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tra Scienza & Coscienza

"Il cielo stellato sopra di me, la legge morale dentro di me'' I. Kant

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UN UNIVERSO SENZA BIG BANG è SEMPLICEMENTE IMPOSSIBILE

Il detto usato in Prometheus : “Tutte le grandi cose hanno piccoli inizi”, sembra non applicarsi perfettamente all’universo.

Il Big Bang come inizio non dovrebbe essere stato molto tranquillo: i dati di Planck mostrano come l’universo circa 13,8 miliardi di anni fa, quindi esattamente a ridosso della data del grande scoppio, era una bellissima e calda zuppa della nonna, ricca di particelle e gas primordiali. Quando ci avviciniamo al Big Bang, la densità di energia e la curvatura crescono fino a raggiungere il punto in cui diventano infinite. Nel corso degli anni si è cercato di ripulire la cosmologia dall’idea del Big Bang, ma un nuovo paper redatto da Jean-Luc Lehners, del Max Planck Research Group in Theoretical Cosmology, da Neil Turok e Job Feldbrugge del Perimeter Institute afferma come, ad oggi, sia impossibile svincolare il nostro universo dal Big Bang. Sembra proprio che lo scetticismo di Fred Hoyle sia andato a perdersi del tutto.

Alcune idee si sono susseguite nel tempo per permettere di accantonare il Big Bang, Lehners ha spiegato: “Si potrebbe pensare ad una geometria che è un po’ come la superficie di una palla: liscia e senza limiti- poi ha continuato- Ciò che è speciale in questo è che una geometria del genere non esiste nella fisica classica, ma risulta possibile nella fisica quantistica”.

Uno dei grandi fautori di questo universo senza confini è stato sicuramente Hawking, tramite la teoria dello stato senza confini. Il fallimento dietro questa idea è stato raccontato dallo scienziato: “Dietro questa ricerca c’è infatti un’instabilità catastrofica”. Ad oggi il vero limite è matematico e fisico, troppo spesso infatti, nell’elaborazione matematica di teorie alternative, si cade negli infiniti che devono essere evitati: “ Un’idea interessante è che l’universo sarebbe potuto rimbalzare da una fase concorrenziale precedente”: attualmente si sta facendo molta ricerca per confermare la fattibilità di questa ricerca.

La proposta no- boundary non è impossibile, tuttavia secondo i calcoli effettuati non permetterebbe un universo stabile e grande quanto il nostro, ma solo modelli di universi irregolari e sulla perenne soglia del collasso.

Ad oggi la migliore certificazione del BANG è la radiazione cosmica che permea l’universo: “ È la migliore prova – ha affermato Lehners- che abbiamo avuto una fase estremamente densa e calda, come effettivamente previsto dalla teoria del Big bang”. Logicamente le prove sono ancora da ricercare e ancora abbiamo i tasselli completi della situazione, quindi è ancora difficile collocare il Big Bang come simbolo dell’inizio dell’Universo.

Non ancora sappiamo con precisione cose è successo con il Big Bang, qualcosa di molto speciale deve essere accaduto per permettere l’evoluzione dell’universo come lo conosciamo: “Dobbiamo continuare a cercare indizi” ha concluso il fisico. La cosmologia attualmente sta speculando anche sulla possibilità di un multiverso, ovvero l’idea che accanto al nostro universo ci siano altri, forse infiniti universi; con questa possibilità abbiamo stuzzicato Lehners: “Se pensiamo che il Big Bang è qualcosa che può accadere con una certa probabilità, allora è naturale speculare su queste idee”. Questi mondi tuttavia sarebbero completamente separati da noi, e nessuna occasione di verificarli è possibile: “ È ovviamente molto importante che qualsiasi teoria scientifica possa veramente essere testata, altrimenti è solo pura speculazione. Con il problema del multiverso siamo sicuramente al limite di questo criterio”.

