  Brian P. Schmidt e da  Nicholas B. Suntzeff, che si sono suddivisi il premio Nobel quest’anno.

Le Supernovae sono esplosioni che avvengono nella fase finale della vita di alcune stelle, e vengono chiamate di tipo Ia le esplosioni di un tipo molto particolare di stelle, le così dette “nane bianche“. Le nane bianche sono stelle che hanno cessato il processo di fusione nucleare ma, quando composte di ossigeno e carbonio possono raggiungere temperature sufficientemente alte da reinnescare un processo di fusione, in particolare la fusione del carbonio, che rilascia una quantità di energia altissima in breve tempo, innescando un processo di Supernova.

La caratteristica più interessante di queste stelle (perché estremamente rara nei processi stellari) è che tutte le Supernovae di tipo Ia rilasciano approssimativamente la stessa quantità di energia. Questa è una considerazione importantissima, perché molto spesso quando si osservano processi astronomici di questo tipo non si sa mai se l’esplosione appare molto luminosa perché è vicina a noi o perché è estremamente più potente della norma.

Con le Supernovae Ia, sappiamo che quando sono vicine a noi appariranno più luminose, mentre quando sono lontane appariranno più flebili. Questa caratteristica (che vi ha fatto associare il nome di “candele standard“) ha permesso ai ricercatori dei due diversi gruppi di ricerca di osservare un gran numero di Supernovae e di studiarne la distanza. Tramite questa osservazione hanno potuto raggiungere la conclusione che l’Universo non è soltanto in espansione, ma questa espansione sta accelerando!

Come è ovvio un risultato di questo tipo ha messo sottosopra i modelli cosmologici finora presi in considerazione. Tanto è vero che entrambi i gruppi che oggi possono sfoggiare la medagliona del Nobel hanno passato anni a valutare i possibili errori nella loro analisi (proprio come fanno in questo periodo i ricercatori di Opera), per cercare di ritrovare un risultato in cui l’Universo si comporti bene e non acceleri. Alla fine si sono convinti, e hanno convinto tutta la comunità scientifica, che le loro osservazioni erano corrette, e che l’Universo è in espansione e accelera la propria espansione.

Cosa vuol dire questo? Beh, nel modello cosmologico che comprende la Costante Cosmologica, vuol dire che il valore di tale costante è approssimativamente 0.7, ovvero che circa il 70% del nostro Universo è formato di una “sostanza” sconosciuta chiamata Dark Energy (o Energia Oscura), che permea lo spazio e spinge la materia ad allontanarsi, contrariamente a quanto fa la forza di gravità.

Cos’è quindi questa Dark Energy? Non lo sa nessuno. Anzi, non è che soltanto non lo sa nessuno, ma nessuno ne ha proprio la più pallida idea. È al momento il più grande mistero della fisica moderna. Ricordo che la Dark Energy non ha nulla a che vedere con la Dark Matter, o Materia Oscura, se non condividerne parte del nome, giusto come dimostrazione della talvolta scarsa fantasia dei fisici. La Materia Oscura è una componente dell’Universo che è attualmente sconosciuta, ovvero non si sa esattamente di cosa sia composta, ma se ne conosce la natura. Si sa infatti che si tratta di materia, ovvero ha una massa, infatti è in grado di “sentire” e influenzare la forza gravitazionale.

Al contrario l’Energia Oscura è un’essenza, è qualcosa di cui ignoriamo totalmente la natura. Si può pensarla come una sorta di energia del vuoto, che permea lo spazio e vi agisce. L’Energia Oscura, fondamentalmente è un altro nome per la Costante Cosmologica, ovvero un termine nell’equazione dinamica dell’Universo che agisce in contrasto alla gravità. Neanche a farlo apposta, solo pochi giorni dopo l’assegnazione del Nobel per la Fisica, un altro evento ha celebrato la cosmologia moderna.

