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Scritto da: Vincenzo Zappalà
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BOSS e il violino dell’Universo ***
Questo articolo è stato inserito nella sezione d'archivio "Radiazioni di fondo: quante sono?"
Un grande musicista è in grado di capire se quello che sta suonando è un violino da pochi soldi oppure è uno Stradivari. Non ha nemmeno bisogno di sentire un pezzo musicale più o meno lungo, gli basta far vibrare una corda. La stessa cosa capita a un cosmologo per definire struttura, composizione e forma del Cosmo. Gli basta risalire alla vibrazione primitiva dell’Universo quando ancora materia ed energia formavano un’unica “zuppa” caldissima. Purtroppo non può entrare nella “camera” insonorizzata dove si stava provando il violino, ma può sentirne la musica che esce attraverso il buco della serratura o qualcosa del genere. Non solo, ma può anche cercare come la vibrazione della corda si sia propagata nei miliardi di anni successivi. Quella vibrazione non ha mai cambiato le sue caratteristiche, ma si è solo dilatata seguendo l’espansione dell’Universo. Basta saperla riconoscere in tempi recenti e tornare indietro fino a intuire perfettamente anche il suo suono prima che iniziasse a rendersi udibile. Capite l’estrema importanza di questo fatto? Se si riesce a definire una vibrazione, che dovrebbe rimanere costante nel tempo, la sua variazione sarebbe dovuta solo all’espansione dell’Universo, ossia alla sua velocità, alla sua forma e a tante altre cose…
Scusate la digressione musicale, ma è un esempio talmente calzante che il termine astrofisico tecnico di questa oscillazione è proprio Oscillazione Acustica Barionica (BAO). Ve lo dico subito: non pretendete una descrizione accurata di tutta la faccenda. E’ decisamente impossibile senza un formulario complicato che va al di là di ogni tentativo divulgativo. Ciò nonostante, vorrei spiegarvi i concetti base per capire l'importanza di ciò che si sta ottenendo (e che si è già stato parzialmente ottenuto). Per far ciò dovrò semplificare la “geometria” spaziale e far uso delle solite due dimensioni al posto delle tre. Cercate quindi di sforzarvi e a non prendere come valide le figure, ma estrapolarle sempre a una dimensione in più.
Immaginiamo di trovarci nei primi istanti dopo il Big Bang, tralasciando per questa volta tutto ciò che stava capitando a livello microscopio in quel brodo denso e caldissimo. Chiamiamolo come vogliamo, fatto sta che materia ed energia vivono ancora insieme come un’unica “sostanza”. Le particelle si urtano, si trasformano, si stringono in un unico enorme abbraccio. Quanto questo abbraccio sia forte e quanto siano inseparabile la materia e l’energia ce lo ricorda la celebre formula di Einstein. Chi comanda la forza dell’abbraccio è la temperatura. Più è alta e più è difficile riconoscere le particelle che compongono la zuppa. In particolare, non si riescono ancora a separare i fotoni dai barioni (per barioni intendiamo tutto ciò che è materia e per fotoni l’energia pura, l’unica cosa che può trasportare le informazioni verso lo spazio e il tempo – vedi news in calce all’articolo). Tuttavia, questo oceano primordiale (immaginiamolo così in due dimensioni spaziali), pur essendo omogeneo, subisce delle piccolissime variazioni di densità e di temperatura da punto a punto, come illustrato in Fig.1. La corda del violino ha iniziato a vibrare con la sua nota sempre uguale e ripetitiva. Nessuno può vederla oggi, dato che l’energia luminosa di quei momenti non potrà mai raggiungerci poiché era ancora abbracciata alla materia. Tuttavia, ormai, la vibrazione c’è e niente e nessuno potrà mai fermarla.
La temperatura, però, sta scendendo e le interazioni continue tra fotoni e barioni cominciano ad assumere connotati sempre più precisi. L’oscillazione riesce, in qualche modo, a separare l’energia dalla materia. L’Universo ha deciso la strada da percorrere. La vibrazione si fa più netta e chiara, aiutata anche dalla forza di gravità che ha fatto la sua comparsa, ma ancora non può inviarci il suo suono.
Il momento critico avviene quando gli elettroni, le particelle più affezionate ai fotoni tanto da non volerli mai lasciare da soli, decidono di accasarsi con i nuclei atomici. Ciò è possibile perché la temperatura è ormai talmente bassa da “raffreddare” l’agitazione dei nervosissimi elettroni. Un momento di calma, di brevissima calma, ma fondamentale per l’astronomo-musicista. E’ la fase del disaccoppiamento tra energia e materia, ottenuto quando vi è l’unione degli elettroni con i nuclei. Visualizziamo, in Fig. 2, questa situazione come un’onda marina, in cui la materia si aggrega nei punti più profondi. La luce può finalmente essere vista dagli astronomi, anche se solo dopo tanti miliardi di anni, come radiazione cosmica di fondo. Lei ci porta anche l’informazione della vibrazione che la pervade. Piccole differenze nella temperatura e quindi nella radiazione luminosa che giunge fino a noi, quel tanto che basta per avere un’istantanea di ciò che è diventata l’onda primigenia.
La vibrazione, iniziata come un disturbo nel fluido caldissimo, è ormai diventata un’onda che separa chiaramente i barioni da fotoni; essa viene evidenziata dalla temperatura, che indica anche come si è distribuita la materia. E’ un attimo, ma un attimo fondamentale perché ci fa leggere le dimensioni della vibrazione, della sua lunghezza d’onda (attenzione, è solo un’analogia e non una definizione esatta). Ancora una volta, potremmo definirla, ancora meglio, come onda di probabilità, ossia una funzione che ci dice dov'è più probabile che si trovino le concentrazioni della materia. Ma... non cerchiamo di andare troppo nel difficile e rimaniamo nel concetto di una superficie marina in cui il mare sia in un continuo sali e scendi a causa dell’effetto che ha su di lei la vibrazione della zuppa primitiva.
Fermiamoci un attimo, prima di proseguire. Il fatto stesso di riuscire a scorgere e misurare questa onda nel rumore cosmico di fondo, anche se solo attraverso differenze di temperatura che si legano a differenze di distribuzione di materia, conferma, in modo quasi decisivo, che ciò che si ipotizza prima di questa fase, deve essere probabilmente giusto. Parliamo pure di “mistero” attorno ai primi istanti dell’Universo, ma teniamo bene a mente che l’ipotesi del Big Bang porta a questa vibrazione e alla possibilità di scorgerla al momento del disaccoppiamento. Il fatto di averla osservata realmente nel rumore di fondo delle microonde è una prova dell’ipotesi del Big Bang non certo indifferente. Ricordiamocelo sempre, in un momento in cui le teorie più incredibili e complicate si affollano.
Torniamo ai nostri fotoni liberi di viaggiare nello Spazio. Sono loro e soltanto loro (onde o particelle che siano) che ci portano l’informazione di quel momento così fondamentale, in cui l’Universo si fa vedere, anche se solo per un attimo, ed evidenzia la sua vibrazione acustica.
Poveri fotoni! Che percorso terribilmente lungo hanno dovuto fare per regalarci questa informazione. Attenzione a quello che sto per dirvi e che vi servirà sicuramente per verificare la comprensione del teatro del Cosmo. Sì, un bel viaggio, durato poco più di 13 miliardi di anni… ma i chilometri percorsi sono stati molti di più. Per giungere a noi, oggi, hanno dovuto percorrere una distanza di circa 45 miliardi di anni luce. Riflettete bene su questa frase che spero non vi sconvolga. Il tempo si misura in miliardi di anni, il percorso in miliardi di anni luce. Basta pensare al cono di luce. Il suo asse è il tempo, ma il percorso fatto avviene lungo la celebre curva deformata che parte dal Big Bang e giunge fino a noi. E non stupitevi se in un certo periodo di tempo il tragitto è stato tale da portare il fotone a una velocità ben maggiore a quella della luce! La velocità è proprio lo spazio diviso per il tempo e nel nostro caso abbiamo uno spazio di 45 miliardi di anni luce diviso un tempo di 13.5 miliardi di anni. Un rapporto ben più grande di UNO, come imporrebbe il limite invalicabile della velocità della luce. Sì, ma noi sappiamo come e perché questo capita. Per il semplice fatto che mentre la luce viaggia alla sua velocità costante lo spazio da percorrere cresce sempre di più a causa della sua espansione. Solo dopo 45 miliardi di anni luce i fotoni ci hanno raggiunto, ossia hanno chiuso la loro strana curva (il cono di luce).