Gianluigi Marsibilio

 

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CAPOLAVORO VIRGO-LIGO NUMERO 3, NUOVE ONDE GRAVITAZIONALI CATTURATE

 

Di nuovo un abbraccio tra due buchi neri ha permesso di registrare per la terza volta le onde gravitazionali, confermando il nostro ingresso nell’era dell’astronomia gravitazionale. Le onde sono state rilevate ancora dalla coppia di interferometri uno a Hanford, Washington e l’altro a Livingston, Louisiana, gestito da Caltech e MIT con finanziamenti della National Science Foundation (NSF). Il rilevamento, registrato come GW170104 è stato fatto il 4 gennaio 2017, ed è descritto in un nuovo documento nella rivista Physical Review Letters.

Una massa 49 volte quella del nostro Sole, a differenza delle 62 (nel primo rilevamento) e 21 (nel secondo).

Noi abbiamo parlato della scoperta con Laura Cadonati, Professoressa di Fisica del Georgia Institute of Technology: “Abbiamo individuato una terza fusione di sistemi binari di buchi neri”. Il nuovo evento tuttavia presenta delle novità uniche, fino ad oggi mai registrate: “ La massa è a cavallo tra quella della prima e della seconda osservazione, la distanza è molto più grande rispetto alle precedenti (circa 3 miliardi di anni luce rispetto agli 1,3-1,4 miliardi di anni luce delle precedenti scoperte); abbiamo inoltre la prova che almeno uno dei due buchi non è allineato al momento angolare orbitale, ovvero la rotazione di almeno uno dei buchi neri attorno al suo asse è in una direzione diversa dalla rotazione complessiva dei due oggetti”.
Nei tre casi tutti i risultati sono arrivati da LIGO e dalla coordinazione di VIRGO che è pronto ad entrare in funzione, come vi avevamo raccontato nella nostra intervista di lunedì sulla situazione delle onde gravitazionali.
In un certo senso ci piace pensare di essere stati profetici, lo ammettiamo.
Le collisioni prodotte producono una potenza che si irradia come una luce su tutte le stelle e le galassie in un dato momento.

L’idea di essere entrati in un’era di astronomia gravitazionale già ora è assolutamente valida, anche se per comprendere la natura profonda di oggetti come i buchi neri abbiamo ancora bisogno di molto: “Stiamo cominciando a studiare una distribuzione di massa per questi buchi neri – ha confermato la Cadonati- ma abbiamo comunque bisogno di più informazioni per strutturare i modelli di formazione di questi oggetti”.

La novità assoluta derivata dallo studio del momento angolare dei buchi neri, una mancanza di allineamento di uno dei due fornisce delle novità sui modelli di formazione di queste coppie che si dimostrano più dinamiche del previsto, la professoressa ci ha spiegato: “I buchi neri potrebbero formarsi separatamente in un denso cluster stellare e cadendo verso il nucleo del cluster producono una fusione”.

Teoricamente ci sono due modelli primari per capire la nascita dei buchi neri binari. Il primo propone una nascita univoca, che avviene quando le due stelle originali ruotano in allineamento e esplodono, provocando questi fenomeni. Nell’altro caso i buchi neri si ritrovano come due vecchi pattinatori stanchi all’interno di un cluster affollato, creando una scena di incredibile romanticismo cosmico. In questo scenario gli oggetti possono ruotare in qualsiasi direzione rispetto al loro movimento orbitale.

Un’osservazione del genere aiuta molto nel testare la teoria della relatività generale, in modo migliore rispetto al passato. La teoria prevede che, come ci ha spiegato Laura Cadonati: “ Le onde gravitazionali di tutte le frequenze si muovano alla stessa velocità (la velocità della luce)”.

Ora se ci sono dei problemi intorno alla relatività, per adesso ancora sconosciuti: sapremo di più quando avremo maggiori osservazioni e frequenze di onde gravitazionali, con una velocità di viaggio nettamente diversa.