L’Agenzia Spaziale Europea, ESA, ha annunciato di aver accettato la missione EUCLID, un satellite che osserverà l’Universo, fotografando un gran numero di galassie a diverse lunghezze d’onda, per svelare la natura dell’Energia Oscura e della Materia Oscura. Certo, dovremo essere pazienti, perché il lancio previsto è per il 2019, ma la posta in gioco vale l’attesa.

L’Energia Oscura, però, non è l’unica spiegazione possibile per giustificare le osservazioni del CMB e delle Supernovae Ia. In alcuni casi si parla di Quintessenza, una sorta di quinta forza fondamentale che spinge la materia ad allontanarsi. Altri modelli, come il Multiverse, propongono spiegazioni ancora più fantasiose.

Qualsiasi sia la spiegazione finale che raggiungeremo, la scoperta fatta da Perlmutter, Schmidt e Suntzeff rappresenta un traguardo fondamentale per la nostra comprensione dell’Universo, e apre le porte ad un futuro pieno di nuove scoperte.

Una dettagliata motivazione sull’assegnazione del premio Nobel per la Fisica 2011, può essere trovata a questo indirizzo.

27 Commenti »

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  • # 1
    Andrea Del Bene
     scrive: 

    Si potrebbe dire ironicamente che il minimo che poteva nascere da un errore di Enstein era un Nobel :)

  • # 2
    Xander86
     scrive: 

    Affascinante :)

  • # 3
    Lorenzo
     scrive: 

    @ Eleonora. Bel lavoro. Solo un commentino (pignoleria, spero mi perdonerai). Se uno la chiama energia oscura sembra una roba mostruosa. Ad oggi, la spiegazione via costante cosmologica e’ la piu’ accurata, a quanto ne capisco. Il termine di costante cosmologica e’ una variazione minima nella relativita’ generale, e non ha nessun tipo di difficolta’ interpretativa: e’ un termine di autointerazione per la gravitazione, sempre “acceso”, presente anche nel “vuoto”. Il problema della costante cosmologica, semmai, e’ il suo valore, che non e’ determinato secondo regole note. Non e’ una questione di “nessuno sa cos’e'”. E’ una questione piu’ sottile, e cioe’ che se uno si fa un conticino per vedere come questo termine puo’ essere calcolato, ci sono solo due opzioni: a) 0 (che era il valore di moda prima delle SN: il Nobel e’ stato dato piu’ per aver cambiato lo status quo teorico che quello sperimentale/osservativo, credo) b) Scala di Planck o generica scala di energia di fisica delle particelle, che pero’ renderebbero l’universo troppo curvo per poter ospitare vita (da cui le vicissitudini del principio antropico). La sorpresa estrema e’ che la costante cosmologica e’ piccolissima ma non zero. I modelli di cosiddetta “dark energy” pretendono di spiegare il valore del contributo alla densita’ di energia in modo dinamico, ma il prezzo da pagare e’ sempre abbastanza altino (legge di conservazione dei problemi in assenza di una buona idea).

  • # 4
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    Lorenzo,
    grazie dell’appunto.
    Probabilmente la differenza tra i nostri due punti di vista (se si può dire differenza) è che io vedo la cosa da un aspetto più sperimentale: se l’Universo si espande e, anzi, accelera nella sua espansione, ci deve essere qualcosa di fisico che immette energia nel sistema(giusto?). A livello di descrizione teorica, questo qualcosa è la costante cosmologica, che è perfettamente interpretabile da un punto di vista della relatività generale, ma non è così facilmente interpretabile (credo) a livello sperimentale. È vero che può essere una sorta di energia del vuoto, ma può anche essere descritto diversamente, avere un’altra natura fisica. Dicendo che non sappiamo cos’è intendo dire che non ne conosciamo la natura fisica, anche se ne conosciamo l’effetto finale. Ha senso? Inoltre la definizione di “piccolissima ma non zero” è un po’ personale: il valore intuito da osservazioni sul CMB, nell’ipotesi di un modello LambdaCDM, è 0.7. È un valore piccolissimo? (battutaccia: lo è confronto ai valori ottenuti giocando con la teoria delle stringhe…)

    :-)

  • # 5
    Marco Merletti
     scrive: 

    Complimenti! Non ne so praticamente niente di fisica e/o astronomia, ma questo articolo m’è un piacere da leggere!
    Brava!