Che fatica per i fotoni! Da un lato miravano direttamente verso di noi, dall’altro lo spazio li trascinava più lontano. Un doveroso ringraziamento a quelle particelle di energia capaci di regalarci un’informazione così importante (QUI potete farvi raccontare da uno di loro quanto sia faticoso il loro viaggio) . E non lamentiamoci certo se la loro luminosità iniziale si è ridotta al lumicino, al punto di indicarci, oggi. una temperatura di solo poco più di due gradi Kelvin, un niente se paragonata a quella di circa 3000 che avevano alla partenza. Va beh… se vi sono sorti dubbi, vi invito a tornare alla serie di articoli dedicati allo spazio-tempo e al cono di luce (o rileggete Rosetta o l’Infinito Teatro… un ripasso non fa mai male). Torniamo a noi e al nostro “violino”.
Il rumore cosmico di fondo è un’immagine fantastica, ma è solo una. Da un lato ci garantisce che il violino più antico ha suonato, ma resta solo e soltanto una sola immagine, che ben poco ci può dire su quello che è successo dopo. E qui, ecco il valore eccezionale della nuova determinazione. La vibrazione, quando la gravità è riuscita ad attivare di nuovo i fotoni dopo il periodo della nebbia, deve tornare a essere visibile e quantificabile.
Dobbiamo dire grazie alle stelle e poi alle galassie per averci permesso di poter vedere di nuovo la materia e la sua distribuzione nello Spazio. La distribuzione di materia che già si intuiva nel rumore cosmico di fondo continua a lavorare, aiutata dalla gravità. Le zone più dense uniscono i loro atomi e si separano sempre di più dalle zone meno dense, pur mantenendo immutata la vibrazione originaria. Ai più esperti consiglio di tornare su Il Gioco delle Stelle e rileggere quanto detto sulla massa di Jeans. E’ proprio lei che ha permesso al Cosmo di giocare in questo modo “facilmente” descrivibile.
L’universo torna, finalmente, visibile. Non vi è più solo la temperatura che può mostrarci le variazioni densità. No, ormai ci sono le stelle e, soprattutto, le galassie che ne contengono talmente tante da poter farsi vedere anche se la loro luce deve percorrere viaggi enormi per giungere fino a noi. Tutto diventa più facile, teoricamente: basta leggere la distribuzione della massa delle galassie e ricavarne l’onda che la regola. Essa deve essere la stessa nata nei tempi della zuppa primordiale. Ciò che ha fatto dopo è stato solo “estendersi” per effetto di due parametri fondamentali: l’espansione dell’Universo e la sua forma (ricordiamoci sempre che la forma dell’Universo vuole solo dire quale tipo di metrica può essere usata su grandi scale).
Espansione e forma…. vi sembra poco! Accidenti, no di sicuro! Sapremmo descrivere perfettamente quasi tutta l’evoluzione del Teatro, inteso come struttura in cui recitano gli attori come le stelle, i pianeti e le stesse galassie.
Vi faccio un esempio che può aiutare di molto la comprensione di ciò che si cerca di ottenere. Le supernove di tipo Ia (o nel loro piccolo le Cefeidi) permettono di avere delle candele standard nel Cosmo, ossia di potere stabilire, attraverso la loro luminosità costante, a che distanza si trovano (dato che le candele sono tutte uguali tra loro ed emettono la stessa luminosità -vedi news in calce all’articolo) . Ebbene, ricavare le dimensioni dell’oscillazione acustica barionica è come avere un metro perfetto. La sua dimensione non può variare. Se varia, ciò è solo dovuto all’espansione dell’Universo e alla sua forma. Conoscendo quantitativamente la vibrazione, si possono ricavare le caratteristiche base della struttura dell’Universo.
Vi dico subito quali sembrano i primi risultati. L’Universo continua a sembrare piatto o quasi piatto, ossia la geometria euclidea lo descrive molto bene. Inoltre, vi è un’accelerazione nell’espansione, che sembra costante. Ossia basta, in fondo, una sola costante per stabilirne il passato e il futuro. Vogliamo chiamarla energia oscura? Forse sì. Ma un solo “numero” può essere molte cose e ricordiamoci dell’errore geniale di Einstein riguardo alla sua costante cosmologia…
A questo punto torniamo a cose pratiche e vediamo come si è lavorato per ottenere un tale risultato epocale. Ah… sì, dimenticavo di darvi l’errore con il quale si stima avere ottenuto la misura della vibrazione. Tenetevi forte alle sedie: solo l’un per cento!
Ricapitoliamo un attimo la situazione, anche con l’aiuto della Fig. 3. L’immagine della radiazione cosmica di fondo ci conferma che la distribuzione della materia segue ancora l’onda che aveva il fluido caldo primigenio. La materia continua a seguire l’espansione dell’Universo, ma la sua distribuzione attuale possiede ancora quell’impronta originaria. La lunghezza d’onda barionica (chiamiamola così) è una specie di metro cosmico, una lunghezza di base che da un lato ci porta fino al Big Bang e dall’altro alla distribuzione della materia odierna. Basta avere due punti e la retta è determinata. In realtà non è proprio una retta, dato che vi è un’accelerazione.
Per definire la “curva” dell’espansione, ossia trovare la funzione matematica che la descrive (e non dite che le funzioni non servono in fisica…) è necessario determinare le dimensioni dell’onda barionica. Le piccole differenze di densità che appaiono sotto forma di differenza di temperatura nel fondo cosmico, possono essere osservate nell’Universo più vicino a noi come piccole variazioni nella distribuzione delle galassie a una distanza fisica ben precisa, rispetto ad una distribuzione uniforme.
Per determinare il metro cosmico, a un certo tempo dell’espansione dell’Universo, basta fare una mappa della distribuzione di massa a una certa distanza da noi (a un certo tempo dell’Universo): una specie di lunghezza “comovente” che si allarga con l’espansione. Nell’Universo attuale la distanza che definisce l’oscillazione barionica è pari a circa 490 milioni di anni luce.
Ricordiamoci, però, che stiamo sempre parlando di onda di probabilità, che ci dice dove è più probabile trovare addensamenti di materia su scala cosmica.
Queste fondamentali informazioni ci arrivano dalla campagna osservativa denominate BOSS, Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, ossia Ricerca Spettroscopica dell’Oscillazione Barionica.
Essa viene condotta nell’ambito della terza fase della Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III). Fin dal 2009, BOSS ha utilizzato il telescopio di Apache Point nel Nuovo Messico per ottenere spettri ad alta precisione di oltre un milione di galassie con redshift che vanno da 0.2 a 0.7, ossia fino a 6 miliardi di anni nel nostro passato. Mai era stata tentata un’impresa del genere.
BOSS continuerà ad acquisire dati fino al prossimo giugno. Tuttavia, il direttore del progetto,Martin White (un signore “Bianchi” non certo anonimo…), non se la sentiva più di mantenere nascosti i risultati preliminari. Erano troppo sconvolgenti! E così ha deciso di presentarli al congresso dell’Associazione Astronomia Americana, proprio dove sono comparse anche le osservazioni di Lorenzo.
Le oscillazioni acustiche barioniche, come ormai sappiamo bene, si possono ricavare attraverso gli addensamenti delle galassie, data che la loro scala è perfettamente riferibile a quella delle oscillazioni primigenie. Esse, combinate con le più accurate misure del rumore cosmico di fondo e con le misure di distanza, ottenute dalle supernove di tipo Ia, permettono di misurare l’accelerazione dell’espansione dell’Universo e la curvatura dello Spazio. Come già avevamo accennato, l’accelerazione sembra proprio una costante, che, oggi, si ritiene dovuta all’energia oscura ma che non si allontana troppo dalla costante introdotta da Einstein per riuscire a fare evolvere un Universo statico. La curvatura è, invece, estremamente piccola, portando a ciò che viene denominato Universo Piatto. Ricordo ancora una volta che “piatto” vuole dire che la geometria euclidea può descriverlo molto bene. In altre parole, la somma degli angoli interni di un triangolo è “quasi” perfettamente 180° e che le rette parallele non si incontrano mai (a parte il punto all’infinito, ma quello è tutto un altro discorso… di tipo matematico e non fisico).
Il fatto di essere piatto significa anche che l’Universo DEVE aver subito una tremenda inflazione immediatamente dopo il Big Bang (ne avevamo già parlato da qualche parte…). Significa, però, anche che l’Universo è realmente infinito e che probabilmente si espanderà per sempre, con tutte le ripercussioni del caso che sono già state trattate in vari articoli e nei libri.