 

LIGO-Virgo ha piazzato un altro capolavoro con l’osservazione di queste nuove onde: gli aggiornamenti tecnici, in particolare quelli che aspettiamo su Virgo, daranno una maggiore ventata di novità su questo panorama, già particolarmente rigoglioso.

 

Dalla fine del 2018 le novità che potrebbero arrivare sono tante, ci aspettiamo anche onde gravitazionali provenienti da altre fonti, diverse dalla fusione di buchi neri: altri eventi astrofisici nascondono le loro imperscrutabili, affascinanti e misteriose onde gravitazionali.

Gianluigi Marsibilio

Crediti immagine: LIGO/Caltech/MIT/SXS Collaboration

NUOVE IDEE PER L’ESPANSIONE COSMICA, IL RUOLO DELL’ENERGIA OSCURA VA RIPENSATO?

Il quadro teorico della fisica è sempre una storia avvincente da divulgare e sostanzialmente ogni giorno viene aggiunto un tassello: la ricerca pubblicata su Physical Review D da parte di Qingdi Wang, Zhen Zhu, e William G. Unruh dell’Università della British Columbia, ha fornito un quadro nettamente diverso dell’Universo e della sua espansione.

Nello spazio in cui viviamo infatti, zoommando il nostro Universo si dovrebbe assistere, secondo i ricercatori, a una fluttuazione quantistica oscillante e selvaggia da parte di ogni singolo punto, che si espande e contrae. I due effetti tenderebbero a un annichilamento che però, in scala macroscopica, avrebbe l’effetto di spingere l’Universo a espandersi, lentamente e con una velocità di accelerazione.
Gli astronomi si sono posti, sperimentalmente, il problema di questa accelerazione fin dal 1998: la spiegazione migliore è stata che lo spazio non può essere vuoto, ma deve essere permeato da un’energia oscura che “spinge via” letteralmente la materia, accelerando così l’espansione dell’Universo.

Abbiamo intervistato William G. Unruh, che ci spiega invece in modo molto semplice questa nuova e radicale ipotesi: «A noi lo spazio sembra essere praticamente statico, con cambiamenti in una scala di tempo dell’ordine di miliardi di anni». Il modello proposto invece: «sostiene che lo spazio cambi in una scala di tempo di un miliardesimo, di miliardesimo, di miliardesimo… di miliardesimo di secondo! Se non ancora più velocemente. Con un Universo che si espande e si contrae, in modo diverso da punto a punto, in questa scala di tempi». In questo modo, alla nostra scala spazio-tempo vediamo solo una media di questo ribollire selvaggio, che ce lo fa sembrare molto più tranquillo e i cui cambiamenti ci appaiono molto, molto più lenti.
Il lavoro pubblicato è una proposta per affrontare in modo nuovo un problema storico come quello della costante cosmologica e della sua incompatibilità con la “lenta” ma accelerata espansione osservata nell’universo.

La proposta del gruppo richiama il concetto di schiuma quantica di Wheeler: «Wheeler, nelle sue intuizioni di come dovrebbero essere lo spazio e il tempo in una scala così piccola, si avvicinò all’idea che la struttura delle distanze spazio-temporali dovesse essere incredibilmente caotica (higgledy-piggledy usando un suo termine)».

Lo spazio e il tempo dunque sembrano fluttuare, ma rimane difficile sentire il loro ondeggiare, dato che tutto questo avviene a una scala miliardi e miliardi di volte più piccola, anche rispetto alle dimensioni di un elettrone. A noi non resta che perderci in questo modello teorico che con un’idea brillante ci fa ondeggiare, quasi al ritmo delle onde, avvicinandoci alla stagione estiva e al cosmo.
Gianluigi Marsibilio

#LIBRODELLASETTIMANA – SETTE BREVI LEZIONI DI FISICA

La fisica e la sua rivoluzione raccontate con gentilezza, accuratezza e chiarezza. Ecco cosa sono le Sette brevi lezioni di fisica di Carlo Rovelli, un breve compendio di tutto ciò che la fisica sta portando avanti negli ultimi decenni.