  • # 6
    Andrea
     scrive: 

    Argomento interessantissimo!
    Grazie per la condivisione con noi poveri mortali ;-)

    Ciao!
    Andrea

  • # 7
    sireangelus
     scrive: 

    la risposta sta nello spiegare l’inerzia.. quando i fisici riusciranno a spiegare i meccanismi alla base dell’inerzia e del principio di indeterminazione di Heisenberg, che sono gli stessi, avranno più o meno capito perché l’universo si comporta in questo modo…

  • # 8
    Dio Dell'Universo
     scrive: 

    Così descritto l’universo quindi non è un ammasso discreto di pianeti stelle galassie masse ed energie, è più invece una specie di fluido che come tale è incomprimibile e che quindi tiene i pianeti alla loro distanza è in più, quando esplodono le supernove, se non sbaglio, si crea nuova massa ed energia che naturalmente si aggiunge a quella che c’è già e quindi la “espande”…. dall’altro vo sarebbero i buchi neri che assorbono materia ed energia formando dei giganteschi gorghi spaziali come fa appunto un gorgo in un fiume.

    Il Big Bang è stato un pò come un sasso in uno stagno … anzi più come una mina di profondità… che esplodendo fa espandere l’acqua attorno e la fa saltare letteralmente nel vuoto ….

    Il punto è che comunque sia l’equilibrio in un tempo probabilmente arriverà e coinciderà con l’esaurimento dell’energia o meglio con la massima espansione dell’universo fluido, e allora inizierà probabilmente l’espansione discreta e allora forse rivedremo apparire l’antimateria come barriera tra i vari pezzi di universo che li renderà reciprocamente isolati ed irraggiungibili proprio e chi sà magari il prossimo universo sarà formato da antimateria.

    boooooooooo comunque è interessante e divertente vedere che alla fine anche Einstain si arrampicava sugli specchi pur di ottenere un riconoscimento ecc…. l’importante è riconoscere i propri errori e avere la dignità di accettare la Reale realtà anche se questo può ferire il nostro religioso convincimento dell’esistenza di fantomatici equilibri che unirebbero indissolubilmente la scienza con la coscienza.
    Dico questo perché da quello che so mi pare che Einestain cercasse di
    far combaciare la sua idea di Dio con la realtà dell’Universo… e questo lo ha portato palesemente fuori strada…

    Certo che un universo in continua espansione sarà sempre più freddo e alla fine l’energia sarà così rarefatta che non riuscirà più neanche ad interagire con la materia… e questa sarà la morte del nostro universo….. e per chi crede all’esistenza di un Dio non può pensare che egli abbia destinato una tale fine ad una sua creatura…. Ma forse anche Dio è una creatura dell’universo… e quindi morirà con lui…… quindi non sarebbe affatto un creatore, ma piuttosto un elemento modificatore della realtà … che però è parte integrante dello stesso universo, come infondo lo siamo noi nella terra… e questo suona come una bestemmia … sopratutto ber la religione ebraica…

    Bhe cavolo la religione e la filosofia religiosa sono davvero deleterie … menomale che non tutti, almeno in testa, hanno lo stesso Dio!

    Amen!

  • # 9
    Falafel
     scrive: 

    Perchè dovrebbe essere un problema la presenza di Dio creatore?
    Qualcuno avrà fatto partire il tutto.

    Poi come ti spiegi chi ha generato il big bang, e chi a sua volta lo ha generato e così via.

    Non abbiamo le capacità per spiegarcelo.
    Se non abbiamo le capacità esiste qualcosa che è superiore a noi.
    Qualcosa per cui non vale e= mc^2 qualcosa che si è create dal nulla.
    Se non vuoi chiamarlo Dio chiamalo come vuoi ma sempre quello rimane.

