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23/09/14

Onde gravitazionali? Via libera ai violini cosmici! **

NEWS! Rilevate le onde gravitazionali, la cronaca della prima osservazione e dei successivi sviluppi la trovate QUI

 

Una recente ricerca teorica non ha fatto altro che leggere un po’ meglio tra le numerose “gemme” che ancora si nascondono nella relatività di Einstein. Sembra impossibile, ma a distanza di tanti anni non si sono ancora studiate abbastanza a fondo le implicazioni della geniale teoria del nostro amico Albert. Le onde gravitazionale potrebbero essere scoperte molto più facilmente del previsto. Come? Basta cercare nel Cosmo gli strumenti musicali adatti allo scopo!

Se andate su Wikipedia (sempre facendo molta attenzione agli svarioni dovuti a traduzioni spesso “molto” approssimative) leggete quanto segue relativamente a Cassa Armonica.

La cassa armonica è quelle parte dello strumento a corde o a percussione che ha la funzione sia di aumentare l'intensità del suono prodotto che di caratterizzarne il timbro, sfruttando il fenomeno fisico della risonanza”.

Il nome risonanza mi aveva già stimolato molto (avendo un caro amico violinista) e avevo scritto un articolo relativo alle “recondite armonie dell’Universo” (QUI). Ero poi andato oltre e per una conferenza che ho tenuto a Reggio Calabria avevo spinto la “fantasia” a fare un paragone tra le risonanze di moto medio e la cassa di risonanza di uno strumento musicale. Quasi quasi, ve lo propino prima o poi anche sul blog…

Non pensavo mai più, però, che il paragone, molto più poetico che scientifico, diventasse oggi uno strumento innovativo per la rivelazione delle onde gravitazionali. D’altra parte anch’esse sono onde così come sono onde quelle create da una corda in vibrazione o da un soffio in una tromba. Io avevo usato l’esempio dell’altalena. Se si vuole aumentare l’oscillazione dell’altalena bisogna dare un colpetto al momento giusto e con la giusta frequenza. Ossia, bisogna creare una risonanza costruttiva. Sullo stesso principio lavora la cassa di risonanza di uno strumento musicale: deve aumentare l’ampiezza dell’oscillazione per renderla udibile.

L’Universo è pieno di onde e la MQ ci ha insegnato che lo sono anche le particelle che, quindi, possono interferire diminuendo o aumentando l’ampiezza di probabilità. Anche loro hanno una vera e propria cassa armonica. Tuttavia, limitiamoci a un altro tipo di onda, molto più macroscopica, ma anche molto più difficile da rilevare.

Sto parlando delle onde gravitazionali. Come Einstein ci ha sapientemente raccontato, esse sono deformazioni dello spazio-tempo  e si propagano attraverso l’Universo. Per crearle ci vuole qualcosa di veramente potente che crei violente accelerazioni, come una supernova, un sistema binario di stelle di neutroni che decade in una singola stella. Ancora meglio se i due attori sono buchi neri. Ma cose analoghe possono anche nascere al centro delle galassie. In poche parole, le sorgenti “importanti” di onde gravitazionali sono tante.

Il problema è che esse interagiscono ben poco con la materia e per rilevarle bisogna avere strumentazioni estremamente sofisticate capaci di misurare variazioni quasi impercettibili dello spazio (variazioni di distanza) e del tempo (ritardi o anticipi minimi nella ripetizione di certi eventi). Insomma, si è cercato in tutti i modi di preparare qualcosa che sia sensibile a queste vibrazioni, ma ancora niente…

Vibrazioni, vibrazioni… questa parola ha un significato conosciuto da tutti e anche dai musicisti. Le corde del violino vibrano e per sentirne il suono basta costruire uno strumento attorno alle corde. Se si va a leggere tra le righe della teoria della relatività la strada da seguire è già indicata. E sono contento che, anche se inconsciamente e nel mio piccolo, avevo già pensato a un qualcosa del genere anche se relativamente agli asteroidi e alla meccanica classica. Bastava pensare un  po’ più in grande. E così è stato fatto.

Bene, veniamo al punto, estremamente semplice da comprendere (non certo da realizzare). Quando avviene una delle grandi “avventure” cosmiche che causano grandi accelerazioni e grandi spostamenti di massa è come se una corda venisse “pizzicata”. Anzi, il fenomeno varia velocemente nel tempo e le frequenze delle onde emesse variano continuamente. Potremmo dire che vengono emesse note di diverso tipo, ossia oscillazioni di diverse lunghezze d’onda.

