domenica 29 settembre 2013

Otto minuti

Cosa accadrebbe se il Sole sparisse proprio in questo istante?
Il Sole dista dalla Terra circa 150 milioni di chilometri. Dunque, siccome la velocità della luce è di circa 300 mila chilometri al secondo, questo vuol dire che l'ultimo scampolo di luce partito dal Sole arriverebbe sulla Terra dopo otto minuti. Dunque noi ci accorgeremmo, visivamente, della scomparsa del Sole solo dopo otto minuti.
Ma, un momento. Qui bisogna un attimo riflettere. Noi, come pianeta Terra, ci stiamo muovendo intorno al Sole (cadendo, per la precisione) a causa dell'interazione gravitazionale tra il nostro pianeta e la nostra stella.
Quindi se il Sole dovesse sparire così, all'improvviso, verrebbe anche a mancare la "forza di gravità". E quindi ci dovremmo accorgere della scomparsa del Sole prima, quando la luce ci sta ancora arrivando.




E invece no.
Infatti non casualmente ho messo tra virgolette l'espressione "forza di gravità". Mi spiego.
Per come l'ha concepita Newton, l'interazione gravitazionale avviene istantaneamente, ovvero l'informazione gravitazionale si muove a velocità infinita. Ma, invece, per come ha descritto le cose Einstein, nessuna interazione può viaggiare più veloce di 300 mila chilometri al secondo. Come se ne esce? Senza traumi.
Infatti la teoria della Relatività Generale prevede una velocità per l'informazione gravitazionale (la quale si propaga sotto forma di onde gravitazionali) e tale velocità è uguale alla velocità della luce.
Dunque, ci accorgeremmo della mancanza del Sole, sia visivamente che gravitazionalmente, comunque sempre dopo otto minuti.

Attenzione: questo non vuol dire che la gravitazione di Newton è da buttare nel cestino. Insomma, come abbiamo visto prima, come concetti con Einstein siamo ad un livello più profondo della fisica. In termini di applicabilità, la teoria di Newton precisamente si può utilizzare solo nei casi in cui le velocità del nostro problema sono molto, ma molto, più piccole della velocità della luce.

Quindi il detto "godetevi questo minuto come se fosse l'ultimo" è classico mentre, relativisticamente parlando dovremmo dire  "godetevi questi ultimi otto minuti come se fossero gli ultimi".


giovedì 26 settembre 2013

Cosmiconference

Se stasera siete liberi, non avete niente da fare e non volete guardarvi Inter-Fiorentina, allora avete l'occasione giusta per fare domande sull'universo e sulle galassie.
Infatti questa sera alle 21:15 sarò ospite dell'Osservatorio astronomico di Perinaldo per fare una chiacchierata, come dire, galattica!

Se vi va, collegatevi su questo sito per seguire l'evento in diretta: http://www.astroperinaldo.it/dirette/

Se purtroppo avete impegni, non disperate! Potrete rivedere l'evento sul sito dell'osservatorio nei prossimi giorni (che ne so, se proprio non potete fare a meno di vedere l'Inter e la Fiorentina...).

Vi aspetto!


domenica 22 settembre 2013

Il Grande Dibattito

Questa è una storia vera, una storia di scienza. Una storia, essenzialmente. Dove due scienziati hanno discusso, hanno avuto idee diverse di cui, ovviamente, solo una era quella esatta. Ma in questa storia, poi, chi ha avuto l'idea esatta ne ha anche avuta una sbagliata. Cioè gli scienziati sono alla ricerca della verità non sono i custodi della verità. Comunque, iniziamo.

Qualche anno dopo la pubblicazione da parte di Albert Einstein della teoria della Relatività Generale (1915), nel mondo astronomico ci fu un acceso dibattito sulla natura di alcuni oggetti osservati dell’universo allora conosciuto. Stiamo parlando delle "nebulose".

Il 26 aprile del 1920, in un meeting dell'American Association for the Advancement of Science, due astronomi presentarono, indipendentemente l'uno dall'altro, alcuni risultati sulla struttura dell’universo. 

I protagonisti della nostra storia furono Harlow Shapley e Heber Curtis. 


Il dibattito che ne venne fuori fu abbastanza controverso ed entrambi i contendenti avevano ragione su alcuni fatti e completamente torto su altri.