Il libro è il caso editoriale più sorprendente degli ultimi anni: è da leggere e anche se molto breve consiglio di farlo piano piano, con la giusta curiosità di approfondire ogni tema trattato.

Ogni lezione tocca un macrotema della recente fisica in modo trasversale, con la capacità di attraversare tutte le recenti teorie, ricordandone le varie origini storiche.

L’ultimo passaggio è dedicato ad un pezzo del De Rerum Natura di Lucrezio e vale la pena gustarselo fino in fondo.

Perdetevi in un piccolo libro ricco di significato, che ha aperto nuove frontiere nella divulgazione scientifica.

“OGNI QUESTIONE FISICA FONDAMENTALE HA IL SUO LATO FILOSOFICO”, INTERVISTA A LEONARD SUSSKIND

La redazione di Tra Scienza & Coscienza ha contattato il fisico Leonard Susskind, considerato da molti uno dei padri della teoria delle stringhe. Nel nostro colloquio abbiamo parlato degli orizzonti della fisica, della cosmologia e degli enormi progressi che stiamo facendo nel comprendere il nostro universo.

Il professor Susskind ora è professore di fisica teorica a Stanford ed è direttore dell’istituto di Fisica Teorica.

Negli anni ha scritto anche numerosi libri per divulgare le idee della teoria delle stringhe, il più importante è sicuramente: “The Cosmic Landscape: String Theory and Illusion of intelligent design”.

Il periodo che stiamo vivendo può essere considerato l’età d’oro della fisica e della cosmologia? Stiamo per affrontare una nuova rivoluzione scientifica?

Credo di sì. Ci sono diverse potenziali rivoluzioni, e per quanto possa dire tutte riguardano l’intersezione tra meccanica quantistica e la gravità. Ad esempio, sappiamo che l’origine inflazionistica dell’universo e la sedimentazione di strutture come le galassie sono eventi quantici che si verificano in un background altamente curvato. In altre parole, sotto l’azione della gravità.

Stiamo finalmente iniziando a comprendere la relazione tra gravità e meccanica quantistica attraverso lo studio dei buchi neri. Ci è voluto un secolo e le nuove idee sono davvero sorprendenti e rivoluzionarie. Una delle più radicali è l’unione tra l’entanglement e i wormhole gravitazionali. Ciò che davvero sorprende è che queste idee hanno avuto importanti implicazioni fuori dal campo della gravità quantica, ad esempio nella materia fisica condensata e nella scienza quantica dei computer.

Qual è il legame tra la cosmologia e la teoria delle stringhe? Quali implicazioni cosmologiche si originano da questa teoria?

Nessuna è certa, ma ci sono almeno due potenziali connessioni. La prima è che la teoria delle stringhe possa provvedere meccanismi affinché abbia luogo l’inflazione. La mia collega Eva Silverstein è stata a capo di questo tipo di ricerca. Forse l’idea più importante generata dalla teoria delle stringhe è l’idea del Paesaggio Cosmico, che si adatta davvero bene con le idee antropiche. Su questo argomento mi riferisco al mio libro “The Cosmic Landscape”.

Chi può essere considerato il predecessore della teoria delle stringhe? Fino a che punto il suo lavoro è stato influenzato dalla filosofia?

La storia precedente è lunga, ma l’idea di particelle tipo stringhe risale al lavoro mio e di Y.Nambu del 1969. La teoria è stata influenzata da questioni fisiche, ma suppongo che nel significato più ampio ogni questione fisica fondamentale ha il suo lato filosofico.

Quali sono le sue sfide scientifiche al momento? In che modo affronta una disputa scientifica?

La sfida di comprendere l’intersezione tra gravità, meccanica quantistica e cosmologia. Come affronto le controversie? Principalmente cercando di capire la fisica più precisamente e, in seguito, di spiegarla. Non mi interesso molto di controversie personali e tendo ad ignorarle.