Pensate a due stelle ultra compatte che si avvicinano sempre più. L’onda che producono, la vibrazione dello spazio tempo, cambia la sua frequenza. Quest’onda variabile si propaga nello spazio e noi cerchiamo disperatamente di riuscire a sentirla.

Non sarebbe più semplice costruirle una cassa di risonanza, ossia uno strumento musicale? Sembra facile, ma rimane una fantasia, anche perché le dimensioni su cui possiamo lavorare noi uomini sono molto piccole per onde che hanno viaggiato nello spazio-tempo e che “toccano” distanze e tempi in modo veramente impercettibile.

Un attimo, un attimo… ma lo spazio è pieno di casse di risonanza, è piena di potenziali strumenti capaci di aumentare qualsiasi tipo di onda arrivi a loro. Chi sono? Le stelle, naturalmente! Esse non sono oggetti fissi e immutabili, ma hanno un cuore… un cuore pulsante. Le motivazioni di queste pulsazioni sono molteplici, ma a noi interessano poco. Quello che interessa è che esse stesse hanno una vibrazione su una certa lunghezza d’onda: aumentano e diminuiscono la loro luminosità in modo spesso costante. Il nostro Sole per primo… Ognuna di esse ha la sua nota che sa amplificare, tanti potenziali violini del Cosmo.

E se la frequenza della stella fosse simile a quella dell’onda gravitazionale che la investe? Non siamo proprio nelle condizioni dell’altalena a cui si dà un a spinta al momento e nel modo giusto?

Parliamoci in modo chiaro e semplice: un’onda gravitazionale trasporta energia e questa energia viene rilasciata al corpo che le si para davanti. Le oscillazioni delle stelle sono di tutti i tipi e così pure quelle delle onde gravitazionali. E’ assurdo pensare che possano essere quelle giuste per amplificare il suono dell’onda gravitazionale? La probabilità che capiti è molto alta, dato che di stelle ce ne sono veramente tante. Lo stesso Sole potrebbe andare bene per certe lunghezze d’onda.

Cosa succederebbe se fossimo nelle giuste condizioni? Bene, molto semplice: la stella amplificherebbe il segnale ricevuto, trasferendo l’energia in luminosità (proprio l’unica cosa che riusciamo a rivelare). Variazioni impreviste di luce, una musica udibile amplificata dalla cassa armonica formata da tanti atomi ed elettroni capaci di segnalare tutto quello che gli sta capitando attraverso l’emissione di fotoni.

Silenzio, ragazzi… Non vi sembra di sentir suonare una stella a causa di una vibrazione che è partita da una coppia di giganti che ha deciso di vivere come un’unica entità? A me sembra proprio di sì…

Va bene, va bene… I nostri occhi non bastano, ma ci sono occhi migliori che riescono a percepire vibrazioni luminose di stelle anche molto deboli. Non  è poi tanto diverso dall’utilizzo delle lenti gravitazionali… Anche lì è necessario che un oggetto molto lontano trovi una lente posta esattamente lungo la direzione di vista. In questo caso ci vuole una stella posta davanti alla sorgente di onde gravitazionali che abbia la frequenza giusta per suonare la sua musica celestiale.

Il vantaggio di tutto ciò? Presto detto: una cosa è rilevare vibrazioni dello spazio-tempo e un’altra è rilevare vibrazioni luminose.

Non si sa ancora se questi suoni cosmici si potranno veramente udire. Tuttavia, al di là dell’importanza scientifica che potrebbero avere (se funzionasse, il sistema “musicale” varrebbe un premio Nobel…), resta la bellezza della visione generale. Grandi musicisti lontani inviano le loro note e migliaia e migliaia di stelle iniziano a suonare i loro violini. Non ci resta che individuare quelle che suonano per noi! Magari anche il nostro stesso Sole.

Un  qualcosa di talmente armonioso e poetico che faccio fatica a non pensarlo reale e fattibile.

Silenzio, signori! Il concerto sta per cominciare…

Articolo originale QUI

ondeg

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7 commenti

  1. Alvermag

    Caro Enzo, ti pongo i seguenti quesiti:

    1. Questo articolo mi fa pensare all'effetto Doppler. Se le onde gravitazionali sono tali (cioè, per l'appunto, onde) una ipotetica galassia in avvicinamento con forte accelerazione non dovrebbe produrre onde gravitazionali la cui frequenza aumenta progressivamente?