Shapley era convinto che la Via Lattea costituisse l’intero universo e dunque riteneva che le strane nebulose a spirale che erano state osservate fossero oggetti appartenenti alla nostra galassia. Ovviamente queste cose non se l'era inventate di sana pianta ma aveva un motivo valido per credere ciò;  infatti, per rendere ancor più valide le sue conclusioni, utilizzò i dati del collega olandese Adrian van Maanen, il quale sostenne di essere riuscito ad osservare che la "nebulosa" di Andromeda fosse in rotazione.
In particolare aveva misurato il periodo di rotazione dei bracci a spirale di Andromeda. Confrontando tale stima con le dimensioni allora conosciute per una galassia a spirale saltava fuori che un tale periodo di rotazione fosse troppo piccolo e violava il limite di velocità di rotazione imposto dal valore della velocità della luce. Dunque van Maanen (e poi Shapley) affermava che la nebulosa di Andromeda fosse parte della Via Lattea (le misure di van Maanen, però, si rivelarono più tardi errate).

L’altro contendente di questa singolar tenzone, Curtis, affermava invece che le nebulose, come quella di Andromeda, fossero altre galassie, proprio come la Via Lattea. A favore della sua tesi portò come argomento il numero di novae rivelate nella “nebulosa di Andromeda”; infatti Curtis si chiedeva come potesse essere possibile che ci fossero più novae in una ristrettissima zona della galassia che non nel resto della Via Lattea.
Le osservazioni successive dimostrarono che ad avere torto era Shapley, ma questo non vuol dire che non sia stato comunque capace di concepire delle ottime idee. 


Curtis e Shapley.

Shapley infatti, studiando la distribuzione degli ammassi globulari, capì che il centro della galassia era situato in direzione della costellazione del Sagittario e concluse quindi che il sistema solare dovesse trovarsi nella periferia della Via Lattea piuttosto che nelle zone centrali. Questa tesi non era assolutamente condivisa da Curtis, il quale riteneva che il Sole fosse al centro della nostra galassia.

Risulta davvero curioso notare come Shapley, il quale pensava che la Via Lattea fosse l’intero universo, affermava, in modo scientifico, che il Sole fosse situato in periferia di quell’ipotetico universo monogalattico, mentre Curtis, che ipotizzò appunto l’esistenza di altre galassie, non riuscì ad abbandonare l'idea che il Sole fosse al centro di qualcosa. 

E con questo si chiude la nostra (breve) storia. Siccome ogni storia, di solito, ha una morale, se proprio vogliamo, la morale di questa storia è: la scienza è fatta da essere umani. La scienza si fa portando evidenze a favore o contro una teoria. La scienza è dinamica, nel senso che può cambiare da un giorno all'altro la teoria dominante a patto di avere delle prove. Insomma, la scienza è fatta da essere umani e essere umani vuol dire fare scienza.



giovedì 19 settembre 2013

Cos'è l'analemma?

Subito la risposta fotografica: ecco l'analemma.



Adesso proviamo a spiegare.
L'immagine qui sopra è stata scattata sempre dalla stessa posizione, alla stessa ora, in diversi giorni durante l'anno. Il soggetto dal sorriso smagliante ritratto è il nostro carissimo Sole.
Il Sole si muove durante l'anno? Dai su, non facciamo i medievali!
Lo sappiamo tutti che la Terra si muove attorno al Sole durante l'anno.
La spiegazione è appunto questa combinata con il fatto che l'asse terrestre è inclinato di circa 23 gradi.
E perché una parte dell'analemma è più grande dell'altra? Bella domanda. La risposta é: la Terra durante il suo moto di rivoluzione percorre un'orbita ellittica.
Non vi piace questo fatto? Mettete la Terra su di un'orbita circolare e avrete due lobi uguali.
Non vi piace proprio l'analemma? Allora dovete raddrizzare l'asse terrestre e in quel caso vedrete il Sole sempre nella stessa posizione. Ma attenzione! In questo caso non solo sparirebbe l'analemma, ma anche le stagioni!

Dunque la combinazione di asse inclinato e orbita ellittica è la spiegazione di tutto ciò. Se andate bene con l'inglese e avete un po' di tempo da dedicare all'analemma, vi suggerisco questo sito (http://www.analemma.com/Pages/framesPage.html) non tanto per le spiegazioni quanto per le animazioni che potete trovare; quest'ultime, se tenete a mente che la figura dell'analemma è dovuta all'inclinazione dell'asse terrestre e all'orbita ellittica attorno al Sole, risultano a mio avviso molto chiare e semplici da comprendere.



lunedì 16 settembre 2013

Caldo Caldino Calduccio

Riscaldamento globale? I dati dicono di sì.



