Fenomenali poteri cosmici e minuscolo spazio vitale

Non sarebbe bellissimo portare l'universo in laboratorio? L’astronomia è una delle parti della fisica che più catturano la fantasia. Svelare i misteri dell’universo, d’altra parte, è indubbiamente affascinante. Purtroppo galassie e buchi neri non collaborano agli esperimenti.

Un gruppo di fisici, che fa capo all’Università Federico II di Napoli, sta lavorando ad una soluzione.

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Wormhole: tunnel attraverso lo spazio

Storie di fantascienza come The Martian o Black Mirror parlano di tecnologie quasi a portata di mano, come andare su Marte. Altre volte è roba più azzardata: è il caso dei wormholes. Però, siccome la relatività generale non li vieta del tutto, continuano ad affascinare scienziati ed autori.

Un esempio di un wormhole che collega due regioni di uno spazio bidimensionale. credit: telegraph.co.uk

Un wormhole (letteralmente, buco di verme) è un tunnel spaziotemporale, una scorciatoia tra due regioni lontane dello spazio-tempo. Il film Interstellar aveva molti difetti, ma la fisica era quantomeno plausibile (grazie alla supervisione della star della fisica Kip Thorne). Infatti spiegano efficacemente l’idea del wormhole: prendete un foglio e piegatelo, poi fateci un buco. Avete creato un wormhole nel vostro universo di carta.

L’entrata, in teoria, dovrebbe avere l’aspetto di un buco nero, un buco in cui luce e materia spariscono per sempre. L’uscita sarebbe l’opposto: una sorgente eterna di luce e materia—un buco bianco. Attraverso un wormhole, si potrebbero coprire distanze immense in tempi relativamente brevi, ma probabilmente non viaggiare nel tempo*.

Quindi, esistono?

Di sicuro non possiamo costruirli. Fare un wormhole con la carta è carino, ma funziona solo perché il foglio ha due dimensioni mentre noi siamo a nostro agio con tre. Per creare un vero wormhole dovremmo lavorare in quattro dimensioni. Auguri.

È anche poco probabile che esistano grossi wormhole naturali. Prima di tutto, almeno vedere una volta un buco bianco darebbe qualche indizio in quella direzione, ma non è mai mai successo. Poi, per tenere aperto un wormhole abbastanza grande serve qualcosa che cambi la gravità da una forza che attrae le cose una verso l’altra ad una che le spinge via. E pure quello non si è mai visto.

Ad ogni modo, trovo fico che possiamo immaginare qualcosa di così assurdo e, grazie al potere della fisica, fare ragionamenti seri e fondati su come potrebbe o no funzionare, anche se non l’abbiamo mai visto.

Una simulazione di come apparirebbe un wormhole tra l’università di Tübingen (Germania) e le dune di Boulogne (Francia). CC-BY-SA CorvinZahn/Gallery of Space Time Travel, via commons

Per saperne di più
  • È pieno di spiegazioni più o meno accurate dei wormhole in giro. A me è piaciuta questa, piuttosto matematica, su Chalkdust
  • La NASA ha fatto un lavoro eccellente per dare risposte serie ad ogni genere di domanda sui wormhole su questa pagina
  • Secondo alcuni, i buchi neri sono l’entrata di wormhole per altri universi. Forse, forse no. I buchi neri sono ben strani!

* MINI SPOILER: Ok, in Interstellar, Cooper fa una specie di viaggio nel tempo. Ma quello succede solo all’interno di altre dimensioni: ci siamo già spostati nell’ambito della magia.

Foto copertina: CC0 Pexels/pixabay

Tutta la fisica è sbagliata!

La Meccanica Quantistica ha torto. La Relatività Generale ha torto. Il Modello Standard della fisica delle particelle ha torto, torto, torto!

Tutta la fisica (diamine, la scienza in generale!) è sbagliata—un po’. E gli scienziati lo sanno! Ma niente panico: la scienza deve avere torto. Perché non cerca la Verità, piuttosto spiega quello che vediamo meglio che si può.

Potrebbero esserci cose nuove che non avevamo visto, o spiegazioni migliori per quelle che conoscevamo già.

Newton pensava che la gravità fosse una forza tra due oggetti con massa. Ci sta. A dirla tutta, è una spiegazione buona abbastanza per arrivare sulla Luna. Di certo non aveva mai pensato che la massa deformasse lo spaziotempo. Ma d’altra parte non aveva mai visto la gravità piegare la luce (anche se non ha massa) o cambiare lo scorrere del tempo. Einstein, con la sua Relatività Generale spiegava tutto, comprese queste cose, senza neanche averle osservate!

Si possono descrivere perfettamente le orbite di tutti i pianeti anche tenendo la Terra al centro. Però è complicato, e più sbagliato che farlo con la gravità di Newton. credit: wikimedia

Difatti una buona teoria deve prevedere fenomeni nuovi, mai visti prima. Prima di Newton, gli astronomi pensavano che stelle e pianeti si muovessero lungo cerchi attorno a cerchi, eccetera. Se qualcosa non funzionava, nessun problema: si aggiungeva un cerchio. Questo sistema descriveva ottimamente tutto, ma non poteva predire nulla. Le leggi di Newton, invece, ci hanno detto dove cercare Nettuno. Ed era là.

Se una previsione si rivela sbagliata, gli scienziati cercano una teoria che spieghi i nuovi dati, fanno nuove previsioni e il ciclo ricomincia.

