di  -  lunedì 1 febbraio 2010

Molti di voi, in questi giorni, staranno passando il proprio tempo libero giocando a Mass Effect 2 (a parte chi, come me, sta ancora finendo Dragon Age Origins…).

In questo nuovo videogame della Bioware, viene introdotto un concetto che ha fatto suscitare l’interesse di scienziati e fisici, se non altro per la curiosità di vedere come la fantascienza se la cava a spiegare un concetto che rimane, per la scienza, ancora molto incognito. Come al solito in occasioni del genere, la fantascienza se la cava molto bene.

In Mass Effect 2 è infatti possibile controllare un’essenza chiamata Energia Oscura. Cercherò di fare un’introduzione di questo concetto nel gioco, ma non me ne vogliate se non sono precisa nella descrizione del gioco, come dicevo non l’ho provato. In ogni caso l’idea è che nel mondo di Mass Effect l’energia oscura rappresenta una quinta forza fondamentale dell’Universo (si va quindi ad aggiungere alle quattro forze fondamentali forza nucleare forte e debole, forza elettromagnetica e forza gravitazionale). Rappresenta una specie di via di mezzo della forza elettromagnetica e gravitazionale, agendo sulla materia sia a livello cosmologico che subatomico. L’energia oscura sarebbe esclusivamente repulsiva e quindi sarebbe la responsabile dell’espansione in accelerazione dell’Universo (da cui si intuisce la componente “gravitazionale” dell’energia oscura).

L’energia oscura ha però anche una componente elettromagnetica. Infatti in Mass Effect 2 esiste un materiale, chiamato “element zero” che ha la proprietà di emettere energia oscura se sottoposto ad un campo elettromagnetico. Come nel primo episodio, l’energia oscura induce un “mass effect” che consiste nel modificare la massa relativa dei corpi presenti entro il suo campo di azione. Un tipo particolare di esseri viventi del mondo di Mass Effect, viene chiamato “biotics“. Questi esseri, umani o non umani che siano, hanno il potere di controllare l’energia oscura attravero i campi elettromagnetici creati dal proprio sistema nervoso, utilizzandola per proteggersi, attaccare, o addirittura creare dei piccoli vortici gravitazionali (buchi neri? mah…).

Ebbene, c’è un fondamento scientifico un tutto questo mondo creato da Mass Effect 2? La risposta semplice è:  no.

Però, ci si può divertire a pensarci su. L’astrofisica Tamara Davis, dell’università del Queensland in Australia, dichiara che tutto sommato la descrizione di Mass Effect non offende gli scienziati, perché si sa così poco dell’energia oscura, che c’è molto spazio per la fantascienza per spiegare l’inspiegabile. Inoltre l’astrofisico Sean Carrol, dell’università della Californa, pensa che sia tutto sommato positivo introdurre un concetto così complesso in un videogame, perché così la gente si abitua a sentire parlare di queste cose, e magari gli può venire la curiosità di approfondire l’argomento.

Vediamo quindi qual è l’aspetto scientifico dell’energia oscura, e che cosa si sa.

Innanzi tutto notiamo come in realtà, non si sappia molto, anzi, non si sa quasi nulla. Il tutto parte da tre idee che l’uomo deve in qualche modo giustificare, perché fa fatica a vivere senza. 1) L’Universo ha un inizio, 2) L’Universo si espande e 3) La massa/energia presente nell’Universo non è in grado di giustificare questa espansione.

Che l’Universo abbia un’inizio lo si deduce dal fatto che non siamo in grado di concepire qualcosa che esista dall’eternità. Inoltre osservazioni ci fanno conoscere la storia dell’Universo a partire da qualche secondo dopo dal Big Bang. Questo fa intuire, con una sorta di “reverse engineering” , che l’Universo si sia generato con un’enorme esplosione in un deteminato momento nel tempo (che si definisce t=0). A questo punto, come nel caso di una carica di dinamite che esplode, si osserva come la materia venga emessa radialmente attorno al punto dell’esplosione, espandendosi.