Sulle cause di questo si è discusso e si discuterà tantissimo per moltissimo tempo. In parole povere, l'effetto serra è la seguente cosa: la radiazione emessa dal Sole (nell'intervallo di lunghezze d'onda corrispondenti a quelle della luce visibile, cioè dal rosso al blu) raggiunge il nostro pianeta il quale viene riscaldato. Successivamente la Terra, appunto riscaldata, emette a sua volta radiazione infrarossa. Questo è un meccanismo generale che riguarda tutti i corpi che si riscaldano. Infatti molte volte in televisione per osservare le persone di notte si utilizzano telecamere in grado di rivelare la luce infrarossa.
Comunque, il punto è che non è detto che tutta questa radiazione infrarossa riesca ad attraversare la nostra atmosfera. Perché? A causa dell'anidride carbonica e del metano, per esempio, che assorbono questa radiazione infrarossa e quindi l'atmosfera si riscalda.
E questo lo sanno tutti. Quello che forse molte volte si ignora (o forse viene dato per scontato...) è che il principale attore del riscaldamento tramite effetto serra è, udite udite, l'acqua!
Infatti l'effetto serra prodotto dall'acqua è quasi il doppio di quello prodotto dall'anidride carbonica. Se non ci credete potete sempre leggere questo articolo scientifico che lo dimostra (tabella 3 del file che potete scaricare a questo link).
Voi direte: quindi non bisogna aggiungere acqua nell'atmosfera? Non è esatto. Infatti l'acqua arriva nell'atmosfera tramite evaporazione e questo processo non avviene a caso ma è guidato da precise equazioni fisiche (che nello spirito del blog non citeremo se non tramite link). Vi basti sapere che se arriva troppo vapore acqueo nell'atmosfera quello che accade è che si formano le nuvole e poi ci sono le precipitazioni (piovose o nevose) ed entro poche settimane tutto torna alla normalità.
Il problema è che il vapore acqueo agisce da "amicone" dell'anidride carbonica e, come risultato finale, ne amplifica gli effetti legati al riscaldamento globale (ecco un altro link per gli appassionati di articoli scientifici).
Proviamo a spiegare in poche parole cosa accade. L'acqua si comporta da gas serra. Quindi alza le temperature e fa evaporare altra acqua. Se non aggiungessimo nulla il risultato sarebbe una variazione della temperatura certamente ma entro un certo periodo anche un assestamento della situazione a causa dell'effetto di autoregolazione dell'acqua citato prima.
Invece noi aggiungiamo anche anidride carbonica, anch'esso un gas serra. Quindi le temperature si alzano e evapora altra acqua in aggiunta a quella che evaporerebbe normalmente a causa del vapore acqueo soltanto. Risultato: le temperature si alzano ancora di più.
Questo comporta che, a causa del vapore acqueo, anche piccoli aumenti del livello di anidride carbonica sono sufficienti a riscaldare il pianeta.Dunque, ricapitolando, il riscaldamento globale é un fenomeno che, come abbiamo visto dal video di inizio post è ampiamente confermato, e il meccanismo in atto meritava un poco di spazio anche qui su Quantizzando.


Dunque riassumendo, la Terra ha un effetto serra "proprio", dovuto al vapore acqueo e che permette una sorta di autoregolazione della temperatura e quindi ci permette di vivere. Però, aggiungere altri gas, chiamati appunto "serra", non fa altro che aumentare l'effetto di riscaldamento del pianeta.
Ho voluto raccontare qualcosa sul riscaldamento globale perché si parla spesso di anidride carbonica e va bene, ma poco spesso si spiega cosa accade grazie anche all'azione dell'amicone vapore acqueo.