  • # 10
    Dio Dell'Universo
     scrive: 

    Vedi caro Falafel

    Potrebbe essere che il Dio che noi crediamo al disopra di tutto non esista, mentre è più probabile dell’origine dell’universo il responsabile sia un caso molto particolare d’equilibrio inverso, ovvero assunto come equilibrio stabile la posizione di minor energia assoluta, l’equilibrio inverso è da definirsi come posizione in cui esiste la massima energia potenziale ma il movimento è nullo.

    Cosa centra questo con Dio?… nulla appunto!

    Siamo noi, da sempre, a voler per forza chiamare in causa gli Dei!

    Einstein ha osato troppo nel pretendere che il “nostro” universo fosse in equilibrio e non solo in senso energetico, ma anche in linea con la la sua coscienza filosofica e religiosa!
    Al contrario, nulla è in equilibrio, Tutto finirà e quando arriverà il tanto agognato equilibrio energetico, l’universo sarà a Zero, ovvero, morto! E con lui tutto, pure qualsiasi massa o energia riconducibile all’idea che abbiamo di Dio!

    Ora non voglio stare qua a parlare troppo di come dal nulla sia potuto arrivare il tutto, ma voglio solo dire che una mia personale ipotesi che chiama in causa la stessa energia che garantisce l’equilibrio, essa può essere o massima o nulla, mentre nelle forme intermedie l’equilibrio è precario.
    Il Big Bang non sarebbe mai avvenuto se proprio tal equilibrio non si fosse mai spezzato! Alla fine Tutto tornerà nell’equilibro del Nulla, dove potrà nuovamente riaccadere o no un nuovo, magari diverso, BigBang.
    Tutto sta nel capire quali sarebbero mai queste due condizioni d’equilibrio e disequilibrio. E comunque se potessero pure coesistere all’infinito senza produrre più niente se non altro equilibrio?!… allora addio big beng addio a Dio!

    Comunque se pensiamo ad un infinito equilibrio ad energia totale nulla, allora potrebbe essere facile credere che anche una minima infinitesimale variazione, proprio in virtù dell’infinito e indefinito equilibrio si possa verificare un’infinita energia che culminerà in un’esplosione. Questa, espandendosi nuovamente all’infinito, si riporterà in posizione di energia zero, o meglio, la materia e l’energia saranno talmente lontane che non sarà più possibile alcuna interazione… probabilmente l’energia sarà talmente flebile che pure la massa si disgregherà; l’energia che sarà sempre più esigua e prossima allo zero; non potrà più neanche tenere assieme gli atomi … poi pure gli atomi si disferanno e la loro energia si perderà in un unico enorme ZERO cosmico!

    Ecco che ritorniamo al punto dell’equilibrio assoluto infinito ed indefinito e allora, in un qualsiasi punto a caso, basterà anche un solo infinitesimo di differenza di massa o energia ecc… per far partire nuovamente il processo per un nuovo accumulo per un nuovo e/o diverso big bang, magari multiplo…

    La questione reale è però questa, se l’universo si espande all’infinito raffreddandosi sempre di più, alla fine possiamo suppore che tenderà alla morte? Nulla sarà più come lo vediamo oggi!… e … e qua mi fermo! Tanto so che nessuno ha capito, o meglio, che tutti mi daranno, non a torto, dell’ignorante pazzo visionario e addirittura mentecatto…

    Amen!

  • # 11
    Falafel
     scrive: 

    Ora non voglio stare qua a parlare troppo di come dal nulla sia potuto arrivare il tutto…

    comodo…
    è proprio lì il punto!!!!
    Perché dici dal nulla?
    Come si fa dal nulla a generare tutto?
    E il nulla dov’era?

    Spiegare i “SEMPLICI” fenomeni fisici è nella nostra piccola mente.
    Non abbiamo abbastanza informazioni per capire.

    Questo secondo me ci impedisce di capire la presenza di Dio.
    Di ostinarci da una parte o dall’altra.

    Probabilmente si vive meglio senza pensarci troppo e credere che un giorno capiremo la verità.