La principale differenza tra il Big Bang e una carica di dinamite sono le masse in gioco: l’Universo ha una massa di circa 10^(23) masse solari, ovvero è 1 seguito da 23 zeri volte la massa del nostro Sole. Questo fa si che la forza gravitazionale non sia trascurabile, come invece è nel caso della dinamite. Si capisce quindi che subito dopo il Big Bang erano in azione due forze inverse: da un lato l’esplosione spinge la massa ad espandersi, dall’altro la forza gravitazionale spinge per la contrazione.

Il rapporto tra queste due forze è quindi legato strettamente alla quantità di massa presente nell’Universo. Ci sono 3 possibili destini per l’Universo: 1) Vince la gravità, e dopo un periodo di espansione l’Universo torna a contrarsi andando incontro ad un Big Crunch, 2) Vince l’esplosione, per cui l’Universo si espande per sempre e 3) si ha un equilibrio tra le due forze.

Qual è la verità? Nessuna di queste. Osservazioni, come quella per esempio del fondo cosmico a microonde (vedi per esempio questo post), mostrano che per diversi milioni di anni l’Universo si è comportato come se fosse piatto, ovvero nell’ipotesi 3 di un Universo in equilbrio.

Ad un certo punto, però, succede qualcosa di strano e inspiegabile: le Galassie cominciano ad allontanarsi l’una dall’altra, come se una sconosciuta forza repulsva le spingesse via. Perché accade questo? Non si sa.

Si sa che la ragione non è dovuta a cause gravitazionali o elettromagnetiche, e si esclude qualsiasi causa spiegabile con le nostre conoscenze dell’Universo. Poiché è stata misurata la massa totale dell’Universo, includendo anche la massa invisibile, chiamata Materia Oscura, si suppone che questa forza non sia legata a nessuna massa, per questo si utilizza il termine Energia Oscura, per sottolineare la sua natura sconosciuta e non legata alla massa.

L’approccio scientifico ci impone di cominciare dalle osservazioni per capire come spiegare questo fenomeno. La prima cosa è capire la velocità relativa di espansione delle Galassie per quantificare questa forza repulsiva. In realtà quest’osservazione è relativamente facile da fare. Se andiamo dall’elettricista e compriamo una lampadina, e la mettiamo in un punto qualsiasi dell’Universo, saremo facilmente in grado di dire a che distanza si trova da noi.

Questo perché conosciamo la quantità di luce emessa dalla lampadina, essendo tra le sue caratteristiche di fabbrica. Esiste un tipo di stelle Supernovae, chiamate Supernovae di Tipo IA, che si comportano così. Hanno cioè una luminosità intrinseca, “di fabbrica”, e quindi osservando la loro luminosità “apparente” dalla Terra possiamo dire in che posizione si trovano e a che velocità stanno viaggiando. Per questa loro caratteristica queste supernovae vengono definite “standard candles”, cioè candele sandard. Il risultato delle osservazioni di queste supernove è estremamente interessante: come mostrato nel grafico qui a fianco i dati concordano estremamente bene con la teoria di un universo “piatto” ma con una “spinta espansionistica” dovuta alla presenza di energia oscura.

Questo si nota particolarmente a distanze più ravvicinate a noi (asse x nel grafico) dove le barre di errore sono molto più piccole. Sembra quindi che l’energia Oscura esista, anche se ancora non si sa spiegarne la natura. Forse ne sapremo di più quando il satellite SNAP verrà lanciato e sarà pronto per racogliere dati…

Nel frattempo possiamo chiederci se queste osservazioni sono compatibili con una visione come quella di Mass Effect. A parte l’osservazione della natura repulsiva dell’energia oscura, non sembrano esserci molte possibilità che Mass effect si avveri. Sebbene l’energia oscura permei l’Universo in ogni suo punto, non ha una forza sufficiente da poter creare gli effetti che si vedono nel videogame (per fortuna!) , ma almeno nei videogiochi, è divertente pensare di avere dei superpoteri!