Prima o poi arriverà qualcosa che darà definitivamente torto alla Relatività Generale. Se chiedete a me, credo che la materia oscura sia un buon campo di battaglia. Per avere ragione, ad Einstein serve che l’universo sia pieno di una sostanza invisibile e intoccabile. Gli sfidanti si stanno già facendo avanti.

Di cos’è fatto l’universo (secondo le nostre teorie): il 95% è materia o energia “oscura” (un modo figo per dire che non abbiamo idea di cosa sia). credit:nasa.gov

Come la Relatività, anche tutte le altre teorie cadranno. Nessuna teoria è perfetta, ma tutte quelle accettate sono meglio delle precedenti. In qualunque momento della storia (almeno da quando abbiamo il metodo scientifico), i dati di fatto scientifici sono le migliori spiegazioni del mondo che abbiamo mai avuto. E vale anche per le teorie attuali.

Tenere una mente aperta è importante, ma è anche importante tenere a mente perché i dati di fatto sono tali e il lungo viaggio che hanno affrontato per diventarlo. Ad aprire troppo la mente, si rischia di far cascare fuori il cervello.

Per saperne di più
  • Si possono scrivere libri interi sulle cose che non sappiamo ancora spiegare. Come ha fatto Jorge Cham.
  • Volete una spiegazione dettagliatissima di cosa funziona e cosa no riguardo alla materia oscura? C’è PBS Spacetime:

 

Foto copertina: Facepalm, CC-BY Brandon Grasley/flickr

LIGO l’ha fatto di nuovo

Quando si fa scienza, la seconda volta può essere importante almeno quanto la prima. Se un esperimento non si può ripetere non vale nulla. Per questo motivo l’osservatorio per le onde gravitazionali LIGO stava aspettando con ansia questo momento.

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L’esperimento sulla relatività che teniamo in tasca

Con la scoperta delle onde gravitazionali si parla un sacco di relatività generale. Solitamente l’associamo a buchi neri e altre cose non proprio quotidiane. Ma scommetto che negli ultimi 10 minuti ognuno di noi ha tenuto in mano un esperimento sulla relatività.

Difatti, chiunque ha tenuto in mano uno smartphone o qualunque cosa con un chip GPS ha fatto un esperimento sulla relatività generale.

Non tutti sanno che, in realtà, ognuno dei 31 satelliti GPS passa le giornate a trasmettere che ora segna il precisissimo orologio atomico che ha a bordo.

Per arrivare a terra, il segnale impiega qualche centesimo di secondo. Confrontando precisamente l'ora sul nostro orologio con quella arrivata dal satellite, si può calcolare quanto è lontano. Mettendo assieme la distanza da abbastanza satelliti, si trova la propria posizione.

ingegnerando.it

Che c’entra la relatività? Secondo la teoria, più in alto in un campo gravitazionale (ad esempio, in orbita) il tempo scorre più rapidamente. Un minuto in orbita dura qualche frazione di secondo meno di un minuto sulla Terra. L’effetto, come al solito, è impercettibile.

Difatti i satelliti GPS vennero mandati in orbita la prima volta senza correzione relativistica ai loro orologi. Il risultato? In poco tempo la localizzazione era sballata di chilometri. Fortunatamente, gli ingegneri erano preparati e mandarono un comando ai satelliti per attivare la correzione.

Perciò, ogni volta che il navigatore dell’auto ci dice di svoltare nel posto giusto, ogni volta che Google Maps ci dice quanto distante è il bar più vicino, stiamo verificando la relatività generale.

 

Foto: CC-0 Sylwia Bartyzel, via unplash

4 cose fondamentali sulle onde gravitazionali

Il team dell’osservatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) ha annunciato di aver misurato direttamente le onde gravitazionali emesse dall’unione di due buchi neri. Ma di che parlano? Ecco le risposte alle 4 domande più comuni (più 2 bonus, se vi sentite preparati).

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Einstein alla radio

Da misteriosi luoghi, nelle profondità dell’universo, ogni tanto arrivano brevi segnali nelle radiofrequenze, chiamati Fast Radio Bursts. Ricercatori dell’università di Penn State vogliono usarli per sondare un principio fondamentale della fisica.

Il Principio di Equivalenza (un tema da seguire quest’anno) dice che la massa che determina la gravità di un oggetto è la stessa cosa che entra in tutte gli altri fenomeni fisici.

“Se è corretto—dice Peter Mészáros, a capo della ricerca—qualunque ritardo tra l’arrivo di questi fotoni non sarebbe dovuto ai campi gravitazionali che incontrano nel loro tragitto, ma a qualche altro effetto”.

Secondo la relatività generale, i fotoni dei Fast Radio Bursts vengono deflessi dagli oggetti massicci che incontrano nel loro tragitto. Per il Principio di Equivalenza, inoltre, questa deviazione è indipendente dalla loro frequenza: fotoni emessi contemporaneamente arriverebbero contemporaneamente.

“Misurando quanto ravvicinati arrivano due fotoni di diverse frequenze, possiamo verificare quanto rispettano il Principio di Equivalenza—continua Mészáros—Finora, la nostra analisi mostra che succede almeno al 99.999999%”.

I Fast Radio Bursts sono rari, e il gruppo spera in nuovi dati per migliorare la precisione.

Foto: CC0 Ryan McGuire, gratisography.com

Interferenza costruttiva

Di solito pensiamo alle interferenze come a fastidiosi disturbi. Ma sono molto di più, e aiutano la missione eLISA a svelare uno degli ultimi misteri della relatività.

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Un sentiero per Lisa

Con il lancio della sonda LISA Pathfinder, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha iniziato a tracciare la strada per l’ambiziosa missione LISA.

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