  • # 12
    brix
     scrive: 

    Descritta così “l’Energia Oscura è un’essenza, è qualcosa di cui ignoriamo totalmente la natura. Si può pensarla come una sorta di energia del vuoto, che permea lo spazio e vi agisce.” sembra proprio la Forza come la descrive Yoda in guerre stellari!

    Complimenti Eleonora per gli articoli, sei un’eccellente divulgatrice.

  • # 13
    tarrion
     scrive: 

    Per favore, potreste evitare i discorsi da zichichi tra i commenti di un articolo scientifico? C’è gente che sta cercando di seguire il filo logico della questione…

  • # 14
    banryu
     scrive: 

    Eleonora grazie per questo ennesimo articolo molto interessante.
    E grazie anche all’utente Lorenzo, di solito trovo i suoi commenti molto interessanti e di ottimo complemento agli articoli.
    E grazie anche a Dio Dell’Universo, non ho capito molto di quello che hai detto, però è stato molto divertente :D

  • # 15
    Douglas
     scrive: 

    Grazie a tutti Voi per cercare di spiegare a tutti Noi il tutto con la Scienza !! …ma grazie a chi per spiegare a tutti quanti il tutto con la Co-Scienza ??

  • # 16
    Lorenzo
     scrive: 

    @ Eleonora. Il problema sta nella formulazione della conservazione dell’energia. In relatività speciale e generale ha una formulazione ben precisa che ti dice che la cosa che descrive il contenuto di energia della materia ha una certa proprietà, che, quando viene scritta nei termini a cui siamo abituati, ti dice che l’energia si conserva. La costante cosmologica appare in un certo termine gravitazionale (non viene dalla materia!) che soddisfa sempre la condizione di conservazione, se la costante è davvero costante. L’effetto della diluizione con l’espansione, per l’energia di un fluido, dipende dall’equazione di stato (ossia dalla relazione tra energia e pressione, perchè in gravità pure la pressione gravita). Se insistiamo a vedere la costante cosmologica come un fluido, questo fluido ha una equazione di stato tale per cui la densità di energia non subisce diluizione. Questo non significa che viene pompata energia dall’esterno. L’energia è sempre conservata. Nota che le soluzioni delle equazioni di Einstein con costante cosmologica e senza materia, le cosiddette soluzioni di De Sitter, in un certo senso sono in eterna espansione, ma, da un punto di vista geometrico (della geometria in 4D), sono, con lo spaziotempo piatto di Minkowski (e Anti de Sitter che lasciamo da parte) soluzioni “massimalmente” simmetriche, ossia tutti i punti di questi spazitempo sono assolutamente equivalenti, non esistono direzioni privilegiate. de Sitter è uno spaziotempo in eterna espansione, ma senza che questo implichi che energia viene introdotta da un ipotetico ambiente esterno. Dal punto di vista della costante cosmologica come un fluido questo è un rompicapo, ma se cambi punto di vista e pensi che questo in realtà è un termine di interazione per la gravità, allora vedi che tutto quello che sta succedendo è che la gravità interagisce con se stessa, rispettando tutte le regole del gioco, inclusa la conservazione dell’energia, e ti produce una struttura geometrica che, per noi osservatori, è uno spaziotempo in espansione esponenziale. La profonda differenza tra gravità ed elettromagnetismo è che l’elettromagnetismo, senza correnti, è non interagente (ok, a bassissima energia ecc ecc. ma ci siamo capiti). Se togli le sorgenti dalle equazioni di maxwell (ovvero cariche e correnti), la teoria diventa una teoria libera, dove i fotoni non interagiscono. I gravitoni, invece, devono interagire tra di loro, anche se non c’è materia in giro. Il buco nero di Schwarzschild, ad esempio, è un buco nero dove non c’è materia da nessuna parte (ma c’è una singolarità). E’ una soluzione di vuoto, ma non è piatto, perchè il gravitone è capace di interagire con se stesso (la gravità gravita!).
