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zemzem
 
 
25 ottobre 2009
Eh? Oh! +_+
 
 
 
 
 
 
 
 
La gravita' sa come ingannarci. Rivela tante proprieta' sorprendenti e controintuitive: nemmeno molti scienziati le conoscono davvero Ma il nostro passato e il nostro futuro dipendono da una serie di bizzarrie che non sono facilmente dimostrabili

 La gravita' e' piena di sorprese. Nel 1638, nel suo ultimo e piu' importante lavoro scientifico - «Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze» - Galileo Galilei rivelo' l'aspetto piu' noto: tutti gli oggetti - indipendentemente da massa, forma e composizione - cadono alla stessa velocita'. Oggi ogni scolaro impara questa legge fondamentale della natura, dato che la gravita' e' la forza che domina l'Universo. Nel corso dei secoli la scoperta di Galileo ha ispirato la legge di gravita' di Newton e ha avuto un ruolo fondamentale nell'elaborazione di quella teoria sulla gravita' che e' nota come la Relativita' generale di Albert Einstein. Ma la gravita' racchiude diverse proprieta' sorprendenti, che ogni studente dovrebbe sapere, anche se non le conosce (e la mia esperienza mi dice che anche la maggior parte degli scienziati non ne e' a conoscenza) Queste proprieta' non possono essere facilmente dimostrate in un'aula di scuola. Eppure la storia dell'Universo - passata e futura - dipende proprio da loro. 1. La gravita' aumenta o riduce il volume dello spazio. Secondo la teoria di Newton, la gravita' funziona allo stesso modo in tutto l'Universo: un oggetto si sposta sotto l'influenza della gravita' e non importa la dimensione, la forma o la composizione. Einstein prese quest'idea e si rese conto che c'era un'interpretazione alternativa: tutti gli oggetti si spostano su percorsi rettilinei, ma la gravita' distorce la forma dello spazio e cosi' l'oggetto stesso sembra accelerare o piegarsi, come se si muovesse lungo uno spazio curvo. La gravita', quindi, e' un'interazione tra la materia e lo spazio, in cui la massa fa curvare lo spazio, e lo spazio curvo altera i percorsi degli oggetti. Einstein ha poi dimostrato che l'effetto si applica a tutte le forme di energia e non solo alla massa. Dato che massa ed energia si muovono di continuo, lo spazio e' curvo e «molle», come una specie di gelatina. Questa si puo' ampliare e ridurre. Ogni volta che qualcuno entra o esce da una stanza lo spazio all'interno viene leggermente cambiato. L'effetto e' troppo ridotto per essere avvertito in un'aula, anche con i mezzi piu' sensibili. Tuttavia e' stato misurato nel cosmo, in cui gli oggetti piu' massicci comprendono le galassie. E' un dato, per esempio, che la concentrazione delle galassie diminuisca nel tempo a causa dell'espansione dello spazio. 2. L'illusione che gli oggetti siano piu' veloci della luce. Ogni studente sa che nulla puo' muoversi piu' velocemente della luce, ma pochi sanno che la gravita' altera questo limite. La regola stabilisce che nulla puo' viaggiare oltre 300 mila km al secondo. Ma - come ho detto - la gravita' puo' spingere lo spazio a espandersi. In questo caso due osservatori «immobili» sembreranno comunque allontanarsi, perche' lo spazio tra loro si allarga. L'aspetto sorprendente e' che non c'e' alcun limite fisico sulla velocita' di questa espansione. Se si allarga con sufficiente rapidita', un fascio di luce inviato da un osservatore verso l'altro non raggiungera' mai l'obiettivo, perche' non puo' viaggiare abbastanza veloce per tenere il passo con l'espansione dello spazio davanti a se'. Quindi, i due osservatori avranno l'illusione di allontanarsi l'uno dall'altro a una velocita' che supera quella della luce. La situazione non e' soltanto ipotetica. Accade anche in questo preciso momento. Gli astronomi, infatti, hanno dimostrato che l'espansione dell'Universo sta accelerando. L'espansione avviene cosi' in fretta che gli oggetti piu' distanti sembrano allontanarsi da noi piu' velocemente della luce e che non vedremo piu' le galassie che vediamo oggi. Tra un trilione di anni i miliardi di galassie che si trovano al di la' di Andromeda saranno definitivamente sfuggiti alla nostra vista. 