BOSS, al momento, contiene gli spettri di 1 277 503 galassie e copre 8509 gradi quadrati di cielo dell’emisfero nord (tutta la sfera celeste corrisponde a circa 41200 gradi quadrati). Alla fine BOSS, avrà analizzato 1.3 milioni di galassie e 160 000 quasar. La materia visibile, ossia gli oggetti osservati da BOSS, assomiglia alla superficie di un lago durante un’intensa pioggia (Fig. 4). Essa è caratterizzata da piccoli cerchietti, onde che si accavallano e che mantengono tra loro una distanza ben definita, proprio quella che caratterizza l’oscillazione barionica. Poco dopo il Big Bang, era tutta la zuppa primordiale a subire questa specie di turbolenza. Dopo, è cambiato l’aspetto della materia, ma la scala è rimasta la stessa. Scusate se mi ripeto, ma è bene imprimere bene questo concetto nella propria mente.
BOSS deve poter distinguere, però, la distribuzione a diverse età dell’Universo e quindi deve essere capace di definire la distanza della masse per poterne dare una rappresentazione tridimensionale.
Credetemi non è facile e ci vogliono programmi di riduzione fantastici. Pensate solo che bisogna tener conto della gravità che tende a concentrare e a disperdere le masse in gioco; poi vi è materiale invisibile (gas e polvere intergalattici) che disturbano e assorbono la luce che cerca di giungere fino a noi. Tuttavia, tutto è stato tenuto in conto e lo spettro della galassia indica non solo la sua lontananza, ma anche il “materiale” che ha dovuto attraversare.
In ogni modo, BOSS è stato in grado di ottenere la migliore calibrazione della scala dell’Universo, la BAO, con un’accuratezza che si stima dell’ordine dell’uno percento. Il limite temporale di BOSS non è casuale. 6 miliardi di anni sembrano riferirsi proprio a un momento critico di cambiamento di marcia. Mentre, prima, l’Universo sembrava decelerare, proprio in quel periodo appare aver schiacciato sul pedale e aver iniziato l’andamento odierno. Il perché è, ovviamente, ancora un mistero, ma studi come questo sono l’unico mezzo per avere conferme osservative dirette.
BOSS è solo l’inizio di qualcosa di ben più generale e approfondito. Si farà uso del DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), a cui collaborano 50 Istituti di ogni parte del mondo, e che sarà inserito al telescopio Mayall di Kitt Peak, in Arizona. Lo scopo sarà di ottenere lo spettro di 20 milioni di galassie e di 3 milioni di quasar, coprendo ben 14 000 gradi quadrati del cielo settentrionale. Si spera di arrivare fino alla fase oscura, ossia riuscire a collegarsi alla situazione subito successiva a quella della radiazione cosmica di fondo. Tutto l’Universo osservato avrà la sua mappa tridimensionale (meglio dire quadridimensionale) e permetterà di descrivere, passo a passo, la splendida vibrazione di un violino eccezionale.
Articolo originale (buona fortuna...) QUI
NEWS
Rilevate le onde gravitazionali: i fotoni non sono più i soli portatori di informazioni
Scoperte due diverse classi di supernove Ia con diversa luminosità
71 commenti
Mamma mia, Enzo: questo sì che è complicato!
), perché me lo sono dovuto leggere già due volte, e credo che non siano bastate.
Vediamo se ho intuito il concetto della BAO (solo intuito, perché capire è tutta un'altra cosa...
Fotoni e barioni nella zuppa primordiale hanno cominciato a separarsi a seguito del raffreddamento della temperatura, la cui variazione spaziale descriveva una sorta di "onda", come visualizzata nella fig. 2. Al momento del disaccoppiamento definitivo (il famoso "fiat lux" biblico...), Materia ed Energia avrebbero mantenuto questa informazione primordiale nella loro distribuzione: per la Materia, la gravità si è preoccupata di organizzare la distribuzione spaziale delle galassie (fig. 4) in modo da preservare lo "schema a onda"; per l'Energia, è accaduto qualcosa di analogo e di ciò ne sarebbe prova la distribuzione del fondo di microonde. Tale "schema" è stato preservato durante tutta l'espansione dell'Universo.
In pratica, mi sembra di capire, è un po' come dire che l'Universo si è comportato come un'immagine sulla quale si fa uno zoom. Io, infatti, me lo sto immaginando così, come cioè se la figura 4, andando nel passato, si riducesse ma le "proporzioni" relative tra le parti restassero invariate: le dimensioni cambiano ma la trama resta identica. Nel caso dell'energia, avviene la stessa cosa: la distribuzione di energia rimane la stessa, cambia solo la sua "lunghezza d'onda", che lentamente aumenta a seguito dell'espansione del Cosmo iniziata al Big Bang: miliardi di anni fa, magari, il fondo di radiazione era negli UV e oggi è nelle microonde, tra miliardi di anni sarà nel campo radio.
Spero di aver afferrato qualcosa...
caro Pier,
direi che hai compreso piuttosto bene. Soltanto, io non penserei in termini di distribuzione di energia e di materia. Basta pensare alla materia che segue molto bene l'oscillazione iniziale. Dove nel rumore di fondo vi erano temperature più basse si accumulava la materia che poi veniva gestita dalla gravità. Rimaneva , però, intatta la vibrazione iniziale, ossia la distribuzione della materia. Lo zoom che dici tu non è altro che una coordinata comovente, ossia un righello che cresce con l'espansione. Invece, il fatto dello spostamento verso il rosso è un fatto slegato rispetto alla struttura della materia e dipende solo dalla velocità di allontanamento della sorgente. Hanno, ovviamente, in comune l'espansione dell'Universo che causa sia lo zoom che l'allontanamento reciproco di ogni struttura.
Comunque, sono piccolezze, il concetto è giusto!!!
Lo ammetto non è una faccenda banale (ho cercato di semplificare il più possibile), ma tu non hai avuto problemi
caro Pier,
aggiungerei una cosa. Se non ci fosse stata espansione, dopo la radiazione di fondo, la materia si sarebbe forse evoluta nello stesso modo creando stelle e galassie, molto vicine ovviamente, ma la vibrazione sarebbe rimasta evidente. Per la luce invece non ci sarebbe stato spostamento verso il rosso. Insomma, qualcosa del genere, ma è una cosa buttata un po' così...
Non riesco a capire come si sia riuscito ad individuare il raggruppamento a sfere, la distribuzione delle galassie nell'universo non era una specie di rete abbastanza intricata?
caro teto,
sfere viste proiettate su due dimensioni danno proprio un reticolato più pieno nelle zone viste di taglio. E' un po' come se vedessi due nebulose planetarie sferiche vicine: ti sembrerebbero due cerchi tangenti... La sfericità viene dalla conoscenza delle tre dimensioni (spettroscopia). La figura è una proiezione sulla sfera celeste, come quella osservata e riprodotta nella solita figura sulla distribuzione delle galassie. Spero dii essermi spiegato... Comunque, il tutto è ovviamente su livelli probabilistici e non si vedono i cerchi perfetti
Capito, grazie, non avevo pensato al passaggio da 2 a 3 dimensioni
ottimo teto!!!
Abbi pazienza però ho qualche dubbio relativamente alla scala temporale degli avvenimenti descritti:
Il plasma (o come descritto nell'articolo la sostanza dove barioni e fotoni erano uniti) si è costituito immediatamente con il big bang? esisteva anche prima e durante l'inflazione?
l'oscillazione acustica barionica è la vibrazione del plasma generata dallo scontro di "forze" tra barioni e fotoni che tentavano di prender vita autonomamente e separarsi?
L'oscillazione dovrebbe accrescere con l'approssimarsi alla temperatura critica di separazione tra barioni e fotoni, quindi inizialmente, subito dopo il big bang, non ci dovrebbe essere stata l'oscillazione no?
Dopo quanto tempo (immagino millesimi di secondo) si stima sia cominciata a presentarsi l'oscillazione?
