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19/10/13

Volete vedere un buco nero? Andate nel Golfo del Messico **

Gli inverni particolarmente miti che si registrano normalmente nel Nord Europa si devono, essenzialmente, alla Corrente del Golfo, che fa parte di un gigantesco sistema di movimenti di acqua oceanica che influenza pesantemente la temperatura del globo. Tuttavia, è meno nota l’importanza, altrettanto significativa, che si deve attribuire ai giganteschi vortici che possono superano i 150 km di diametro e che ruotano e si spostano negli oceani meridionali. Essi regolano il trasporto di acque calde e salate verso il nord.

Sfortunatamente, gli scienziati non sono stati, finora, capaci di quantificare esattamente la loro influenza sul clima, dato che è estremamente difficile definire i loro confini e le esatte modalità di comportamento. George Haller dell’ETH di Zurigo e Francisco Beron-Vera dell’Università di  Miami sono riusciti a trovare una soluzione geniale, attraverso l’applicazione di una matematica sofisticata in grado di descrivere questi fenomeni così importanti ma molto elusivi.  La rotazione e il movimento del fluido appaiono caotici sia a un osservatore esterno sia a uno interno al vortice. La nuova matematica riesce invece a mettere “ordine” nel caos e descrivere coerentemente la dinamica delle strutture oceaniche. Il fatto sorprendente è che questa matematica è essenzialmente la stessa che si applica ai buchi neri.

I buchi neri sono oggetti dell’Universo con una massa talmente grande da attrarre qualsiasi cosa che gli si avvicini troppo. Niente che venga catturato da loro può più uscire, nemmeno la luce. Noi, appassionati di astronomia, queste cose le sappiamo molto bene. Sappiamo anche che fino a una certa distanza critica dai confini di un buco nero un fascio di luce può essere violentemente ricacciato indietro. Raggiunta, però, la distanza critica (che non è ancora l’orizzonte degli eventi, attenzione) esso viene immesso in un’orbita circolare attorno al buco nero. Siamo nella condizione ben descritta da Einstein e che prende il nome di sfera dei fotoni (photon sphere).

Ne avevo già parlato a lungo QUI. Essa è una specie di barriera che differisce dall’orizzonte degli eventi e che pone un limite alla rotazione del fascio di luce. Lo stesso capita nei gorghi oceanici. Esiste una “barriera” del tutto simile, in cui l’acqua continua a girare attorno al vortice senza scivolare all’interno e senza allontanarsi. E’ proprio questo limite che aiuta a identificare vortici oceanici coerenti nell’immenso “mare” di dati che si ottengono attraverso i satelliti. Per i più esperti: attenzione a non confondere la rotazione dell’acqua con la rotazione dello spazio nei buchi neri rotanti. L’analogia esiste con i buchi neri statici, dove al posto della gravità, nei vortici, si deve pensare a una rotazione che cattura tutto ciò che si avvicina troppo.

In poche parole, l’applicazione di una matematica simile a quella utilizzata per i buchi neri ha permesso a un evento, che sembrava caotico e impossibile da definire, di essere rappresentato in un contesto coerente e trattabile analiticamente. Questa scoperta mi impone una riflessione. Tutto il clima sembra soggetto a leggi del tutto caotiche e sembrano necessari modelli numerici più o meno soggettivi e limitati. Da questi modelli (volontariamente o non volontariamente scelti e applicati, benché chiaramente imprecisi) sono nate tutte le catastrofiche previsioni sul riscaldamento globale  e sui suoi effetti. I vortici, proprio perché non “trattabili” venivano  trascurati (come molte altre cose) benché la loro influenza apparisse non certo trascurabile. Discorsi analoghi si potrebbero fare per gli effetti delle nubi e delle loro relazioni con i raggi cosmici, per il ruolo esatto di certi gas frettolosamente indicati come gas serra e messi immediatamente tra i nemici dell’uomo, ecc. Come ho sempre detto, sarebbe invece necessario uno studio serio e sincero sui fenomeni caotici e sulle cause che li possono guidare. Uno studio separato dagli interessi politici e finanziari. Uno studio scientifico, insomma. Ma, purtroppo, sembra che non sia più permessa la scienza vera, il confronto, la discussione, la reciproca critica, quando esse sono troppo vicine a interessi pratici immediati.