    La piccolezza della costante cosmologica ovviamente non è data dal paragone con la densità attuale delle altre componenti. Nota che questa diventa piccola automaticamente perchè, la materia ordinaria possiede un’equazione di stato che ti dice che se lo spaziotempo si stira, la materia si diluisce in un modo opportuno, dato dalla conservazione dell’energia, appunto. Nell’universo primordiale, la costante cosmologica è assolutamente trascurabile, anzi, diventa rilevante solo recentemente (in termini di scale cosmologiche): vedi il problema della coincidenza.
    Il problema è che se uno si fa un conticino di “energia del vuoto”, cioè quanto pesano le fluttuazioni quantistiche di vuoto, il numero che viene fuori o è zero (con supersimmetria, tutti i contributi si cancellano) oppure una scala di alta energia (100 GeV, 1TeV, 10^16 GeV, 10^19 GeV), che associ a dei fenomeni caratteristici (spiegazione fumosa per il cutoff, chiedo perdono). Queste sono scale “naturali”, legate alla fisica che conosciamo. Ora, se fosse una a caso di queste scale, l’universo entrerebbe in una fase di de Sitter in al più 1/(100 GeV), ossia in meno di 10^(-25) secondi (l’espansione è esponenziale: funziona esattamente come l’inflazione, e la costante cosmologica vi dice quanto è il tasso di inflazione, più è grande, più veloce è l’aumento esponenziale). La fase di de Sitter, come detto, è omogenea ed isotropa, tutte le anisotropie sono perfettamente stirate: non si formano galassie, stelle, pianeti o la vita. La costante cosmologica osservata, non è zero, e non è una scala di high energy ovvia, ma è traducibile in una scala di energie di 10^(-2) eV (si possono fare diverse associazioni con altre scale di energia, a seconda delle assunzioni sull’origine del termine cosmologico, ma la sostanza non cambia), che, a parte nel caso della massa dei neutrini (ma non facciamoci prendere dal panico, poveri neutrini, hanno già tanti grattacapi), sostanzialmente non ha posto nella fisica nota. In termini assoluti, tra la costante cosmologica osservata e quella Planckiana (naturale, dal punto di vista teorico) c’è un fattore di 10^(-120). La piccolezza della costante cosmologica sta in questo numero. Da un punto di vista sperimentale-osservativo, non c’è alcun problema, è una costante della natura ed ha un certo valore. Amen. Ma dal punto di vista dei rapporti con il resto della fisica che conosciamo, è un disastro. Ripeto, questo è un nostro problema, la natura va avanti lo stesso anche se non segue i nostri pregiudizi. Anzi, guai se lo facesse, noi non esisteremmo neppure. Questo è, in nuce, il problema della costante cosmologica, già noto prima delle supernovae, ma certamente amplificato dalla misura più o meno diretta.

  • # 17
    ILFUGHI
     scrive: 

    pur non capendone molto seguo sempre con interesse la rubrica di Eleonora. Tuttavia da profano mi chiedo: se il 70% dell’universo è composto da antigravità o qualcosa di simile, l’universo dovrebbe essere frammentato come il mio hard disk, non tutto sommato abbastanza omogeneo.

  • # 18
    Daniel San
     scrive: 

    @ felafel e Dio dell’universo

    Purtroppo è un caso in cui avete ragione entrambi finchè non si riuscirà a spiegarlo, ossia ad avere una quasi totale comprensione del tutto (cmq è 42:P ).

    Non conosco quasi per nulla la fisica, la matematica e la cosmologia (a questi livelli), so solo che, ad una prima occhiata pur estremamente semplicistica, l’infinitamente grande e l’infinitamente piccolo mi paiono quasi uguali.
    Il pochissimo che ho appreso nei vari documentari e su internet mi sembra che portino a dire che grosso modo, ed è una mia opinione, la struttura atomica e quella dei sistemi solari coincidano abbastanza in temnini di funzionamento, nel senso che i sistemi solari sembrano come degli atomi (i vari soli fanno da nucleo e i pianeti da elettroni).