Il momento della vera e propria frattura quando è stato? al momento della creazione della radiazione di fondo (in cui gli elettroni si son tolti di mezzo) o anche prima?
scusa Enzo le domande a raffica ma è troppo interessante, vorrei cercare di capirne il piu possibile! tu fai finta di essere nel ring di un congresso (vedi articoli precedenti) però le domande son semplici per te perchè vengono dall'ultimissima fila!
caro Alex,
cerchiamo di sintetizzare:
Subito dopo il Big Bang siamo di fronte a un plasma unico dove le particelle che si formano non hanno ancora probabilmente le caratteristiche di materia e energia: sono un tutt'uno, si possono creare e distruggere immediatamente. L'inflazione è una transizione di fase e quindi probabilmente decide la forma dell'Universo, come un palloncino che si gonfia troppo e che localmente simula molto bene una superficie "piatta". Essa serve a ridurre la temperatura e a permettere la separazione tra materia barionica e fotoni (il campo di Higgs ha pensato a regalare la massa). Siamo, però, ancora in una fase in cui barioni e fotoni oscillano insieme (lo zucchero e il latte sono mischiati benissimo tra loro). L'oscillazione si ha nel fluido, indipendentemente dall'esistenza dei barioni e dei fotoni. La separazione avviene a mano a mano che la temperatura scende sempre di più, ed essa segue le oscillazioni che già pervadevano il plasma originario (dovute a infinitesime variazioni di densità). Ne segue che l'oscillazione è relativa a prima della separazione e la separazione approfitta di questa vibrazione sistemandosi in modo adeguato. Tuttavia, è tutta fatica inutile, nel senso che ancora l'interazione tra elettroni e fotoni è strettissima ed essi oscillano in sintonia. Non vi è più plasma indistinto, ma un plasma fatto di fotoni e barioni, i quali però vivono insieme e non si possono staccare gli uni dagli altri. Deve ancora scendere la temperatura, prima che i fotoni non disturbino e non siano disturbati dall'abbraccio degli elettroni. Finalmente gli elettroni vengono catturati dai nuclei e i fotoni sono liberi di viaggiare. Quelle che erano onde in cui la materia barionica cercava di sistemarsi adeguatamente, diventano qualcosa di visibile, perché i fotoni ci mostrano dove è più densa e dove è meno, sulla base della temperatura. E' il momento del disaccoppiamento, del rumore cosmico di fondo, dove la materia mostra chiaramente la sua distribuzione non omogenea e una struttura a onde. C'era già prima, ma non si riusciva a vedere perché i fotoni partecipavano alla danza... Poi la nebbia, che vuole solo dire che la materia si è staccata e indica chiaramente le sue oscillazioni, ma non ha niente per farcelo vedere. Bisogna aspettare che la gravità e la pressione facciano risalire la temperatura e liberino di nuovo i fotoni che, provenendo dalle zone in cui è concentrata la massa, ci mostrano la sua struttura generale. L'onda è nata col Big Bang e si è solo resa visibile in modo diverso al passare del tempo. Prima era un onda "fluida", poi era un miscuglio di latte e zucchero e infine tanti anelli di solo zucchero che erano capaci di farsi vedere costruendo fotoni. Fotoni costruiti e non primordiali, in qualche modo...
Tieni presente che ho veramente semplificato le cose... se un cosmologo mi leggesse mi picchierebbe a sangue!!!!
queste fasi e queste descrizioni le ho già lette varie volte,capendoci un pelo di più ogni volta,ma come divulghi tu enzo,non c'è paragone....comunque semplificando ancora di più la domanda di alexander sulle "date" degli avvenimenti descritti: la radiazione di fondo è un "lampo" nella notte,un'istantanea catturata 380000 anni dopo il big bang,poi non possiamo vedere più nulla fino al (ri)aggregarsi della materia diciamo "ordinaria",ovvero le prime stelle/galassie primordiali circa mezzo miliardo di anni dopo...è così?
come si arriva a dedurre e a "datare" quella foto 380000 anni dopo il big bang?
caro davide... perfetto! (e grazie ovviamente...).
Direi solo meglio il concetto dell'aggregazione. La fase oscura dura finché la temperatura sempre più alta nelle stesse in formazione non spacca di nuovo l'atomo di idrogeno formando ioni e liberando energia sotto la forma di fotoni. I 380 000 vengono sia dal redshift calcolato che dalla teoria standard che parte dal Big Bang e ammette una certa espansione...
Grazie mille Enzo, adesso la sequenza mi è molto piu chiara!
E complimenti per la capacità di sintesi, anche se dici di non esser stato preciso hai riassunto 1/2 modello standard in 1/2 pagina, è da primato!
Esco dal limbo dei lettori per intervenire in questo favoloso blog con una domandina, stuzzicato dall'affabilità e disponibilità dell'impareggiabile Enzo.
Personalmente trovo che la teoria del big bang sia più "logica", sono conscio del fatto che il termine è piuttosto azzardato, rispetto alle teorie alternative molto bizzarre che sono state proposte recentemente. Limitandoci a considerare le quattro dimensioni, come si può affermare che la forma dell'universo sia piatta partendo da una condizione iniziale di singolarità, perciò, correggetemi se sbaglio puntiforme?
Non potrebbe darsi che sia sferico e il limite che noi possiamo osservare sia solo l'orizzonte, e che data l'enorme estensione gli angoli previsti dalla trigonometria sferica siano così piccoli da essere trascurabili? Oppure che l'espansione si sia sviluppata in altre dimensioni spaziali a noi invisibili.
Inoltre, visto che sembra assodato che le galassie si allontanano le une dalle altre in tutte le direzioni, è possibile che sia un fenomeno legato all'inflazione in atto che "gonfia" il palloncino del nostro universo? In tal caso non servirebbe scomodare una fantomatica energia oscura con effetto repulsivo, sarebbe tutto il teatro a crescere!
caro lucianodev,
innanzitutto è un gran piacere conoscerti "quasi" direttamente!!
Rispondo punto a punto:
1) Hai già dato la risposta da solo: l'Universo piatto è ovviamente quello Osservabile, dato che niente può darci informazioni su ciò che non riusciamo e/o riusciremo mai a vedere.
2) Il problema che da una singolarità come il Big Bang si sia arrivati a una sfera enorme, da poter essere considerare piatta è proprio stato risolto dall'inflazione.
3) L'espansione prevista dal Big Bang e dalle prime fasi ricostruite davano una situazione di decelerazione costante dell'espansione che tenderebbe a fermarsi all'infinito. Ne segue che l'accelerazione mostrata dalle SN Ia e, adesso, anche dalla struttura globale, sembra invertire la tendenza, ossia aver fatto scattare un'accelerazione intorno ai 6 miliardi di anni fa, non certo riconducibile all'inflazione. Ecco, quindi, nascere l'energia oscura.
Aggiungo un ragionamento tutto mio: Se l'energia oscura ha vinto una lotta contro la gravità che aveva il sopravvento nei primi miliardi di anni, il suo ruolo può essere svolto da qualsiasi altra cosa, compresa una costante che prima o poi si comprenderà -forse- attraverso la MQ.
L'accelerazione sembra ormai un dato di fatto e non può riferirsi all'espansione violenta dell'inflazione che deve tendere a smorzarsi sempre di più, senza "aiuto" di tipo diverso.
Mi raccomando, hai rotto il ghiaccio... adesso fatti sentire più spesso!!!!
butto qua un pensiero folle,volevo sapere se non è mai stata presa in considerazione una cosa: in base a teorie e calcoli ci saranno stime di quanto possa essere esteso l'universo totale e che percentuale di esso noi riusciamo a scorgere (il nostro universo visibile)no? può essere che ne abbiamo uno scenario così limitato rispetto al "tutto" che non potremo mai comprenderne,la forma,struttura e natura? cioè voglio dire,quella più o meno uniforme "uniformità"(scusate il gioco di parole) che vediamo in ogni direzione nello spazio profondo non è certo scontato che "prosegua" per tutto il resto dell'universo totale no? se siamo in mezzo ad un lago e tutto quello che possiamo vedere è una sfera di acqua all'interno del lago non potremo mai sapere che c'è una riva,un monte e un campo di grano....spero di essermi spiegato...è un'obiezione plausibile o è follia?
torno al lavoro,buona giornata a tutti
vabbè dopo questa
@ Davide,
) e quindi le nostre scoperte perderebbero parte della loro validità. Almeno, così penso io.
Provo a risponderti in parte io.
Ovviamente, nulla vieta che lontanissimo da noi l'Universo sia "diverso", ma se così fosse non avrebbe senso postulare il Principio Cosmologico, che ci permette di estendere le Leggi della Fisica e della Chimica in ogni dove. Se assumessimo che l'Universo non è omogeneo, chiaramente a meno di variazioni locali, significherebbe porci nella condizione di osservatori "privilegiati" (quale sia il privilegio non si sa, ma facciamo finta...
Sulla stima delle dimensioni dell'Universo, in teoria dovrebbe essere una "sfera" di raggio 13.8 miliardi di anni luce. Ma siccome, sappiamo che in alcuni momenti, specie subito dopo il Big Bang, si è espanso a velocità superluminali, ecco che magari potrebbe essere (anzi, sicuramente è) più grande. Ho sentito buttare lì qualcosa come 45 miliardi di anni luce di raggio, però sto andando a memoria, molto fallace negli ultimi tempi.
dunque... Pier risponde bene a Davide riguardo all'omogeneità dell'Universo, ma va un po' in crisi sulle dimensioni...