Fonti: Scientific American, startswithabang

16 Commenti »

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  • # 1
    Nenco
     scrive: 

    Quindi per milioni di anni l’universo aveva smesso di espandersi?
    Non lo sapevo.

  • # 2
    n0v0
     scrive: 

    davvero un articolo accattivante..!

    se posso aggiungere un… “passaggio di precisione”, direi che la differenza con un esplosione di dinamite è anche che la prima avviene NELLO spazio, mentre con il big bang c’ è un esplosione DELLO spazio.

    una curiosità sull’ energia oscura: è (potrebbe essere) la stessa che ha dato il via all’ inflazione, cioè il campo detto inflatone che all’ origine si postula permeasse l’ allora neonato universo?

    Se ricordo bene l’ ottimo libro “la trama del cosmo”, la particolarità di questo campo è che – a differenza degli altri – nel punto di minima energia ha un valore diverso da zero. Cioè il grafico non è “a ciotola”, ma a “scodella per berlingozzo” ;-) con la base rialzata.

    Da questo deriverebbe la sua capacità di “produrre energia dal vuoto”, che aumenterebbe con l’ aumentare del medesimo. Opposto alla gravità, in altre parole.

    Un’ ultima cosa sull’ inizio di tutto: non è paradossale che l’ universo abbia avuto origine da uno stato ad alta entropia per poi evolversi in una situazione molto più ordinata? C’ entrano qualcosa le rotture di simmetria?

    Se ho detto enormità correggete, è un po’ che non metto mano alla materia..

  • # 3
    dynax
     scrive: 

    Ma l’energia oscura sarebbe l’equivalente dell’anti-materia?

  • # 4
    n0v0
     scrive: 

    x dynax

    credo di poterti rispondere…. proprio no!

    L’ antimateria è la materia con il segno meno, diciamo. Ciò che cambia tra una particella e la sua antiparticella sono i numeri quantici (carica elettrica, spin, ecc..). La massa invece resta inalterata.

    L’ energia oscura è una forza. È l’ opposto della gravità: agisce sullla massa ma con una forza repulsiva anziché attrattiva (in gergo si dice che ha “pressione negativa”).

    In definitiva, materia e antimateria rispondono allo stesso modo sia all’ una che all’ altra forza, solo che la gravità attrae, l’ energia oscura respinge.

  • # 5
    n0v0
     scrive: 

    potremmo chiamarla anti-gravità..

  • # 6
    alessiodp
     scrive: 

    materia oscura, energia oscura, pensieri oscuri, video games….
    oggi obama finalmente ha tagliato i fondi alla NASA…
    cosi’ la finiamo di parlare di queste cose oscure….

    le risposte che si cercano dall’astrofisica sono quelle relative al raggiugimento di nuove soglie di velocità nello spazio…
    ossia trovare un modo per fare terra-luna in 1 ora…
    attualmente tutti gli astrofisici menano il can per l’aia…
    un mio amico astrofisico è partito un mese fa per l’antardine….
    …menerà per qualche mese qualche pinguino per l’aia…
    …poi tornerà a roma novello esploratore con nuovi deliri…
    forse era meglio spedirlo all’equatore…

  • # 7
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    @alessiodp
    E cos’è che fai tu di tanto utile per l’umanità, di grazia? A parte dare questi contributi di insetimabile valore sul web, ovviamente….