Il riscaldamento globale é un problema e siamo tenuti ad occuparci di ciò con estrema urgenza se vogliamo ancora un pianeta capace di sostenere la vita per ancora molti anni.



mercoledì 11 settembre 2013

Luna rossa

Quando si ha un'eclissi di Luna (totale o parziale) solitamente si ottiene una cosa del genere:


Cioè, la Luna diventa rossa. A cosa è dovuto questo curioso fenomeno?
Innanzitutto fughiamo ogni dubbio: la Luna non brilla di luce propria in quanto non è una stella che produce fotoni nel suo nucleo. La Luna riflette la luce. L'effetto principale è la riflessione della luce solare ma, come possiamo appunto ammirare durante le eclissi, anche la luce terrestre viene riflessa.
Un momento! La Terra non è una stella, quindi come fa ad avere una luce? E infatti non ha una luce.
La Terra riflette la luce del Sole. In che modo? Ne abbiamo già parlato su Quantizzando: si tratta dello stesso processo che rende il cielo blu.
Quello che accade dunque è che la luce blu viene diffusa nell'atmosfera mentre la luce rossa agisce e passa indisturbata. Questo è il motivo per cui il Sole appare rosso all'orizzonte.
Dunque ricapitoliamo: il Sole illumina la Terra. La luce blu viene diffusa dall'atmosfera mentre la luce rossa arriva e viene riflessa dalla Terra. Quando si ha un'eclissi la Luna si trova a passare nell'ombra della Terra, in un punto in cui la luce del Sole non arriva. Qui la Luna viene dunque illuminata dalla luce riflessa della Terra la quale, per i motivi appena descritti, è rossa.
Quando la prossima eclissi capiterà nelle vostre zone, se i vostri figli ve lo chiederanno ora sapete cosa rispondere. Alla grande!


martedì 10 settembre 2013

Perché il cielo di notte è buio?

In questo post vedremo come con pochi fatti sia possibile porsi delle domande assolutamente intelligenti.
Il fatto a cui ci vogliamo riferire è il seguente: la notte è buia.
E allora? Qual è il problema? Oppure: grazie, è la scoperta dell'acqua calda visto che di notte il Sole illumina l'altra metà della Terra.
Già, probabilmente vi ho fatto notare un fatto abbastanza ovvio e me ne scuso.
Un fatto molto ovvio e con una spiegazione altrettanto ovvia (la Terra ruota su se stessa, il Sole è dall'altra parte). Ma, come sempre, c'è un ma.

Infatti nel cielo ci sono le stelle. No, dico, non una, ma miliardi addirittura (in realtà moltissime di più ancora). Quindi, insomma, in un certo senso dovrebbero fare abbastanza luce per le nostre notti.
E invece non ci siamo, perché le stelle le vediamo come puntini minuscoli. Addirittura gli antichi pensavano che il cielo fosse un enorme telo e le stelle rappresentassero dei piccoli fori. Così, per dire.
Però uno potrebbe anche pensare che, siccome ci sono talmente tante stelle, alla fine, ovunque io guardi una stella il mio occhio la deve pur sempre beccare. Vero, ma qui si fanno delle assunzioni senza citarle. In particolare, per avere un occhio-cecchino di stelle dobbiamo innanzitutto assumere che esista un numero infinito di stelle. E di conseguenza dovremmo assumere che l'universo stesso sia infinito.

Ma date queste assunzioni allora dovrebbe essere tutto vero: cioè il nostro occhio dovrebbe sempre beccare una stella e a quel punto questo vorrebbe dire che tutto il cielo è illuminato!
Fermi, lo sappiamo tutti: la notte è buia anche se vediamo miliardi e miliardi di stelle.

Notte stellata - Vincent Van Gogh

Beh, potremmo dire: la luce delle stelle lontane ci mette un po' ad arrivare.
Infatti sappiamo bene che la velocità della luce è finita, cioè non è infinita. Dunque può darsi che parecchie stelle non riusciamo a vederle perché la loro luce non ci è ancora arrivata poiché anche la luce, pur andando velocissima (trecento mila chilometri al secondo!), ci mette un po' per percorrere le autostrade dell'universo.

Ah! Sembra una soluzione ragionevole. Allora non dobbiamo cambiare nessuna ipotesi e ci teniamo il nostro fantastico universo infinito. Ma anche no!
Se l'universo fosse infinito o avesse un'età infinita allora la luce delle stelle lontane avrebbe avuto tutto il tempo per giungere al nostro occhio cecchino. Ecco, sembrava troppo facile, doveva esserci qualcosa sotto.
Beh, ma una soluzione a questo fatto che la notte è buia dobbiamo pur trovarla, giusto?
Proviamo così, diciamo qualcosa di sconvolgente, magari funziona. Ecco, sparo: l'universo ha avuto un inizio. Nel tempo, dico.

L'ho detta, anzi l'ho scritta. Sarà grave? Ma no, dai!