Comincio con Davide. Carissimo, il paragone del lago e delle sponde lontane non sta in piedi se l'universo segue il modello standard, ossia se esiste un unico punto di inizio e tutte le sue conseguenze. Noi non siamo privilegiati per definizione. Tuttavia, è anche vero che possiamo conoscere solo una piccola (o grande?) parte dell'intero Cosmo e questo potrebbe avere ripercussioni sulla sua geometria generale. In ogni modo, quando si parla di forma di Universo si intende sempre la forma di quello osservabile. E' vero anche che data una geometria locale, esiste una geometria speciale, detta di Riemann, che pone dei limiti anche a quello globale (ma qui le cose diventano troppo complesse...). Limitiamoci a dire che se l'Universo è veramente localmente piatto è facile che lo sia anche globalmente. Pensiamo, però, sempre che dire piatto vuol solo dire che vale la geometria euclidea e non pensiamo a una superficie piatta o a qualcosa del genere!!!
Caro Pier, le dimensioni sarebbero di 13.8 miliardi di anni luce (ossia una sfera centrata su di noi di raggio 13.8 miliardi di anni luce) solo se non ci fosse stata l'espansione. Infatti, senza espansione, le cose più distanti che riusciremmo a vedere avrebbero potuto percorrere solo uno spazio tale a quello rettilineo della luce, ossia un anno luce all'anno di tempo. L'espansione, però, sia che sia più veloce della luce oppure no, allunga il percorso della luce e quindi le cose più distanti che vediamo sono oggi a distanze ben superiori, proprio i 45 miliardi di chilometri di raggio. Viene utilissimo a questo riguardo tutta la descrizione del cono di luce di cui ho parlato moltissime volte e a vari livelli: vedi a riguardo tutta la parte su astronomia.com (e ancora più ampia sui due libri...). Non confondiamo, in ogni caso, la velocità superluminale che caratterizza la sfera di Hubble e che è relativa a noi e alla velocità di recessione, da quella dell'espansione dell'Universo. Anche con un'espansione più lenta della luce, vi è un confine oltre il quale gli oggetti "scappano" più veloci della luce.
Il riferimento è questo... http://www.astronomia.com/risorse/approfondimenti/espansione-delluniverso-e-velocita-della-luce/
Va be', dai, ci ho provato. Ho tentato di avanzare nella platea del pubblico e sono stato respinto nelle ultime file...
no,ma grazie ad entrambi,effettivamente era una sparata un pò così,ogni tanto mi escono e non riesco a trattenermi dal (pro)porle,portate pazienza....comunque tornando sulla terra,anzi nel nostro universo conosciuto,sto cominciando un pò a capire la teoria dell'inflazione,del modello del big bang nelle prime fasi dell'universo; quello che mi suona veramente strano è la cosa che a metà del nostro tempo vi possa essere una forza che "cambia" come il vento....cos'è sta cosa del cambio di marcia nell'espansione sei miliardi di anni fa?si riferirebbe ad un momento preciso o ad una graduale "inversione"?puoi spiegarla, enzo?
Ho provato a dare un'occhiata al lavoro originale e m'è venuto un colpo!
Siamo proprio difronte ad argomenti estremamente complessi, ma riteniamoci fortunati nel poter vivere questo periodo storico ricco di nuove scoperte per l'astrofisica e di poter ragionare e farci le nostre idee su questi affascinanti quesiti.
E' bello poi notare come vadano di pari passo le osservazioni astronomiche, che riguardano dimensioni e distanze inimmaginabili, con le osservazioni del mondo microscopico svolte negli acceleratori di particelle, ed ogni dato che ne scaturisce conferma sempre la bontà del Modello Standard.
Il prossimo passo sarà sicuramente quello di capire la materia oscura e l'energia oscura, e queste nuove scoperte insieme all'Higgs credo che ci daranno presto una risposta.
caro Davide,
la spiegazione è abbastanza "semplice" : questa forza o energia che tende ad accelerare l'espansione esisteva fin dall'inizio, ma per un certo periodo di tempo l'Universo e questa accelerazione erano abbastanza piccoli da non riuscire a superare gli effetti più potenti della gravità. Ci sono voluti 6 miliardi di anni e un universo molto più grande perché l'energia oscura (o quello che è) riuscisse a superare la gravità e a diventare dominante. Tuttavia, la gravità cerca di resistere all'espansione, ma fa sempre più fatica... Se fai un grafico dell'espansione verso il tempo: subito dopo l'inflazione l'accelerazione dell'espansione tende a diminuire per effetto della gravità che si ribella allo sparpagliamento (la somma tra forza che tende a espandere e quella che tende a unire dà ragione a quella che unisce). A mano a mano che l'universo si espande, le distanze aumentano e la gravità globale diminuisce, mentre quella "oscura" mantiene la sua accelerazione. A un certo punto quest'ultima diventa più potente rispetto a qualcosa che continua a diminuire e quindi inizia a mostrare un espansione accelerata, che prima era nascosta dagli effetti della gravità... Spero di essere stato "abbastanza"chiaro...
chiarissimo, sembra quasi di aver avuto la descrizione della costante cosmologica di einstain!
una forza costante che fa parte dello spazio tempo i cui effetti sulla struttura dell'universo diventano sempre piu evidenti quanto maggiore doventa lo spazio tempo a disposizione o no?
contemporaneamente maggiore e' lo spazio e minore diventa l'intensita' della gravita' che decresce con la distanza tra le masse...
perfetto Alex!
direi solo che la "forza" costante non è favorita dalle dimensioni crescenti. E' solo la gravità che ne è sfavorita. Ma forse volevi proprio dire questo...
Rieccomi ad abbeverarmi a questa preziosa fonte !
Quello a cui alludevo nel mio primo intervento era proprio la sovrapposizione di due effetti, uno legato all'inflazione primigena, chiamiamola di primo livello, e la seconda attuale espansione di secondo livello a cui stiamo assistendo. La ripresa misurabile dell'espansione e dovuta prb.alla rarefazione della materia. Non avevo centrato bene la domanda!
caro Luciano,
purtroppo questa è la limitazione dei post: spesso non riescono a essere compresi in pieno... Ma noi prima o poi risolviamo i piccoli impacci dovuti a commenti troppo brevi
Certo, certo, prima o poi aggireremo anche questo mini-ostacolo!
Tornando alle nostre elucubrazioni, a questo punto mi viene da pensare che se questa "lenta" crescita dello spazio-tempo, il tessuto su cui poggiano, deformandolo, tutti i corpi celesti, fa aumentare anche l'ampiezza della B.A.O. stirandola, si potrebbe postulare una relazione con la costante di Hubble, quei famosi 67 e rotti km/megaparsec al sec. che fino a ieri consideravo come ALLONTANAMENTO in uno spazio-tempo dato.
La legge di Hubble potrebbe essere la misura della costante di inflazione cosmologica di secondo livello? (ho coniato un neologismo!).
Quindi, trovandosi in relazione istante per istante con l'onda acustica barionica anche questa varierebbe proporzionalmente, essendo entrambe riferite a quel preciso stato di inflazione del cosmo (il fattore di Zoom proposto nei post precedenti)
Questo spiegherebbe perché la costante di Hubble non è poi così costante come lo stesso Edwin Hubble ebbe modo di rilevare.
Forse sto svolazzando un po' troppo in alto e anche al buio!
chiarissimo,grazie enzo...anch'io sto piano piano uscendo dalla fase oscura e la fitta nebbia dell'ignoranza pare diradarsi lentamente
insomma , in questo tira e molla e lotta di forze come si fa a parlare di costanti cosmologiche? nella partita cosmica di "costante",mi pare esserci ben poco... non è fondamentalmente un pò fuorviante come termine?
una cosa,che in qualche modo cita anche luciano: se dall'inflazione in poi è iniziato il "match" cosmico tra la gravità e l'energia oscura,con uno che va in vantaggio,l'altro pareggia,poi segna il 2 a 1
cari amici,
il problema è stato semplificato e forse porta a qualche confusione. La costante inserita da Einstein aveva lo scopo di rendere STATICO l'universo. Essa entrava nelle equazioni di campo e non è quindi qualcosa di direttamente assimilabile a una forza, ma qualcosa di più complesso. In parole povere, però, cercava di equilibrare la gravità che avrebbe dovuto vincere e fare collassare tutta la materia dopo l'inflazione. Il suo scopo primigenio era di ottenere un'universo stabile che non mutasse. Le osservazioni (e anche ulteriori teorie) dimostrarono che una tale costante di campo era altamente critica e che l'Universo avrebbe comunque collassato o si sarebbe espanso: bastava una piccolissima variazione. Lo stesso Einstein si convinse dell'errore e annullò la sua ipotesi.
L'espansione dell'universo è quindi basata,su un fattore dipendente dalle condizioni post inflazione e dalla densità critica dello spazio, legata all'energia del vuoto cosmico. Ma, forse, può anche giocare un suo ruolo una costante di campo (simile a quella di Einstein) che implica un'accelerazione costante e quindi una velocità crescente. Chiamiamola energia oscura o semplicemente una costante fondamentale della Natura come molte altre, essa sembra portare a ciò che le recenti osservazioni dimostrano. Non meravigliamoci se è una costante, lo è anche la G della gravità e molte altre.