  • # 8
    n0v0
     scrive: 

    alessiodp, te l’ ho detto mille volte, il fumo a stomaco vuoto fa male!! XD

  • # 9
    alessiodp
     scrive: 

    io coltivo un tendone di splendida uva da tavola…
    e sogno l’energia oscura tutte le notti :) che mi faccia crescere i tralci sani e forti…
    a volte mi dedico alla matematica ma giusto un po’…per tenermi in allenamento…

  • # 10
    alessiodp
     scrive: 

    xnovo

    d’inverno fumo tanto in attesa della ripresa vegetativa…
    ma con l’avvicinarsi della primavera smetto…
    :)

  • # 11
    luigi
     scrive: 

    @alessiodp Mi spiace molto che esista gente come te che è totalmente disinteressata a comprendere ciò che ci circonda e quindi cercare di rispondere alla domanda che da tempi immemori ci poniamo: perché esistiamo? Come si dice, la curiosità è l’anima del progresso. L’uomo ha raggiunto questo grado evolutivo proprio perché e di sua natura curioso. Nel corso degli anni, secoli e millenni ha cercato sempre di spiegare ciò che lo circondava e questo ha prodotto nuove scoperte e quindi è progredito. Se non fosse per quelle persone che tu definisci inutili saremmo ancora a cacciare gli animali con i bastoni.
    Detto questo vorrei precisare che dopo varie ipotesi si è giunti alla conclusione che l’universo è composto di un misero 4% di materia visibile, un 22% di materia oscura e ben il 70% di energia oscura. Queste ultime due sono da tempo studiate e si cercano prove a conferma di tali tesi (per mezzo di acceleratori di particelle in primis). Il giorno in cui si passerà da un ipotesi alla conferma forse riusciremo ad avere una teoria unificata delle forze (elettromagnetica, nucleare forte e debole, gravità) e, si dice, avremmo compreso la mente di Dio. Si ipotizza persino che con tale teoria avremmo tra le mani uno strumento potentissimo che avrà ripercussioni sulla vita reale (potremmo manipolare la materia???). Certo sono ipotesi, ma una 70ina di anni fa da una semplice formula che spiegava la forza nucleare forte (E=mc2)si è riusciti a utilizzare l’energia dell’atomo e produrre la bomba atomica….

  • # 12
    n0v0
     scrive: 

    x luigi

    scusa, ma che c’ entra l’ equivalenza tra massa e energia con la forza forte?

    mi sa che fai un po’ di consufione: la forza forte è quella che tiene uniti i nuclei atomici e ha il gluone come particella mediatrice.

    La bomba atomica è senz’ altro relazionata all’ equazione di Einstein e alla forza DEBOLE, ma non ha nulla a vedere con l’ interazione forte.

    Semmai è la bomba all’ idrogeno a dipendere da quest’ ultima.

  • # 13
    luigi
     scrive: 

    @n0v0

    Hai ragione è stata solo una svista :), la fretta…. Comunque volevo solo rendere l’idea di come, da quelle che possono sembrare teorie astratte, si possono avere grandi invenzioni….

  • # 14
    alessiodp
     scrive: 

    ogni tanto sono di umore negativo

    … gli astrofisici mi stanno un po’ antipatici hanno sempre la capa al cielo aspettando non si comprende bene che cosa…

    …ad ogni modo mi diverto a leggere questi articoli di carattere divulgativo e ancora di piu’ a criticarli…mi perdoni l’autrice per questo, magari questa estate ti invio una cassetta di uva per farmi perdonare…

    ps: evitate di citare la formala di eistein che lega la massa all’energia…è troppo semplice per spiegare la relazione tra gli elementi costitutivi dell’universo ma abbastanza da illudere l’uomo che sia possibile farlo…andrebbe cancellata dai libri di fisica…

  • # 15
    Marco
     scrive: 

    Di solito quando sono in compagnia di altre masse umane mi capita che improvvisamente una forza repulsiva li allontana da me , forse saranno stati i fagioli di ieri sera?O l’energia oscura che è in me?

  • # 16
    n1
     scrive: 

    Fagioli oscuri, energia oscura, forza di repulsione oscura …
    ne potrebbe uscire un buon videogioco!

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