Proviamo a pensarci un attimo sopra: se l'universo ha un'età finita allora può darsi che la luce delle galassie lontane non sia ancora arrivata a noi e noi, dunque, ancora non siamo in grado di vederle. Cioè la loro luce ci deve ancora arrivare.

E che ne dite se dico quest'altra: l'universo si espande! Questa è grossa, eh.

Cioè questo vuol dire che la luce delle galassie non arriva a noi non solo perché l'universo ha un'età finita ma anche perché le galassie stesse si stanno allontanando da noi (in realtà è lo spazio che si espande, qualche rigo più giù trovate un link utile).

In particolare, le galassie si allontanano da noi con una velocità proporzionale alla distanza e quindi ad un certo punto si troveranno al di fuori del nostro orizzonte visibile, dove per orizzonte intendo il confine fino al quale riusciamo a vedere le galassie, perché la loro luce è riuscita ad arrivarci.

Quindi, in pratica noi abbiamo una visuale ristretta sia nello spazio che nel tempo del nostro universo. Questo vuol dire che possiamo vedere, tecnicamente facendo i conti, la luce che è partita al massimo circa 13 miliardi di anni fa, di più non si può. Ci siamo! Abbiamo trovato la soluzione al problema!

Sì, ma teoricamente, però.

Realmente l'universo si espande? E certo!
Non è che stiamo a contare i fotoni della radiazione di fondo qua! :)
Se diciamo una cosa è perché una qualche prova esiste. Il primo astrofisico in grado di misurare l'espansione dell'universo è stato Edwin Hubble nel 1929. Il nostro misurò la velocità delle galassie tramite l'analisi della luce proveniente da esse (tecnicamente analizzò gli spettri delle galassie) e trovò che le galassie si stanno allontanando, successivamente parafrasato nel più preciso "l'universo si espande" (per saperne di più sull'espansione dell'universo consiglio questo vecchio post di Quantizzando a questo link, ma ne scriverò ancora perché è un bell'argomento con parecchi spunti).

Quindi abbiamo due effetti, espansione dell'universo e l'età finita dello stesso. Chi comanda? Allora, tra espansione ed età finita l'effetto dominante è...l'età finita.

Questa affermazione non discende direttamente dalle tavole del sacro monte degli dei ma è stato confermato scientificamente come potete leggere, se vi va, in questo articolo: link!

E quindi adesso siamo abbastanza sicuri del perché la notte è buia.

Questo potete raccontarlo anche ai vostri bambini prima di dormire. Se hanno paura del buio hanno ragione da vendere. Infatti questo è dovuto al fatto che il nostro universo ha un'età finita con l'aggiunta che si sta espandendo.
A dirlo un sacco di volte inizia a fare paura anche a me, il buio.


P.S. Dimenticavo di dirvi che questo fatto della notte buia viene chiamato Paradosso di Olbers. Ma sapete, secondo me i fatti hanno importanza, non i nomi.


mercoledì 4 settembre 2013

Una foto, un ripasso e i primi 6 mesi

Girovagando in rete, il mio sguardo si è posato su questa immagine assolutamente fantastica:

Galassia ellittica M60 (a sinistra) e galassia spirale NGC4647 (a destra)
Si tratta di due galassie che distano tra di loro una decina di milioni di anni luce e si trovano nelle vicinanze dell'ammasso di galassie della Vergine.
Comunque, al di là dei dettagli tecnici, questa immagine è spettacolare. Ma non solo per lo spettacolo che la natura offre praticamente sempre in situazioni del genere in astrofisica. Soprattutto, questa foto è spettacolare per uno scopo divulgativo-educativo.
Infatti, noi sappiamo che, per definizione, una galassia è un ammasso di stelle legate insieme gravitazionalmente e inoltre possiede altre caratteristiche legate alle dimensioni che la differenziano da altri oggetti celesti. 
Ma dopo aver visto l'immagine di sopra, che rappresenta appunto due galassie, sareste in grado di spiegare le differenze tra i due oggetti in figura?
Per prima cosa si ha che l'ellittica è rossa mentre la spirale è blu. Per il resto, vi rimando a questo vecchio post degli inizi di questo blog così ripassiamo un poco e festeggiamo anche i primi 6 mesi di vita di Quantizzando:


Grazie a tutti coloro che hanno letto Quantizzando in questi primi 6 mesi!



martedì 3 settembre 2013

Se ti chiedono dell'inflazione

Ogni tanto questa parola viene fuori quando si parla di cosmologia. E parecchia gente ci lavora su. Mi sembra dunque giusto provare a dare una spiegazione semplice e comprensibile di questo argomento. Perché, vedete, una cosa è avere sentito parlare dell'inflazione e dunque sapere che si sta parlando di qualcosa che riguarda l'universo e un'altra cosa invece è sapere esattamente di cosa si sta parlando.