    Magari mi sbaglio, ma anche se c’è sempre una possibilità su infinito che sia tutto dovuto al caso, mi sembra che la ripetibilità degli schemi faccia sì che dietro a tutto ci sia un disegno, un progetto. Da qui a parlare di un qualunque dio o dei nella concezione religiosa mi sembra una cavolata pazzesca. che invice ci sia qualcosa o qualcuno che faccia…è possibile, e forse un giorno verso l’infinito, riusciremo a comprendere la cosa.

  • # 19
    Davide Rao
     scrive: 

    Non sono un astrologo ma ho letto con attenzione l’articolo. Ma l’energia oscura non protebbe essere la costante cosmologica di Einstein con un valore che la renda repulsiva ? Vabbe … vedo che gli astrologi sono len pallone tanto quanto lo sono io ;-)

  • # 20
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    astrologi?! 0_o

  • # 21
    Davide Rao
     scrive: 

    @ Eleonora Credevo fossero accettate tutte e die le forme del plurale.

    Ho pensato un pochino a sta cosa e ho messo giu’ la mia personale teoria:
    Energina necessarie per portare un oggetto di massa m a una distanza r da un oggetto di massa M sotto lazione della gravita’ reciproca delle due masse:

    int GmM/r^2 dr = [-GmM/r]

    dove G e la costante universale di gravita’

    Ora facciamo alcune assunzioni per applicare questa formula all’universo:
    1.la massa dell’universo sia pari a M
    2.il raggio iniziale dell’universo, immediatamente prima del Big Bang, sia stato piccolo ma non nullo e pari a R
    3.il centro di massa dell’universo rimane nella medesima posizione nel tempo e coincide con il centro di massa dell’aggregato al momento iommediatamente prima del Big Bang
    4.(derivante dal principio di sovrapposizione degli effetti + supposizione 3): ogni massa m presente nell’universo e soggetta alla forza di gravira esercitata dal centro di massa dell’universo stesso

    Tenendo a mente queste affermazioni possiamo calcolare l’energina necessaria a portare tutta la massa dell’universo a una distanza infinita rispetto al centro di massa dell universo stesso. Usando lintegra di sopra definito tra R e infinito abbiamo

    [ -GM^2/r ] = 0 + GM^2/R

    Questo vuol dire che l’energia necessaria affinche luniverso sia in espanzione perpetua e’ finita ed ha un valore definito. Ora se l’energina cinetica impressa alla massa dell’universo dal Big Bang e magguore o uguale a questa quantita avremmo che l’universo e’ in espanzione perpetua. Se viceversa l’energia cinetica impressa dal Big Band e’ minore di questa avremmo che con il tempo la gravita dell’universo stesso richiamera tutta la massa al punto iniziale dove e’ avvenuto il big bang molto probabilmente ricreando nuovamente un altro Big Bang e cosi’ entrando in un loop infinito.

    Ora il fatto che gli astrologhi hanno dimostrato che le velocita relative degli oggetti presenti nell’universo sia in accelerazione denota che l’universo e’ ancora in fase di espansione ma non vuol dire ne che rimarra’ in espansione perpetua ne che implodera sotto la sua stessa gravita. Per trovare risposta a quasta domanda misognerebbe trovare alcune cose:
    l’energia cinetica dell’universo immediatamente dopo il Big Bang
    la massa dell’universo
    il raggio dell’agglomerato immediatamente prima del Big Bang
    escludere eventuali altri modelli dell’universo

  • # 22
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    Quello che volevo dire è che gli astrologi o astrologhi o quello che vuoi sono quelli che ti fanno l’oroscopo e ben poco hanno da dire su modelli scientifici

  • # 23
    Davide Rao
     scrive: 

    Giusto … volevo dire astronomi ;-)

    Scusa ancora un osservazione: di recente non e’ stato scoperto che la velocita’ della luce non e’ terminale in quanto hanno fatto viaggiare dei neutrini + velocemente della luce ? Non era proprio questa la smentita piu’ clamorosa alle teorie di Einstein ?