Riferendoci ad LHC (Large Hadron Collider presso il Cern, n.d.t.), quali sono le sue speranze come fisico teoretico? Quali sono i suoi principali esperimenti? Al momento ci sono esperimenti che potranno rendere possibile l’incontro tra l’infinitamente grande e l’infinitamente piccolo?

Non so cosa ci dirà LHC riguardo problemi fondamentali profondi. Credo che dobbiamo solo attendere e stare a vedere. Ci potrebbero essere sorprese che non possiamo prevedere adesso.

Cosa si può capire del mondo dalla teoria delle stringhe? Può questa teoria rappresentare un preciso modello di rappresentazione spazio-tempo?

Al momento direi che la cosa più importante che abbiamo imparato dalla teoria delle stringhe è che la gravità può coesistere con le leggi della meccanica quantistica. Ipotesi come quelle di Hawking nella metà degli anni ’70 sulla meccanica quantistica nell’evaporazione dei buchi neri, sono contraddette da predizioni teoriche della teoria delle stringhe molto convincenti. Questo è davvero importante, perché senza la teoria delle stringhe non ci sarebbe alcuna prova matematica convincente per la compatibilità della meccanica quantistica e gravità.

Tra Scienza & Coscienza

ONDE GRAVITAZIONALI, LA VERITÀ DIETRO LE SPECULAZIONI DI QUESTI GIORNI

“Stiamo ancora raccogliendo dati e le prime analisi ancora sono complete” così ha commentato Gabriela Gonzales, fisico dell’Università della Louisiana, le indiscrezioni sulla possibile conferma della scoperta delle onde gravitazionali.

Lawrence Krauss l’11 gennaio sul suo account twitter, come vi abbiamo anticipato ieri, dava per certo il rumor sulla scoperta al 60%. Esattamente un giorno più tardi è arrivato anche un post sul blog del fisico Lubos Motl, in cui veniva precisato un dato sensazionale: attraverso l’aggiornamento avuto dal rilevatore LIGO, da circa 200 milioni, sarebbe stato possibile individuare delle onde provenienti da due buchi neri colti durante la loro fusione.

In un articolo di Nature sono arrivate tutte le precisazioni: i primi dati non saranno pronti prima della fine di febbraio e l’esperimento dovrà procedere ad ulteriori indagini per procedere ad ulteriori aggiornamenti.

Sempre alla famosa rivista scientifica, Laura Cadonati, a capo della squadra di analisi di LIGO, ha riferito che difficilmente gli scienziati potrebbero valutare segnali così precoci, si potrebbe trattare benissimo di un falso allarme (basti ricordare la vicenda BICEP2).

Ora si teme per la “creazione di false aspettative nel pubblico e nei media”, ma il team ha rassicurato tutti dicendo che continuerà il lavoro con serenità e lontano dai riflettori.

Gianluigi Marsibilio

LHC, SEGNALI PER UNA NUOVA FISICA O SEMPLICI ANOMALIE?

Gli esperimenti ATLAS e CMS del LHC (Large Hadron Collider) di Ginevra hanno evidenziato alcune anomalie nella produzione di coppie di fotoni. I dati hanno rivelato un probabile bosone, se la particella si rivelasse esistente risulterebbe 9 volte più massiva del quark top, la più massiva particella elementare scoperta fino ad oggi, e 12 volte più massiva del bosone di Higgs. Le ipotesi sono due: o si tratta di una nuova particella che rivoluzionerà per sempre la fisica, oppure i dati sono frutto di errori statistici compiuti dai rilevatori. Il fattore più importante è: tutti e due gli esperimenti del CERN hanno mostrato queste stranezze.

LHC è ripartito all’inizio dell’estate, da allora, come ha detto Marco Delmastro su ”Le Scienze”: “molti di noi hanno dormito davvero poco nelle ultime settimane”. L’obiettivo era presentare nel seminario del 15 dicembre dei dati che lasciassero intravedere nuove prospettive.