E un'altra ancora è rispondere (anche per sommi capi) se ti chiedono dell'inflazione.

Certo, i dettagli sono per gli addetti ai lavori. Ma tutti noi possiamo facilmente accedere al contenuto essenziale della teoria dell'inflazione.
Siccome qua su Quantizzando ci piace fare le cose semplici senza complicarci la vita, seguiremo un filo logico ben preciso e proveremo a vedere un esempio, come dire, celestiale!
Partiamo dall'inizio. Dobbiamo fare delle ipotesi. Assumiamo che al di sopra di una certa scala il nostro universo appaia omogeneo e isotropo.
Allora, "sopra una certa scala" vuol dire che, come possiamo constatare quotidianamente, l'universo non è omogeneo e isotropo a tutte le scale: basta guardare la vostra stanza, tanto per capirci!
Non stiamo a dare i numeri ma sappiate che la scala di cui stiamo parlando è molto grande, più grande delle dimensioni di un ammasso di galassie!
Poi: omogeneo e isotropo. Omogeneità vuol dire che, sempre al di sopra di quella certa scala, l'universo è sempre uguale, indipendentemente da dove ci si mette ad osservarlo. Isotropia vuol dire invece che, di nuovo al di sopra di quella fatidica scala, non importa in quale direzione si guardi, l'universo apparirà sempre uguale.
Si tratta della realtà? Ovvero, possiamo fidarci di questa assunzione? Sì, possiamo:


Nella figura qui sopra ogni puntino rappresenta una galassia. Direi che sull'omogeneità e l'isotropia dell'universo si possa investire, dai.
Ma è sempre stato così? Per saperlo dobbiamo dare uno sguardo alla radiazione cosmica di fondo (di cui abbiamo già parlato qui) che ci mostra l'universo com'era 300 mila anni circa dopo il Big Bang.
Quello che si vede è la seguente roba:


Tenete presente che nella figura di sopra la differenza di colori rappresenta differenze di temperatura dell'ordine di uno su centomila! Quindi l'universo era isotropo e omogeneo (quest'ultima proprietà a patto di assumere che non c'è niente di speciale nel luogo in cui si trova la Terra) anche in passato. Che bello, la nostra assunzione torna.
Invece non è bello proprio per niente perché qui iniziano i guai.
Infatti, si sa, la velocità della luce non è infinita. Inoltre la fisica ci dice che se vogliamo mantenere il rapporto di causa-effetto degli eventi, nulla viaggia più veloce della luce. Quindi nessuna informazione può farlo. Inoltre l'universo si espande e quindi ci sarà un limite alla distanza tra due punti che sono in grado di ricevere la stessa informazione.
Ora supponiamo di avere due regioni dell'universo primordiali (come visto sulla mappa della radiazione di fondo) abbastanza distanti tra loro tali da non poter comunicare nessuna informazione fisica l'una con l'altra: come possono queste regioni avere pressoché la stessa temperatura se non erano connesse causalmente in precedenza? L'unica spiegazione può essere: quei punti sono già stati connessi causalmente in passato e quindi, anche se ora non lo sono più, ecco spiegato perché condividono la stessa informazione sulla temperatura.
Possiamo pensare a due amici che da piccoli fanno partire un cronometro. Da grandi, anche se saranno lontani e non potranno comunicare, avranno i loro cronometri che segnano lo stesso tempo.
D'altro canto, se abbiamo due amici distantissimi con cronometri che segnano lo stesso tempo allora l'unica spiegazione può essere solo che in passato essi sono stati in contatto e abbiano fatto partire il cronometro insieme.
Ecco a cosa serve la teoria dell'inflazione (almeno principalmente, dato che risolve anche altri problemi).