Completamente diversa è la costante di Hubble, la quale indica soltanto il valore della velocità di espansione in un dato istante cosmologico. La chiamiamo costante perché è quella che si si riferisce all'istante attuale, ossia che si avrebbe in questo momento in qualsiasi punto dell'osservatorio fossimo. Tuttavia, non indica come l'Universo si è espanso, solo che sta seguendo la geometria di uno spazio in dilatazione. Essa è quindi funzione del tempo in quanto è legata, istante per istante, a come l'Universo sta espandendosi, accelerando oppure no.
Ovviamente, per rispondere anche a Luciano, la dilatazione continua trascina con sé anche la materia e la sua struttura e quindi anche la BAO. Dice quindi cose sensate, ma in qualche modo previste. L'importanza della BAO è proprio quella di mostrare attraverso la struttura della materia nel cosmo (osservabile) anche l'evoluzione dell'espansione e la sua possibile accelerazione (non osservabile direttamente). Ha, quindi senz'altro ragione a dire che sono parametri strettamente legati tra loro.
Per rispondere anche a Davide, diciamo che la partita è più complicata ed è a tre (almeno). Vi è un'espansione dovuta a densità critica e alle condizioni post inflazione che non fa collassare l'Universo e quindi lotta con la gravità. Vi è, inoltre, una qualche forza o costante cosmologica o energia oscura che favorisce l'espansione accelerandola. Il 2 a 1 finale ha tre goleador, ma due giocano dalla stessa parte. In altre parole, abbiamo la composizione di tre curve che variano col tempo e che quindi cambiano la loro somma istante per istante.La gravità tende a schiacciare, l'espansione a dilatare e la costante o, quello che preferite, aiuta e dà energia all'espansione. Insomma, vince facile...
Ora mi è tutto più chiaro! Ancora una volta grazie a Enzo per la pazienza, so che con noi marinai di acqua dolce è difficile navigare
Non mollare! Siamo piccoli ma cresceremo 'non grazie all'inflazione'!
Ciao.
L'universo è fisica, matematica e biologia se si riuscisse a dimostrare che l'universo ha avuto origine dal nulla (0 ) il vuoto allora per la matematica sarebbe infinito, perchè uno spazio vuoto non può finire. Il paradosso di Russell ci dice che nulla può contenere tutto e l'assioma dell'infinito. L'insieme vuoto in matematica è lo 0. L'assioma dell'infinito ci dice esiste un insieme che contiene lo 0 e il successore di ciascuno dei suoi elementi all'infinito.
Mi ha colpito il fatto che ad un certo punto l'universo che prima si espandeva frenato si è improvvisamente accelerato,mi sembra logico pensare che a parità di pressione la gravità non ce l'ha più fatta e ha mollato la presa,forse con l'inverso della distanza?Domanda: si parte sempre dal Big Bang come punto che si espande in forma circolare,ma i grandi attori dell'universo espellono materia ed energia dai poli,forse l'antimateria è andata dall'altra parte.
Visione bellissima e commovente. E anche molto ottimistica, in quanto garantisce la vita eterna a chi rispetti le regole morali.
Da "Il Gioco delle stelle". Mi è piaciuta la prefazione dalla quale è estratta questa frase.Mi viene in mente un'altra frase :"Chi si accontenta muore sereno".
Gianni, io dalla legge di gravitazione universale deduco che la forza di gravità diminuisce con la distanza, quindi l'espansione dell'universo dovrebbe accelerare se si considera che il suo inizio ha avuto origine da un punto. I sostenitori del Big Bang affermano che solo quest'ultimo può produrre l'abbondanza osservata di elementi leggeri in particolare il litio, ma questa teoria sull'origine dell'universo non mi convince.
Domanda Perchè c'è qualcosa invece che il nulla? Se il nulla non è sinonimo di vuoto quantistico perchè in matematica lo 0 è l'insieme vuoto e comunque lo 0 è qualcosa e non il nulla? In realtà è un numero se ci pensi!
cara Rita,
io lascio pure che tu ti diverta a prospettare scenari contrari a quelli di chi ha passato una vita a studiarli con ben altra preparazione della nostra. Non posso, però, permettere, che tu inserisca errori madornali...
La gravità diminuisce con la distanza... OK. Ma ciò che comporta un rallentamento nell'espansione non è certo la "distanza" dal Big Bang (una distanza temporale e non certo geometrica dato che il Big Bang è dappertutto), ma la gravità di tutte le strutture dell'Universo, galassie e ammassi in primis. Studiati bene l'espansione dell'Universo, il cono di luce e tutto ciò che lo definisce...
Gli elementi leggeri si originano nella nucleosintesi primordiale e su questo ci sono prove di tutti i generi. Non accettarle senza portare teorie alternative è un gioco senza capo né coda, che non può certo essere accettato da chi vuole conoscere l'Universo e la Natura in genere. C'è sempre la fantascienza per quello, ma ridendoci sopra...
La matematica è una rappresentazione teorica ma non fisica. Ricorda che è solo il suo linguaggio, ma non un evento naturale. Lo 0 è tutto e niente... basterebbe conoscere i limiti e cose del genere.
Sai, tu sembri proprio uno di quelli che vogliono sparare idee a raffica, senza voler fare la minima fatica a studiare. Proprio l'opposto di ciò che vuol fare questo blog. Ti ho già detto che se vuoi inventarti ipotesi e visioni fondate sul niente (quello matematico e anche fisico) ci sono mille altri blog che vivono di quello. Qui da noi certe fantasie prive di conoscenza non hanno posto e lasciano il tempo che trovano.
Domanda: tu hai la più pallida idea di cosa sia il mare di Dirac, il vuoto quantico, il principio di Heisenberg, lo spaziotempo relativistico? Se non ce l'hai, ti prego di studiarli prima di avanzare ipotesi che possono solo confondere chi vuole veramente imparare.
A buon intenditor... e mi fa molto strano che tu sia una biologa, ossia una scienziata e che, però, non riesca a capire l'essenza della ricerca scientifica...
Senta, se vuole non scrivo più. In fin dei conti faccio domande per capire, che siano assurde o ci siano errori, se ha bontà di chiarirmeli la ringrazio e sono su questo blog per questo, non per inventare una formula semplicemente per chiarire le mie domande da inesperta. Tutto è in discussione :-). Sto leggendo un libro l'universo dal Nulla di Lawrence Krauss. Da Leavitt e Hubble alla legge di gravitazione universale, deduco che dovrebbe accellerare. Non mi diverto per niente :-)!!! Complimenti il suo blog è molto interessante e la prego di permettermi il lusso di sbagliare.
E no, cara Rita... tu non ti limiti a chiedere (il che sarebbe più che giusto), ma scrivi chiaramente:
I sostenitori del Big Bang affermano che solo quest'ultimo può produrre l'abbondanza osservata di elementi leggeri in particolare il litio, ma questa teoria sull'origine dell'universo non mi convince
E quale sarebbe la TUA alternativa?
E nemmeno questa è una domanda:
io dalla legge di gravitazione universale deduco che la forza di gravità diminuisce con la distanza, quindi l'espansione dell'universo dovrebbe accelerare se si considera che il suo inizio ha avuto origine da un punto
Tu non stai chiedendo cos'è la forza di gravità o dove è il Big Bang... ma deduci senza troppo problemi un qualcosa di assurdo.
Inizia con molta più umiltà e fai domande mirate sui "fondamentali" che non conosci (o vai a leggere gli approfondimenti) prima di sparare deduzioni e concludere con dati di fatto senza alcuna base scientifica. Se non si conoscono gli elettroni, i protoni e i neutroni è molto difficile parlare di atomi....
Ok, per questo lei ha pienamente ragione, la verità è che ciò che penso sembra assurdo anche a me :-). Per avere chiarimenti farò delle domande e non affermazioni!!! Grazie
Per l'alternativa devo leggere prima la teoria del tutto. Buttata lì così da un buco nero
cara Rita,
così andiamo meglio. Tuttavia, ricorda che NON esiste ancora nessuna teoria del tutto che abbia delle basi appena appena solide. Oltretutto, per entrare al suo interno bisogna conoscere molto bene la fisica non solo classica, ma anche quella più moderna. E' molto meglio imparare prima queste...
Cos'è la nucleosintesi primordiale? Essa avviene dopo il big bang, come fa dal nulla a nascere tutta questa materia? E inoltre "Un buco nero primordiale è un tipo ipotetico di buco nero che non è stato formato dal collasso gravitazionale di una stella ma dall'estrema densità della materia presente durante l'espansione iniziale dell'universo" Da dove viene la densità della materia durante l'espansione iniziale?