Gli esperimenti cercano di rivelare particelle instabili che decadano in particelle già conosciute; i fisici cercano di ampliare la comprensione del modello standard che davanti a problemi come quello della materia oscura si blocca. Una delle teorie più accreditate e studiate dai fisici è quella della super-simmetria e la conferma di questi dati porterebbe ad un buon avanzamento di questa ipotesi.

Da marzo a oggi al CERN sono avvenute collisioni alla velocità di 13 TeV, in passato gli scontri si realizzavano con un’energia pari a 8TeV (teraelettronvolt). Questa unità di misura è un multiplo dell’elettronvolt ed equivale a 1.000 miliardi di eV.

Il collisore di particelle è costato circa 10 miliardi di dollari, il suo scopo è quello di far scontrare particelle in un tunnel di 27 chilometri ad una velocità del 99,9999991% rispetto a quella della luce, oltre 3000 fisici lavorano ai vari esperimenti e da quando sono stati riavviati i lavori, tutti sono alla ricerca di nuove rilevazioni che dovrebbero rivoluzionare la comprensione della nostra realtà, proprio per questo la Dott.ssa Spiropulu, ricercatrice del CERN, ha detto: “Stiamo entrando in un’era dove sarà necessario fare un salto nel buio”.

 

Gianluigi Marsibilio

UN NUOVO IDENTIKIT, PIU’ PRECISO, DEL BOSONE DI HIGGS

Grazie a recenti studi si è ottenuta misura più precisa della massa del bosone di Higgs

E’ stato ottenuto l’identikit più preciso del bosone di Higgs e indica che la particella grazie alla quale ogni cosa ha una massa somiglia moltissimo a quella prevista dalla teoria di riferimento della fisica contemporanea, il Modello Standard. Il risultato, annunciato dal Cern di Ginevra, è stato ottenuto combinando i dati raccolti dagli esperimenti che nel 2012 hanno permesso di scoprire la particella, Atlas e Cms, entrambi condotti nell’acceleratore più grande del mondo, il Large Hadron Collider (Lhc).

Solo nel maggio 2015 la combinazione dei dati dei due grandi esperimenti, ad ognuno dei quali collaborano circa 2.000 persone, aveva fornito la misura più precisa della massa del bosone di Higgs. I nuovi dati descrivono adesso come il bosone di Higgs interagisce con le altre particelle. ”Combinare i dati dei due esperimenti permette un altissimo livello di precisione, per raggiungere il quale un unico test avrebbe richiesto almeno altri due anni di lavoro”, ha osservato il direttore generale del Cern, Rolf Heuer. Combinare i dati dei due esperimenti è stato un lavoro enorme, nel quale sono stati analizzati oltre 4.200 parametri”, ha detto il responsabile dell’esperimento Cms, Tiziano Camporesi.

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”Combinare i dati di due esperimenti sembra facile, ma non è affatto banale – ha spiegato il vicepresidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), Antonio Masiero – perché ognuno di essi ha risultati ottenuti da rivelatori diversi e con differenti gradi di precisione”. L’identikit del bosone di Higgs, ha detto ancora Masiero, ”è un bel risultato, che conferma i valori indicati dal Modello Standard”.

Non c’è quindi, al momento, nessuna traccia della cosiddetta ‘nuova fisica’, ossia di fenomeni in contraddizione con la teoria di riferimento. Ma è anche vero che il bello comincia adesso. I dati finora analizzati si riferiscono infatti alle misure prese quando l’acceleratore funzionava ad un’energia più bassa: 7.000 miliardi di elettronvolt (7 TeV) contro gli attuali 13 TeV. ”Sarà interessante – ha osservato Masiero – vedere se l’identikit del bosone di Higgs sarà confermato anche dai nuovi dati raccolti a questa energia più elevata”.

(Fonte ANSA)

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