La situazione mi ricorda il tempo in cui i migliori studi di evoluzione stellare si compivano (spesso in gran segreto) nei laboratori militari. Le reazioni nucleari degli astri erano troppo appetitose per le loro applicazioni a scopi bellici e si stava vivendo in una guerra fredda che poteva rapidamente sfociare in qualcosa di ben più “caldo” (la crisi di Cuba non dovrebbe mai essere dimenticata).

Torniamo ai vortici… neri o ai buchi ... oceanici.

Essi risultano essere strutture stabili e sono fondamentali per il trasporto oceanico non solo dei microorganismi (i fotoni del mare?), ma anche della plastica, del petrolio e di cento altre cose che si avvicinano a loro. In particolare, lo stesso capita anche all’acqua con un contenuto di calore e di sale diverso da quello circostante. Sono stati individuati molti vortici nell’emisfero sud che trasportano con loro, verso nord, l’acqua che gli circola attorno senza venire dispersa anche per un periodo dell’ordine di un anno.

bucco nero oceanicco
Da un punto di vista puramente matematico, i vortici oceanici sono estremamente simili ai buchi neri cosmici. Fonte della foto: G. Haller / ETH Zurich

I due ricercatori dichiarano che lo stesso tipo di situazione dovrebbe capitare anche in flussi marini più complessi e nelle trombe d’aria. Veri e propri veicoli di trasporto di acqua di un certo tipo verso zone a loro del tutto aliene. Questa trattazione matematica spiega anche la durata eccessiva (che non può essere legata soltanto alla conservazione del momento angolare) di fenomeni ben più giganteschi al di fuori del nostro pianeta. Un esempio classico potrebbe essere la Macchia Rossa di Giove (che non sta lì solo per dimostrare quanto siano più o meno perfetti gli occhi di chi cerca di osservarla o lo strumento che usa). Potremmo dire che essa rappresenta il più vistoso esempio di un vortice gassoso del tipo “buco nero”

Come già detto, è da lungo tempo che si cercava di stabilire una matematica coerente per questi fenomeni. E’ curioso ricordare che colui che si è avvicinato di più a una visione corretta è stato un grande scrittore americano ben noto agli amanti della pre-fantascienza: Edgar Allan Poe. Nel suo racconto “Una Discesa nel Maelstrom” egli ipotizza una fascia stabile di schiuma attorno al terribile vortice. Haller e Beron-Vera ammettono di essere stati influenzati da questa lettura durante la loro ricerca di strutture oceaniche simili alla sfera dei fotoni, anche se attraverso formule ben più sofisticate.

E’ inutile dire che la nuova formulazione matematica sarà di enorme aiuto nello studio delle variazioni climatiche e del trasporto di “spazzatura” attraverso gli oceani.

Per chi avesse voglia di vedere da vicino un buco nero “acquoso” posso consigliare una crociera nel Golfo del Messico, dove ne è stato da poco scoperto uno veramente grande.

Buon viaggio e … attenzione a non superare la sfera dei fotoni…

L’articolo originale è scaricabile QUI (non è facile, però…).

Di seguito riporto anche i link a due filmati che dovrebbero essere piuttosto interessanti, dato che si riferiscono ai vortici del Sud Atlantico e a quello del Golfo del Messico. Dico “dovrebbero” perché io non sono riuscito a vederli correttamente. Se qualcuno ci riesce me lo faccia sapere!