Ora vediamo in cosa consiste questa inflazione. Innanzitutto diciamo subito che si tratta di un periodo molto vicino all'inizio dell'universo, al Big Bang. Quello che si presume sia accaduto è che ci sia stata una espansione dell'universo a ritmo stupefacente (un'espansione accelerata).
Cioè, noi sappiamo che anche adesso l'universo si espande e la distanza tra galassie aumenta. Bene, all'epoca dell'inflazione le distanze aumentavano sempre più a tasso accelerato. Questo è il senso di espansione accelerata. Come mai è avvenuta l'inflazione? Questo esula dallo scopo di questo post, ma posso dirvi che probabilmente il tutto è associato alle caratteristiche di una specifica particella presente all'epoca.

Basta non mi dilungo su questo argomento.

Una domanda molto importante è anche: perché questo risolve il problema delle caratteristiche praticamente uguali delle zone connesse causalmente?

Per capirlo, vediamola in questa maniera. Supponiamo che all'inizio l'universo (che si espande) sia composto di tante regioni connesse causalmente. All'interno di ogni regione viene condivisa la stessa informazione fisica mentre le regioni tra loro non possono comunicare; possiamo pensare ogni regione come una sfera il cui confine possiamo chiamare (in maniera sibillina) orizzonte. Ovviamente, man mano che l'universo si espande, anche le dimensioni di queste regioni in cui è diviso l'universo aumentano. Ma cosa accade se l'universo si espande accelerando?
Prendiamo ad esempio una di queste sfere. Accade, detto davvero in parole povere, che, siccome lo spazio si espande addirittura accelerando, quello che c'è nella sfera attraversa l'orizzonte il quale è come se non riuscisse a stare al passo con l'espansione (questo è dovuto proprio al modo in cui si costruisce la teoria dell'inflazione).

A causa di tutto ciò, alla fine dell'inflazione abbiamo ancora l'universo diviso in sfere che non comunicano tra loro ma, siccome alcune parti hanno semplicemente cambiato sfera, per quello che abbiamo detto, allora diviene possibile osservare caratteristiche fisiche comuni in regioni che non sono connesse causalmente al momento dell'osservazione.

Facciamo un esempio semplice da capire considerando una piazza con delle persone.
(Scusatemi per l'esempio religioso ma mi sembra molto chiaro in questa maniera!).
Immaginate che la piazza sia gremita di persone, come può essere ad esempio Piazza San Pietro durante l'angelus domenicale del Papa. Ovviamente diventa impossibile non accorgersi di cosa accade al vicino di "gomito" vista l'alta densità di persone e inoltre può darsi che le persone facciano amicizia e magari si scambino pure il numero di telefono. Ad un certo istante la messa finisce e le persone si allontanano le une dalle altre in maniera tale che non riescono più a sentirsi usando semplicemente la voce e vanno in giro per Roma. Se qualcuno osserva la Piazza e la città in questo momento senza sapere che ci sia stato l'angelus e magari, per assurdo, si mette a studiare la distribuzione dei numeri di telefono posseduti da ognuno, scopre che persone che sono, in quel momento, completamente distanti l'uno dall'altro e che addirittura non sono nemmeno parenti, si sono scambiati il numero di telefono.
A questo punto chi osserva deve per forza ipotizzare che ci sia stato un qualche contatto tra queste persone e infatti con facilità viene a scoprire che fino a poche ore fa c'è stata la messa del Papa in Piazza San Pietro.

La stessa cosa pensano i cosmologi quando guardano la radiazione cosmica di fondo.
Pensano che ci siano dei problemi da risolvere, essenzialmente. E uno di questi è, ad esempio, il problema delle zone connesse causalmente chiamato anche problema dell'orizzonte. Ma l'inflazione risolverebbe anche altri problemi che magari discuteremo in un altro momento.
Comunque gli studi sull'inflazione vanno avanti e ci sono camionate di modelli proposti, ognuno con una sua particolarità. Non starò certo ad annoiarvi con tutti i possibili modi in cui si può generare un periodo inflazionario nell'universo primordiale, tranquilli!

Il punto di questo post è che ora sapete cos'è l'inflazione, a grandi linee. Ma soprattutto, sapete almeno uno dei motivi per cui essa è così importante. Poi, non si sa mai, magari si scopre che ci vuole un'altra teoria, chissà.

[Per i più temerari: Horizon problem and inflation, T. Padmanabham & T.R. Seshadri]

domenica 1 settembre 2013

Volare...oh oh!

Costruire un aereo non è semplice e ci vuole una stanza piena di ingegneri. Capire perché un aereo può volare è semplice è basta conoscere le leggi di Newton.
Certo, le cose ad un certo punto si complicano, diventano piene di formule, di numeri, equazioni...Stop!
Qui siamo su Quantizzando, ricordatelo!

