Gen 10

Struttura a grande scala dell’Universo: la Natura ama ripetersi ***

Questo articolo è stato inserito nella sezione d'archivio "Sezione Aurea, spirale di Fibonacci e altre forme ricorrenti nell'Universo"

 

Non voglio introdurmi in uno studio di ottica geometrica (ma non solo), che avevo affrontato tanti anni fa durante la mia tesi di laurea, dedicata allo studio dei telescopi riflettori e delle aberrazioni che subiscono. Un concetto estremamente importante è quello di caustica, che può riassumersi in vari modi e che nei telescopi a specchio sferico si evidenzia bene nell’aberrazione di sfericità. Una superficie non regolare, sia in termini di forma globale che locale, focalizza la luce secondo piani diversi (o anche solo raggi) che danno luogo a zone illuminate, ben lontane da ciò che ci si aspetterebbe da un singolo fuoco,  che si sistemano secondo linee e/o superfici altamente stabili.

L’esempio della caustica dovuta all’aberrazione di sfericità  relativa allo specchio sferico (in pratica solo una superficie parabolica rifletterebbe la luce concentrandola in un fuoco quasi perfetto) è un esempio molto particolare, ma esauriente. Per saperne di più potete andare negli approfondimenti di ottica, a cavallo tra le fig. 72 e 76.   Più in generale, si intende per caustica l'inviluppo dei raggi luminosi riflessi o rifratti da una superficie o un oggetto curvo, o la proiezione dell'inviluppo di raggi su un'altra superficie. Una frase che dice tutto e niente. Tuttavia, il succo è che questo tipo di figure si notano molto bene quando luce penetra nell’acqua dopo aver attraversato una superficie  in movimento, come quella percorsa da un moto ondoso. Ciò che sorprende (ma si potrebbe spiegare) è la stabilità di certe caustiche che si mantengono anche mentre varia la superficie che le provoca.

Per avvicinarci al campo astronomico, pensiamo che l’arcobaleno è una caustica che si mantiene a lungo, malgrado le gocce siano sempre diverse, e che sono caustiche le stesse immagini derivanti dalle lenti gravitazionali e come tali vengono trattate per regalare tutti i dati che in esse sono contenuti, malgrado siano drasticamente deformati. In fondo, si tratta di “lenti” e come tale comportano fenomeni simili a quelli di una lente di vetro.

La luce che giunge ai nostri occhi dall’Universo deve attraversare molte lenti o superfici non certo regolari (nubi intergalattiche, ad esempio). Più ancora in generale, vi è un continuo e intricato andare e venire di “raggi” luminosi che rimbalzano tra galassia e galassia, tra ammasso e ammasso, tra gas diffuso e nubi di polvere, subendo riflessioni e rifrazioni e che non possono raccontarci veramente il loro percorso effettivo e quanto questo sia stato deformato, piegato, diffuso, ecc., ecc. Sicuramente il fenomeno delle caustiche deve dominare l’Universo che vediamo e che si riferisce a tempi e spazi molto diversi, ma che vengono proiettati tutti su un’unica superficie, quella della sfera celeste (come la barca che vedremo tra poco). Sto ovviamente semplificando di molto e non per niente ho parlato di fantasia scientifica…

Tuttavia, più di tante parole e per non volere certo fare apparire che questa sia VERA Scienza (non ho certo le basi per sviluppare una qualsiasi possibile teoria in tal senso), voglio proporvi due immagini “umane” e una “cosmica”. La Fig. 1 è il fondo di un piscina, con le sue caustiche di rifrazione.

Figura 1
Figura 1

La Fig. 2 è il fianco di una barca, con le caustiche proiettate su di esso (ricordiamoci che non cambiano facilmente forma e struttura, malgrado il continuo ondeggiare della superficie).

Figura 2. Fonte: Les Cowley
Figura 2. Fonte: Les Cowley

La Fig, 3 si riferisce, invece, a una simulazione della struttura a grande scala dell’Universo, con tutti i nodi, i filamenti e le zone vuote.  La somiglianza è a dir poco affascinante!

Figura 3
Figura 3

Non voglio certo proseguire: mi basta questa meravigliosa coincidenza. Oltretutto, nell’Universo, esiste veramente materia nei nodi e nei filamenti, ma mi sento libero di pensare che una parte di tutto ciò sia solo e soltanto un effetto ottico. Lo penso  come  potrebbe fare un bambino che guarda una simulazione dell’Universo e poi si volta verso la barca. Niente di più, ci mancherebbe. Se penso, però, che per spiegare la struttura a grande scala si devono inserire a forza la materia oscura e tante altre diavolerie del genere, comincio a pensare che l’Universo potrebbe ancora una volta divertirsi (un poco) alle nostre spalle.

Per chi volesse saperne di più sulle caustiche & co. rimando a questo bel sito.

A proposito di forme che si ripetono nell’Universo

4 commenti

  1. Stefano Benedetti

    Ottima riflessione
    Umanistica?
    Meglio. La ricerca porta alla scoperta. Le scoperte cambiano le cose e il nostro modo di vederle.
    Umanesimo è (anche) voler continuare a scoprire

  2. Sì, caro Stefano, questa è la strada migliore. Ricordando sempre, però, che non si può sparare a casaccio, ma basandosi su realtà fisiche comprovate. Un pezzetto alla volta, se no i castelli di carta crollano facilmente. Il mio castello non vuole essere solido, ma solamente, come dici tu, una riflessione molto umanistica anche se poco scientifica (forse...) :wink:

  3. Massimiliano

    Molto suggestivo invece...da molto tempo ormai io credo che per comprendere i misteri dell'universo basterebbe confrontare le strutture infinitesimalmente piccole come l'atomo...in fondo se si osserva bene la struttura di un atomo non vi pare che somigli molto a com'è strutturato il nostro sistema solare? E così via ragionando in termini di galassie. Tutta la struttura di ciò che esiste è strutturata nella medesima maniera, almeno così a me pare...

  4. caro Massimiliano, la struttura dell'atomo è stata rappresentata simile al Sistema Solare per semplicità di paragone, mentre, in realtà, la meccanica quantistica ce la insegna ben diversa. Tuttavia, dici bene che certe strutture tengono a mantenersi a tutte le scale. Però, non è detto che la causa sia la stessa... L'apparenza è comunque affascinante come dici tu...

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