http://georgehaller.com/BH_Eddies/BH_Eddies_in_South_Atlantic_small.m4v

http://georgehaller.com/BH_Eddies/BH_Eddy_in_Gulf_of_Mexico.mp4

6 commenti

  1. alexander

    Grazie mille per questa news!
    Questa comunanza di comportamenti tra vortici e buchi neri comunque credo che non sia del tutto casuale, nel senso che non è la prima volta che sento paragonare la meccanica di alcuni fenomeni dell'universo con la meccanica di un fluido (o in molti casi di un fluido perfetto anche se non so nemmeno cosa significa di preciso  :( )
    L'unico rischio in un articolo di questo genere è però che qualche persona poco istruita come me cada nel tranello di pensare che i buchi neri (e piu genericamente gli altri fenomeni fisici dell'universo) esercitino la loro azione all'interno di un mezzo, come i vortici si sviluppano dentro il mezzo  oceano (o piu genericamente acqua).
    In passato si cerco' di introdurre il concetto di etere, ma venne escluso il secolo scorso.
    Insomma mi son sempre detto di non paragonare il buco nero ad un vortice per non correre il rischio di pensare al mezzo etere all'interno del quale il buco nero esercita la sua azione però rischio sempre di ricaderci perchè non ho chiaro il concetto di etere...
    Potresti gentilmente farmi un pò di chiarezza?
     Oppure posso sostiuire il concetto di mezzo (all'interno del quale avvengono i fenomeni fisici dell'universo) con quello di spazio tempo e pensare che sia lo spazio tempo ad avere caratteristiche simili ad un fluido (o ad un fluido perfetto)?
    Aiutooo mi confondo!  :oops:  

  2. Supermagoalex

    Se ho ben capito la matematica che descrive i buchi neri statici (che sono teorici, in quanto esistono solo quelli rotanti) è simile a quella che descrive questi vortici marini.
    In un documentario su Focus avevano paragonato i buchi neri a delle cascate circolari (dimenticando però l'effetto rotazione), un paragone che comunque rendeva abbastanza bene l'idea.
    Grazie Enzo per le news che ci regali ogni giorno!  :-D  

  3. Mario Fiori

    Benissimo come al solito Enzo.
    Caro Alexander , da profano come e più di te, posso dirti che, a mio parere, hai centrato, forse senza accorgertene, il problema; l'etere doveva essere una "sostanza impalpabile" sulla (o con ,o per ,o dove) tutto accadeva ma è stata ampiamente smentita, ma  lo spazio-tempo che si piega con la gravità, che si flette al "rotolar" dei corpi nell'Universo è in buona parte dimostrato ed è sicuramente "un qualcosa", "un mezzo" appunto dove accadono cose, se vogliamo fisiche e pure mentali (nel tempo sicuramente).
    Ma forse anche io sono di fuori  e non ho capito nulla...Enzo, aiuto! :roll:  

  4. cari amici,

    non cadiamo in errori interpretativi. Si dice chiaramente che la MATEMATICA è la stessa, ma NON il fenomeno fisico. 

    L'imortante è che vi sia un certo meccanismo, completamente diverso da quello dei buchi neri che riesca a dare luogo a situazìoni al contorno trattabili con una stessa matematica (rotazione, stasi, e cose del genere). Non dobbiamo guardare oltre, in quanto il meccansimo che causa questa situazione gioca su processi diversi. Nel buco nero (statico) le condizioni limite si ottengono attraverso la sola massa dell'oggetto centrale. Avvicinandosi a lui si incontra la sfera dei fotoni che impone una circolazione stabile (come l'avevo definita e descritta nel famoso articolo passato). Nei vortici oceanici le condizioni sono IMITATE dalla rotazione rapida di un fluido (il gorgo, basato su una fisica diversa). Entrambe, però,comportano una posizione esterna a loro, in cui l'acqua (o i fotoni) si stabilizzano in orbita attorno a ciò che c'è dentro. Basta fermarsi lì e studiare il movomento e le variazioni sulla base delle stesse formule, dove alla gravità si sostituisce il momento angolare del vortice e cose del genere. Non c'entra niente l'etere e cose del genere. Interessa solo il movimento di particelle (acquose o fotoni, poco importaa). Ribadisco ancora che la rotazione del vortice interessa solo perchè causa situazioni simili a quelle della gravità. nei buchi neri.

    Non dobbiamo esagerare con la somiglianza.

    La vera conquista è che si è riusciti a trattare un fenomeno dall'apparenza caotico in uno regolato  da equazioni riproducibili e risolvibili.

     

  5. Jacopo

    Enzo, sono andato a leggemi l'articolo sella sfera dei fotoni....complimenti, mi ha davvero entusiasmato! Sapevo che tramite il processo di lente gravitazionale la luce venisse deviata....ma non pensavo a tal punto!

  6. Mario Fiori

    Grazie Enzo, mi rendevo conto di essere andato un tantino oltre, di fuori.

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