Cosa si intende per vuoto quantistico?
cara Rita,
ricorda innanzitutto che materia ed energia sono due manifestazioni della stessa cosa. Tutte le fasi di trasformazione di energia in materia sono state studiate piuttosto bene. La materia che si è creata nelle prime fasi dell'Universo era concentrata in un volume piccolissimo e quindi la densità era elevatissima.
Il Big Bang è ovviamente ancora un mistero per tutti (ma non per questo va escluso dai modelli, anzi... le conferme posteriori sono molteplici, come la radiazione di fondo). Tuttavia, la meccanica quantistica e il vuoto non vuoto dominato dal principio di Heisenberg, potrebbero avere innescato un cambiamento di fase durante la continua nascita di energia e di successiva scomparsa. L'inflazione avrebbe ingigantito questa anomalia locale. Abbiamo parlato a lungo dell'inflazione cosmica in un articolo che puoi facilmente trovare con il motore di ricerca.
La nucleosintesi primitiva risulta ovvia a mano a mano che si passa dai quark alle particelle successive e alla diminuzione di temperatura: nascono gli atomi.
vuoto quantistico? Come fai a criticare il modello di Big Bang se non lo conosci? Come ti ho detto, vai a leggere quanto scritto sull'inflazione e sulle prime fasi dell'Universo. E magari leggiti tutto ciò che è stato scritto nella MQ e nella QED.
Continuo a pensare che a te piace trarre conclusioni affrettate senza aver voglia di studiare... Le tue domande non sono certo domande a cui rispondere con una frase buttata lì. Non per niente vi sono centinaia di articoli in questo blog e siamo solo all'inizio...
Ho letto che una critica al modello del Big Bang era che non rispettasse una regola inviolabile nel mondo naturale, la legge di Lavoisier. In questo caso fu fondamentale stabilire che il Big Bang non creò nuova massa, ma espanse massa già esistente nel punto compresso della singolarità" Mi sembra più assurdo che pensare da quello che ho potuto capire a un vuoto quantistico e alla forza del vuoto. "Casimir e la tangibile forza del vuoto" In fisica l'energia potenziale è un particolare tipo di energia dovuta all'azione di una forza è possibile che sia la forza del vuoto a un certo punto a produrre energia? Possiamo certamente creare un vuoto in cui eliminiamo ogni particella e, in generale, ogni forma di energia, ma non è possibile eliminare completamente delle fluttuazioni intorno a quel valore nullo dell’energia. Purché abbiano una durata limitatissima, le fluttuazioni dell’energia possono assumere anche grandi valori.
stai proprio parlando del vuoto quantistico e delle sue fluttuazioni. Perché, allora, cerchi ipotesi alternative? Non capisco se rifiuti i modelli alternativi oppure no... Comunque sia, nessuno al momento può essere sicuro di sapere cosa accadde all'istante iniziale e se davvero fu un momento iniziale. Finché non si troverà la quadra tra MQ e RG, le varie teorie del tutto non hanno senso... Quella standard è la più vicina alle osservazioni seguenti, ma -come dice Galileo- fatta una teoria basata anche su osservazioni bisogna tentare di tutto per demolirla, prima che possa essere accettata. Ma demolire vuol dire usare ipotesi alternative basate su fatti sperimentali, non su elucubrazioni matematiche mentali e basta.
Lo so bisogna trovale le prove
Io in base a elucubrazioni matematiche mentali penso inoltre che l'universo sia stabile per non contraddire il "principio del tutto o niente" fisiologico quindi naturale. Il bosone di Higg ci fornirà la prova.
Allora (se ho ben capito) i ragionamenti plausibili sono, ad oggi?
Ho letto gli articoli, quindi al momento vi sono prove solo per il Big Bang non solo fisiche ma anche matematiche. Non è certo cosa sia successo prima. Hawking parla di un buco nero inverso, Krauss di un universo dal nulla ma sono solo teorie in pratica, l'universo dal vuoto quantistico può essere dimostrato solo conoscendo la quadra tra MQ ed RG!!!Una domanda può avvenire una dispersione di materia all'interno di un buco nero? Qual'è la funzione dei buchi neri e in particolare quello primordiale?
Secondo Stephen Hawking: "I buchi neri emettono un particolare tipo di radiazione, definita “radiazione di Hawking”. L'energia emessa con la radiazione di Hawking è accompagnata dalla creazione di particelle di energia negativa che cadono all'interno del buco nero. Queste ultime particelle riducono l'energia del buco nero, che quindi dovrebbe scomparire, o "evaporare", come dicono i cosmologi"
Credo che ad oggi, nonostante alcuni tentativi di simulazione in laboratorio, tale teoria abbia solo una base matematica, ma sia tutta da dimostrare.
"Simulata in laboratorio la radiazione di Hawking" http://www.lescienze.it/news/2014/10/13/news/radiazione_hawking_evaporazione_buco_nero_laboratorio-2327570/ La domanda è: il calore emesso da questa radiazione ci spiega la nucleoneosintesi, come lo fa il Big Bang?
Sinceramente non so se la radiazione di Hawking produca o meno calore ma, considerati i suoi ipotetici effetti, mi sembra fantasioso metterla in relazione con processi di nucleosintesi, consistenti nella produzione di elementi chimici,
" Un buco nero non è poi così nero. È una lievissima sorgente di calore. Se fosse isolato in mezzo a un cielo senza stelle, non sarebbe nero ma apparirebbe come una piccola sfera con una pallidissima luce" Carlo Rovelli
Scusa Rita, personalmente ritengo la curiosità un bene prezioso, però mi sembra che tu stia mettendo insieme ragionamenti che conosci poco e arrivi addirittura a trarre delle conclusioni.
Come puoi trarre conclusioni senza analizzare e conoscere a fondo i concetti da cui parti?
A mio modesto avviso più che trarre conclusioni tanto affettate quanto totalmente prive di robuste argomentazioni, prima bisognerebbe conoscere ciò di cui si sta parlando in ogni suo passaggio, matematico e fisico.
Personalmente sono curioso, ma di alcune teorie cosmologiche a me piace capire qual è il ragionamento e quali sono le argomentazioni che si intendono proporre.
Al limite posso intuirne il ragionamento logico, ma non sarei in grado di contestare o confermare tale ragionamento, semplicemente perché non conosco tutti i passaggi che hanno portato l'autore a sviluppare tale teoria.
Detto ciò due piccole informazioni, su quanto stai affermando.
Innanzitutto nei tuoi post continui a parlare di buco nero primordiale al singolare … io userei il plurale.
Si intende per buchi neri primordiali quelli sviluppatisi nelle prime fasi di sviluppo dell'Universo (quando e come è oggetto di studi, approfondimenti e discussioni... è nato prima il buco nero centrale delle galassie o si è formato successivamente alla galassia?).
Se ti riferisci invece al Big bang, inteso come materia ed energia di densità infinita concentrati in un punto privo di spazio e tempo, allora le cose cono molto più complicate ed il paragone con un buco nero che curva uno spaziotempo a mio avviso non regge, poiché lo spaziotempo così come lo conosciamo ancora non esisteva.
Ne segue che parlare di buco nero primordiale al singolare lo trovo semplicemente privo di senso, ma come vedi la mia logica conclusione sembra più un opinione che una robusta argomentazione scientifica.
Inoltre ciò che viene definito buco nero perlomeno andrebbe distinto tra ciò che accade all'interno dell'orizzonte degli eventi e ciò che accade al suo esterno.
Su ciò che accade all'interno non dico nulla, semplicemente perché esistono diverse ipotesi matematiche che sviluppano alcune equazioni legate alla Relatività Generale, ma da qui a dire di sapere cosa succede e come collassano le leggi fisiche conosciute ne passa..
All'esterno sicuramente ci sono particelle che ruotano attorno al buco nero a velocità relativistiche, per cui è normale con tutti quei veloci movimenti che si crei anche inergia termica oltre a campi magnetici.
La radiazione di Bekenstein-Hawking, però è un altra cosa e da ciò che ho capito leggendo l'autore si tratta di un fenomeno quantistico.
In prossimità dell'orizzonte degli eventi di un buco nero si creano dal vuoto per brevi istanti particelle e antiparticelle virtuali che si annichiliscono l'un l'altra... se in tale istante una delle due particelle viene catturata all'interno dell'orizzonte degli eventi e l'altra sfugge al buco nero, quest'ultima sopravvive e non si annichilisce, generando una radiazione..
Prendi con le pinze queste mie semplificazioni, ma come vedi le cose sono colto più complesse di quanto sembrano e più che trarre conclusioni conviene ampliare molto più umilmente ampliare la conoscenza..