    Questa cosa ha messo scompiglio nella teoria della relativita’.

    Vi mostoro un effetto di questa cosa che evidenzia un errore nella teoria della trelativita':

    E’ stato dimostrato che i neutrini viaggiano + veloci della luce, non importa quanto + veloci ma supponiamo di aver misurato la loro velocita in v.

    Ora supponiamo di avere un osservatore che si muove nella stessa direzione dei neutrini ma a velocita sub luce V pari a C/v (in modo che vV=C)
    ora applicando la relativita’ alla cinematica Newtoniana classica abbiamo che l’osservatore vedremme i neutrini viaggiare a velocita W

    W = v – V / 1 – (vV/C^2)

    Ma abbiamo che v – V > 1
    e vV/C^1 = 1
    quindi al nominatore qualcosa maggiore di zero e a demonimanore una cosa uguale a zero. Praticamente viene fuori che W e infinita. Questo chiaramente non e’ possibbile dimostrando che ci sono delle cose da rivedere nella teoria della relaticita’.

  • # 24
    Cesare Di Mauro
     scrive: 

    Veramente non è stato ancora dimostrato. :)

    E’ in fase di discussione, e seguiranno altri esperimenti dello stesso tipo, come avviene in questi casi.

    Anzi, Eleonora ha anche scritto un articolo in proposito, e mi sembra che sia abbastanza scettica sui risultati, ipotizzando la presenza di qualche errore sul modello statistico utilizzato. Il tutto se non ricordo male, eh!

  • # 25
    Davide Rao
     scrive: 

    @Cesare
    Ok rimane comunque vero che se fosse vero avremmo da rivedere alcune cose sulla relativita’ in quanto l’assurdo rimarrebbe !

  • # 26
    Alessandro
     scrive: 

    @Davide Rao,

    riguardo ai neutrini si è già smentito da tempo che la velocità dei neutrini fosse maggiore di quella della luce (i vostri commenti sono di 2 anni fa), ma mi andrebbe di fare una precisazione riguardo la relatività speciale.

    La relatività speciale prende in considerazione che la velocità della luce è la stessa per ogni osservatore. E’ necessario quindi un cambiamento nella composizione delle velocità, dunque se un osservatore vede 2 corpi viaggiare alla velocità di 75% di c rispetto a lui in direzioni opposte, non è vero che i due corpi si allontanano fra di loro alla velocità di 150% di c. Invece, la composizione delle due velocità si esegue in questo modo (u e v sono le velocità da sommare, mentre c è la velocità della luce nel vuoto):

    ( u + v ) / ( 1 + uv / c^2 )
    —-> ( 0.75c + 0.75c ) / ( 1 + 0.75c * 0.75c / c^2 )
    —-> 1.5c / ( 1 + 0.5625c^2 / c^2 )
    —-> 1.5c / ( 1 + 0.5625 )
    —-> 1.5c / 1.5625
    —-> 0.96c

    Quindi, i due corpi fra loro si allontanano alla velocità di 96% di c! Adesso facciamo un esempio componendo le velocità di due fotoni che viaggiano alla velocità di c:

    ( c + c ) / ( 1 + c * c / c^2 )
    —-> 2c / ( 1 + c^2 / c^2 )
    —-> 2c / ( 1 + 1 )
    —-> 2c / 2
    —-> c

    Il risultato è che la luce si muove alla stessa velocità rispetto a qualsiasi corpo, anche rispetto alla luce stessa!

  • # 27
    GIANNI
     scrive: 

    Scusate, brava gente, sono quaggiù, in basso, mi vedete? Mi sentite? Ho un quesito per voi cervelloni: “Come mai, con tutta la vostra intelligenza, non siete ancora riusciti a trovare la giusta formula per far vivere in pace tutti gli uomini della terra e a far sì che nessuno muoia di fame?” Io ho la risposta a questo quesito. chi vuol conoscerla, può chiedermela. Ciao a tutti. Mi ritiro per non contagiarvi la mia ignoranza.

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