In questo blog si punta a comprendere e raccontare i punti essenziali della fisica, i quali possono sempre essere approfonditi in un secondo momento.
Allora partiamo dalla seconda legge di Newton: la forza agente su di un corpo è uguale alla massa per l'accelerazione che il corpo subisce.

Ora, la massa la possiamo definire (come si fa più o meno sempre) come la quantità di materia di un corpo. L'accelerazione invece è una quantità che ci dice come varia la velocità di un corpo allo scorrere del tempo.
Dunque se un corpo si muove di velocità costante allora non vi è nessuna variazione della velocità, quindi nessuna accelerazione, quindi nessuna forza.
Questo è tutto quello di cui abbiamo bisogno per capire il volo!

Fonte: http://frecceclub18.altervista.org

Ah, dimenticavo; ci vuole qualcosa che ci sostiene. A quello ci pensa l'aria, ovviamente.
Perciò pensiamo ad un oggetto fermo in aria. Per semplicità supponiamo che anche l'aria sia ferma anche se in realtà siamo interessati alla velocità relativa dell'oggetto rispetto all'aria.
Comunque se l'oggetto è fermo (nel nostro contesto di aria ferma) solo una cosa può accadere: l'oggetto cade a terra!

Cosa accade invece se il nostro oggetto si muove orizzontalmente? Non ci chiediamo cosa accade se si muove verticalmente perché la risposta è: cade.
Questo ci fa anche capire che abbiamo un amico (l'aria) ma abbiamo anche un nemico abbastanza potente (la gravità). Ci torneremo subito.
Nel frattempo pensiamo ad un oggetto che si muove orizzontalmente in aria; ciò che accade è che il fluido (cioè l'aria) cambia la sua velocità. Questo dunque genera un'accelerazione del fluido e perciò una forza! Fantastico!
Dunque basta lanciare un oggetto orizzontalmente in aria ed esso volerà? Ovviamente no!

C'è da fare i conti con la gravità.

Qualunque oggetto è attratto verso la superficie terrestre dalla forza peso (che il peso è una forza, ricordatelo!) che essendo una forza è uguale alla massa (come sempre) per l'accelerazione di gravità (in questo caso particolare della forza peso, appunto). Siccome l'accelerazione di gravità è un valore costante, uguale per tutti i corpi, allora la forza peso è direttamente proporzionale alla massa. Questo spiega anche il perché della confusione che c'è nella testa di molti tra le definizioni di peso è massa.
E qui entrano in gioco gli ingegneri, la cui sfida è: dotiamo il nostro oggetto di un motore che gli permette di muoversi in orizzontale quanto tempo vuole; quale forma dobbiamo dare al nostro oggetto per ottenere la massima forza possibile dal fluido (che tra l'altro in gergo è chiamata Portanza) che si muove modificando la sua velocità?
La risposta a questa domanda la potete osservare ogni volta che osservate un oggetto volare nel cielo. Quindi gli ingegneri sono stati bravi, dai. Se volete divertirvi però, ecco una piccola applicazione che ho preso dal sito della NASA JPL (Jet Propulsion Laboratory) in cui potete vedere proprio come cambiando la forma dell'ala del vostro aereo ottenete differenti valori della forza generata dall'aria che vi sostiene durante il volo. Eccola qua:
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/foil3.html (in inglese, ma non vi preoccupate che capirete subito dove mettere le mani per divertirvi a giocare con la fluidodinamica!).

Cos'altro devono fare gli ingegneri? Devono costruire un aereo in maniera tale che la forza generata dal moto dell'aria (ricordiamo: forza è dovuta ad accelerazione che è uguale ad una variazione di velocità) riesca a sostenere il peso del velivolo (ricordiamo anche che il peso è una forza proporzionale alla massa). E quindi c'è gente che lavora e studia queste cose.
Se vogliamo, come tutte le cose, abbiamo anche un aspetto ludico della vicenda. Non solo gli aerei o altri velivoli si godono la forza dell'aria. Ma anche gli aquiloni. Per questo voglio concludere questo post con un video che riguarda il festival internazionale degli aquiloni tenutosi a Portsmouth nel Regno Unito. Come potete vedere, con gli aquiloni si può anche dar vita ad uno spettacolo carino.


Insomma, volare...oh oh!!!