Paolo
Ciao Paolo, semplicemente sono incuriosita dall'argomento, non sono un fisico nè un astronomo, studiare fisica e astronomia non è nei miei progetti anche se mi sarebbe piaciuto. Sto solo leggendo alcuni libri e teorie e mi sembra molto interessante questo blog, grazie al quale capisco meglio alcune cose. Un esame di fisica, di matematica e di Statistica all'università l'ho fatto certo non ne so di fisica quantistica o cosmologia ma un infarinatura per poter leggere qualcosa di più moderno ce l'ho!! Se arrivo a delle conclusioni è perchè nell'assurdità per me hanno un filo logico. Ad esempio la Teoria di Hawking, non può ad oggi essere dimostrata scientificamente. A me viene da pensare se la radiazione di Hawking è stata calcolata, potrebbe essere paragonata alla radiazione cosmica di fondo del Big Bang e quindi spiegare la nucleoneosintesi? Per i buchi neri non saprei proprio risponderti. Ma da quanto ho capito c'è un buco nero primordiale e tanti buchi neri. Qual'è la funzione di questo buco nero primordiale?
Un' altra domanda cosa c'èra prima del Big Bang alcuni pensano un altro universo secondo la teoria del Big Bounce (se fosse davvero così perchè questo universo non dovrebbe avere un grande rimbalzo?)
Ciao Rita, non basta un filo logico per giungere a conclusioni...
La radiazione cosmica di fondo non rappresenta il Big bang, ma l'Universo primordiale all'età approssimativa di circa 300.000 anni dopo l'inizio.
Cosa centra la radiazione di Hawking con la radiazione cosmica di fondo?
Dove hai letto di un unico buco nero primordiale?
Su quali basi puoi sostenere una simile ipotesi'
Saresti in grado di spiegare e dimostrare a tutti tale ipotesi?
Io ti confesso che per capire davvero tutti i passaggi di una teoria cosmologica avrei bisogno di irrobustire molto la mie basi, altrimenti non resta che fidarmi... ma qui non si tratta più di cono-scienza, ma di chi fiducia...
Paolo
Su internet, wikipedia e altri articoli,
"Un buco nero primordiale è un tipo ipotetico di buco nero che non è stato formato dal collasso gravitazionale di una stella ma dall'estrema densità della materia presente durante l'espansione iniziale dell'universo.
In accordo con il modello di Big Bang caldo"Wikipedia
"Buchi neri primordiali e materia oscura
di Vincenzo Zappalà "
"In cosmologia, la radiazione cosmica di fondo, detta anche radiazione di fondo, abbreviata spesso in CMBR, dall'inglesecosmic microwave background radiation, è la radiazione elettromagnetica residua prodotta dal Big Bang che permea l'universo[1]." Wikipedia
non saprei dimostrarla non ho le conoscenze
Non mi sembra che negli articoli che hai linkato si parli di un unico buco nero primordiale...
Semmai si ipotizza l'esistenza di buchi neri formatisi nelle prime fasi di vita dell'universo, non dovuti al collasso gravitazionale di una stella (per questo sostenevo che sull'esistenza e sui meccanismi di formazione di buchi neri primordiali la discussione è tutt'altro che conclusa).
Sulla radiazione cosmica di fondo e sulla sua datazione basta leggere ciò che hai linkato:
“Quando la temperatura scese a qualche migliaio di kelvin, gli elettroni liberi e i nuclei cominciarono a combinarsi tra loro per formare gli atomi, un processo conosciuto come ricombinazione[46]. Poiché la diffusione dei fotoni è meno frequente da atomi neutri, la radiazione si disaccoppiò dalla materia quando tutti gli elettroni si ricombinarono (all'incirca 379 000 anni dopo il Big Bang). Questi fotoni formano la radiazione cosmica di fondo, che è possibile rilevare oggi e il modello osservato delle fluttuazioni di tale radiazione fornisce un'immagine del nostro universo in quell'epoca iniziale.”
Alla fine queste teorie cercano di fornire spiegazioni partendo dalla fisica, dalla Relatività Generale e dalla fisica delle particelle (quantistica), senza conoscere molto bene tali presupposti diventa difficile anche solo capire di cosa si sta discutendo.
Enzo nel circolo ha iniziato un lungo cammino che dalla relatività Ristretta ci sta conducendo verso la Relatività Generale, così come ha raccontato una parte della QED e della MQ...
Io preferisco partire da lì... e ti assicuro che ciò consente di migliorare la comprensione anche delle tante teorie cosmologiche, o perlomeno delle loro semplificazioni (purché fatte seriamente e non tipo Talk-show)...
Paolo
ok, comunque qui in quest'articolo si parla di un "Un mostruoso buco nero ai primordi dell'Universo" http://www.focus.it/scienza/scienze/un-mostruoso-buco-nero-ai-primordi-delluniverso
scusa Rita, ma li leggi i commenti? E gli articoli?
in quello che citi si parla di un buco nero all'interno di una galassia, proprio quello che ti ha detto Paolo. Uno di tanti... primordiali (sempre che esistano e non si siano formati dopo la galassia), ma non certo il Big Bang... La materia nasce dopo. No, cara mia, non puoi porre domande senza leggere risposte e articoli.
I miei collaboratori ed io siamo sempre disponibili con chi vuole sapere, ma non con chi sembra non volere nemmeno leggere le risposte.
Sii chiara e dicci se hai capito la differenza tra buco nero primordiale e Big Bang. Se no è inutile continuare...
Ne abbiamo parlato anche qui... comunque quell'immagine dell'Universo è di quando aveva circa 7/800 milioni di anni.. (la luce ha impiegato circa 12,8 miliardi di anni per arrivare qui).
Ciò che ci si domanda è: quale processo ha consentito ad un buco nero così massiccio di svilupparsi in così poco tempo?
Il collasso gravitazionale di origine stellare sembrerebbe insufficiente per produrre un buco nero così massiccio in così poco tempo...
Tutto ciò però non centra nulla con un unico buco nero primordiale, ma centra molto con i diversi modelli possibili per la formazione dei buchi neri supermassicci.
Paolo
Non mi è molto chiaro in effetti, ok Il buco nero è una cosa il big bang un'altra, è uno scoppio, non mi è chiaro se il buco nero si è formato dopo o prima o durante il Big bang? E sempre che esistano i buchi neri primordiali perchè sono chiamati primordiali in particolare quello di cui parla l'articolo sembra abbia ingurgitato una galassia intera.
Quelli primordiali presenti in altri quasar come si sono formati, se il primordiale della nostra galassia dalla materia?
Perchè chiamarli primordiali, perchè datati in quel periodo forse?
Perchè si suppone siano nati quando l'universo era molto, molto giovane, ossia ai primordi.. (molto giovane non significa prima della nascita)..
Paolo
ok Grazie
cara Rita,
direi che è l'ora di mettere i puntini sulle "i". Da quello che chiedi si vede chiaramente che non hai la minima idea dell'evoluzione dell'Universo. Non c'è ovviamente niente di male, anzi ti fa onore volerne sapere qualcosa. Tuttavia, non capirai mai come funzionano le cose se parti dagli articoli sulle teorie più estreme. Ti consiglio vivamente di leggerti un libro divulgativo ben fatto che ti dia un'idea generale di cosa siano i vari oggetti celesti, dei tempi dell'universo e dei processi fisici di base. Per le teorie ultramoderne e senza riscontri osservativi o di pura matematica c'è sempre tempo. Bisogna, però, scegliere bene cosa leggere.
La bibliografia è vastissima, ma devi stare su un livello basso... E' inutile parlare di radiazione dei buchi neri se magari non conosci nemmeno la radiazione luminosa (come sembra quando paragoni la prima con la seconda).
Non voglio fare pubblicità, ma nella sezione LIBRI puoi trovare i miei che sono proprio alla portata di chi vuole cominciare. Mi piacerebbe poi vederti fare domande sui problemi più semplici e non solo e soltanto su idee campare per lo più per aria...
Questa è la migliore strategia. Se, invece ti ostini a non farlo, significa che vuoi qualcos'altro che questo blog NON TI PUO' DARE.
O, alternativamente, ci vuoi mica prendere in giro?
No, ci mancherebbe!!!Se me ne consiglia uno, la ringrazio
Va bene L'infinito teatro del cosmo? Il titolo mi piace
Sì, Rita va bene. Dipende molto dal livello a cui sei... Rosetta e le tre sorelle è ancora più semplice, mentre nell'Infinito c'è qualche concetto un po' più difficile. Ma niente di veramente complicato...
Cerca di interessarti e stupirti anche delle cose più semplici dell'Universo e non solo delle ipotesi al limite della realtà... Buona lettura!!!!!
Ok grazie, il solo guardare una stella cadente o il sole che risplende e come mai c'è anzichè non esserci è un miracolo...il creato stupisce con le sue leggi, matematiche, fisiche e naturali