3. La violazione della 2a legge della termodinamica. Qualunque studente sa che e' piu' facile mettere in disordine la propria camera che rimetterla a posto. Ma, probabilmente, non si rende conto che il fenomeno e' legato a una legge fondamentale della fisica, secondo cui l'entropia aumenta sempre. Con l'uso qualsiasi sistema diventa disordinato. L'ordine puo' essere ristabilito solo con uno sforzo, ma, bruciando energia, si genera calore e questo aumenta il disordine di atomi e molecole. La seconda legge della termodinamica stabilisce che questo secondo effetto e' preponderante rispetto al primo. Cosi', riordinare la stanza significa, in realta', renderla ancora piu' disordinata. (E' da notare, pero', che i genitori si preoccupano degli oggetti grandi e non possono osservare i movimenti di atomi e molecole e, quindi, continueranno a insistere con i bambini sulla pulizia delle loro camerette). La gravita', a volte, sembra infrangere questa legge. La distribuzione della materia e delle radiazioni nell'Universo primordiale, per esempio, era quasi del tutto casuale. E' stata l'azione della gravita' nel corso di miliardi di anni a causare il raffreddamento e la condensazione della materia, vale a dire in stelle e pianeti, con uno spazio quasi vuoto tra in mezzo. E' bene che questo sia avvenuto, altrimenti non ci sarebbero i pianeti e le stelle che sono necessari alla vita. Tuttavia la distribuzione della materia e' piu' ordinata oggi di quanto non fosse in origine e il processo sembra contraddire proprio la seconda legge della termodinamica. La gravita' esegue la magia di nascondere la casualita' in una forma invisibile: e' il campo gravitazionale. Si e' scoperto che l'Universo primordiale presentava una distribuzione casuale della materia, ma che allo stesso tempo possedeva un campo gravitazionale pressoche' uniforme. Oggi, invece, la materia e' maggiormente ordinata, ma il campo gravitazionale e' piu' caotico e questo disordine supera l'ordine della materia stessa. La seconda legge della termodinamica e' quindi rispettata, ma la materia si puo' organizzare in modo da consentire la nostra esistenza. 4. La fonte d'energia. E' noto che l'energia e' limitata. Petrolio e carbone hanno quantita' finite di energia. E' possibile trasformare una forma di energia in un'altra (la benzina puo' essere bruciata per produrre elettricita'), ma in quantita' limitate. Non e' cosi' con la gravita': puo' essere una fonte inesauribile di energia. Scoprirlo e' semplice come far cadere una pietra. La pietra immobile e' priva di energia cinetica, ma acquista velocita' non appena cade. Da dove viene l'energia? Proprio dalla gravita'. La gravita' possiede un'energia potenziale: una parte viene convertita in energia cinetica quando si lascia cadere la pietra. E questo appare perfettamente normale. Ma l'aspetto bizzarro dell'energia potenziale e' che non ha alcun minimo: in linea di principio puo' continuamente ridursi. Quando lanciamo la pietra, non pensiamo alla gravita' come a una fonte infinita di energia, perche', prima che voli lontano, la pietra colpisce il terreno e cosi' la conversione di energia gravitazionale in energia cinetica si blocca di colpo. Ma, se la massa della Terra fosse concentrata in un solo punto, allora la pietra potrebbe sfruttare una quantita' infinita di energia, secondo la teoria galileo-newtoniana della gravita'. E, secondo la teoria della Relativita' generale di Einstein, l'energia gravitazionale di tutto l'Universo potrebbe essere utilizzata per creare spazio, materia ed energia. In realta', secondo l'attuale teoria dell'evoluzione del cosmo, e' esattamente cio' che sta accadendo ora: non nella «parte» che osserviamo, ma nelle regioni al di la' delle nostre possibilita' di osservazione. 5. La creazione dal nulla. Gli scolari sanno che l'energia si conserva. E allora da dove proviene quella dell'Universo? Se tutte le sue forme fossero positive, i valori dovrebbero essere sempre stati positivi. L'Universo, quindi, non potrebbe aver avuto un «inizio», perche', per definizione, non esiste nulla prima dell'inizio, e questo vale anche per l'energia. Non c'e' modo di passare dalla sua assenza a quella positiva senza violare il principio della sua conservazione. Il processo, pero', si spiega sulla base del fatto che l'energia gravitazionale e', di fatto, negativa. E' possibile concepire un inizio con energia zero e poi passare a un'energia positiva sotto forma di materia e di energia, equilibrata da un'energia gravitazionale negativa. Grazie alla forza di gravita' e alla sua peculiare energia, il cosmo puo' nascere dal nulla senza violare il principio di conservazione dell'energia. E' l'idea alla base del Big Bang. Questi 5 punti sono stupefacenti per la maggior parte di noi, ma sono fondamentali per chi vuole capire l'origine e l'evoluzione dell'Universo. Queste 5 idee sono anche i fondamenti di due teorie del passato e del futuro dell'Universo: l'ipotesi del Big Bang e l'alternativa piu' recente, quella del modello ciclico.
 
Traduzione di Martina Carnesciali
 
Paul J. Steinhardt, Princeton University.
 
La Stampa.it, 23 settembre 2009

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permalink | inviato da zemzem il 25/10/2009 alle 16:44 | Leggi i commenti e commenta questo postcommenti (0) | Versione per la stampa
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