    2. E se estendessimo tale considerazione a tutto il cosmo non potremmo trovare una ulteriore conferma alla sua espansione riuscendo magari a definirne meglio le caratteristiche?
    3. Una precisazione relativa ad un dubbio che ho sempre avuto: quando si parla di spostamenti di masse e successiva creazione di onde gravitazionali, s'intende la velocità o l'accelerazione? In altri termini, è la velocità o l'accelerazione a produrre tali onde?
    In effetti, pensando alla maglia spazio-temporale del cosmo come ad una rete ben tesa (a parte le deformazioni prodotte localmente dagli addensamenti di materia) , il moto rettilineo uniforme di un componente (galassia) dovrebbe comunque produrre una deformazione, se è vero che gli oggetti massivi tendono a "tirarsi dietro" lo spazio-tempo come avviene ad esempio nel caso degli oggetti rotanti (in questo caso per la verità è comunque presente un'accelerazione).
    4. Quando una radiazione elettromagnetica vagabonda incrocia un evento cataclismico con susseguente creazione di forti onde gravitazionali come interagisce? La sua frequenza ne risulta perturbata "componendosi" con quella delle onde gravitazionali o la radiazione "cavalca l'onda" senza subire azioni di sorta?
    Insomma Enzo, potresti entrare nel dettaglio di questa faccenda, semprechè io non stia facendo una montagna di un topolino!!! :roll: :cry: :-D 8-O :?: :?: :?: :?:

  2. caro Alvy,
    per rispondere ai tuoi dubbi basta forse un'unica frase che ho scritto nel testo: per creare un arricciamento nello spazio-tempo è necessaria un'accelerazione di grandi masse e non del solo movimento. Se la applichi alle tue domande trovi automaticamente la risposta... :wink:

  3. Alvermag

    Perdona la mia testardaggine Enzo, ma cerco di vedere se ho capito.

    Tu parli di ARRICCIAMENTO dello spazio. Questo arricciamento viaggia nel cosmo alla velocità della luce. Nel tempo, man mano che si propaga, inevitabilmente si attenuerà a causa di fenomeni di dispersione energetica (come avviene alle onde nel mare). Bene.
    L'onda gravitazionale trasferisce energia e quantità di moto, non materia, esattamente come avviene per le onde elettromagnetiche e le onde di pressione (in queste ultime c'è un relativo moto delle particelle ma sostanzialmente queste continuano ad occupare la stessa porzione di spazio), ma, mentre le onde elettromagnetiche non producono alterazioni nella maglia del cosmo in quanto si propagano senza l'ausilio di un "supporto" (l'etere non esiste) , le onde gravitazionali producono l'alterazione dello spazio, che rappresenta il loro "etere".

    Se le cose stanno così (ma stanno proprio così?):

    4. Non dovrebbero esistere interferenze tra onde elettromagnetiche e gravitazionali.

    3. Beh, a questa domanda hai risposto in modo diretto, SI all'accelerazione, NO alla velocità costante.

    1. Qui credo che si possa fare questa considerazione: grande massa in avvicinamento con continue periodiche esplosioni di forte intensità capaci di creare onde gravitazionali (periodo ed intensità siano costanti). Gli "arricciamenti" ci raggiungerebbero con frequenza sempre più alta.

    2. L'espansione (supposta ACCELERATA) dello spazio riguarda il moto delle masse solo in seconda battuta visto che ad espandersi è lo spazio e le masse ... seguono l'indirizzo; devo quindi ritenere che non ci siano effetti? mmh non mi convince! Quest'ultimo punto mi rimane un pò oscuro, puoi illuminarlo?

  4. caro Alvy,
    le onde gravitazionali modificano lo spazio-tempo e quindi hanno ripercussioni sulla materia. Perché non dovrebbero averle? La materia fa parte dello spazio tempo e ne risente sicuramente.
    La frequenza delle onde non si calcola in modo semplice e tutto dipende da ciò che è in gioco.
    Sì, in realtà l'accelerazione dello spazio-tempo non comporta arricciamenti. Ricordati che stiamo parlando di gravità, proprio ciò che è comandata dalla materia. E' la materia coinvolta che arriccia lo spazio tempo e non il viceversa.
    Non capisco molto bene i tuoi problemi... non possiamo rimanere in ciò che vorremmo conoscere senza andare subito oltre? Già quello che dice la relatività è abbastanza interessante e ancora misterioso...

  5. beppe

    Puntiamo i telescopi sugli ammassi stellari, dovremmo trovare qualche "strumento" risonante!

  6. sempre che abbiano qualcosa dietro e che... non facciano troppo chiasso :mrgreen:
    Odio la musica troppo forte!

  7. Michael

    Insomma... musica per i nostri occhi. ;)

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