giovedì 29 ottobre 2009

La natura dello spaziotempo

Il tuo giudizio : 
Illustrazione del possibile effetto sui fotoni della struttura granulare dello spaziotempo.
Credits: NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet


La meccanica quantistica e la teoria della relatività sono i pilastri della fisica moderna. La prima tratta delle questioni su scale piccolissime, mentre la seconda studia che succede a velocità prossime a quelle della luce. Il problema è che però non si riescono a fondere in un'unica teoria. I tentativi fatti sino a oggi sono sempre falliti. Si pensa che quando si arriva alle cosiddette dimensioni di Planck, cioè lunghezze inferiori a 1.6 x 10^-35 m, tempi inferiori a 5.4 x 10^-44 s, e energie superiori a 1.2 x 10^19 GeV, queste due teorie debbano fondersi in un'unica teoria. Varie soluzioni sono state proposte, che si condensano intorno a 2 gruppi, che pure hanno diverse formulazioni: stringhe e quantum gravity. Nella prima si assume che le unità elementari dell'Universo siano delle stringhe, per mezzo delle quali è possibile descrivere qualunque cosa. A seconda di come vibrano, si hanno particelle elementari differenti, come le corde di un violino o di una chitarra possono dare differenti note. Nella seconda, come dice il nome stesso, si cerca di quantizzare la gravità, come si è fatto nel passato per le altre interazioni (elettromagnetica, nucleare forte e debole). Chi ha ragione?

In questi casi, la scienza ricorre alle osservazioni e agli esperimenti, ma il problema è che non si può costruire un laboratorio sulla terra capace di arrivare alle energie di Planck (e non ci riesce neanche il moderno LHC). Ci si è quindi buttati sulle osservazioni astronomiche. Infatti, si pensa che i fotoni di alta energia (raggi gamma) provenienti da sorgenti cosmiche come i blazars e i Gamma-Ray Bursts (GRB), avendo una lunghezza d'onda molto piccola o un'energia molto grande, possano in qualche modo risentire di una eventuale struttura granulare (quantizzata) dello spaziotempo. Anche se l'effetto singolo è minuscolo, se sommato con tutti gli effetti che si possono ottenere durante un tragitto di miliardi di anni luce, potrebbe risultare in una quantità misurabile. Alcune teorie suggeriscono un ritardo, altre un anticipo sui tempi previsti dai meccanismi di emissione per queste sorgenti. In altre parole, la granularità dello spaziotempo comporterebbe una violazione della costanza della velocità della luce, conosciuta in termini tecnici come dispersione della velocità dei fotoni, una violazione dell'invarianza di Lorentz (Lorentz Invariance Violation). In particolare, le eccezionali prestazioni del satellite Fermi, possono essere all'altezza desiderata (il Large Area Telescope LAT opera nella banda di energia 0.1-300 GeV).

Così infatti è stato: lo scorso 10 maggio è scoppiato un GRB (indicato con 090510, redshift 0.903), che è stato osservato con Fermi. In particolare, la cosa che ha colpito subito è che c'era un fotone di alta energia, 31 GeV, emesso quasi 1 secondo dopo (0.829 s) lo scoppio del GRB. In ritardo, ma non sufficiente secondo le teorie attuali che predicono questa violazione della Lorentz Invariance. In altre parole, se volessimo attribuire questo ritardo a tutti i costi alla granulazione dello spaziotempo, occorrerebbe una energia di Planck maggiore di quella prevista. Quindi, qualcosa non torna nelle teorie precedenti e questa è la prima misura di questo genere che consente di porre un serio dubbio su certe teorie. Dico su certe, perché in altre varianti della gravità quantistica (per esempio la loop quantum gravity) questo effetto di dispersione della velocità dei fotoni non è previsto. Ma intanto possiamo comunciare a buttare nel cestino un po' di carta... I risultati di questa osservazione sono stati pubblicati oggi sulla prestigiosa rivista Nature, nella sezione Advanced Online Publication (si veda anche la press release di Nature e della NASA).

C'è anche da dire che parte di questi 0.829 s di ritardo potrebbe essere dovuto al fatto che la componente di alta energia si genera dopo lo scoppio del GRB, per l'interazione della componente principale (prompt) con l'ambiente circostante (tesi proposta dai colleghi e amici Ghirlanda, Ghisellini e Nava). Rimane tuttavia un ritardo rispetto ai modelli astrofisici, ma ancora non sufficiente se dovuto a una dispersione di velocità dei fotoni. Anzi, la discrepanza è anche maggiore rispetto al caso precedente.

Quindi, comunque la si metta, sta di fatto, che lo spaziotempo resta ancora un continuum e la velocità della luce nel vuoto una costante. La relatività è salva, ma continua a sbattere contro la meccanica quantistica. Chi riuscirà a trovare la soluzione a questo enigma? Quando sapremo cosa sono veramente lo spazio e il tempo?

2 commenti:

Paolo ha detto...

Cari amici , in vero dobbiamo iniziare a pensare in modo nuovo per capire cio che la scienza ufficiale ha iniziato a comprende ma che poi e rimasto incompiuto nel quadro cognitivo dello spazio -tempo considerato sostanzialmente inalterabile.

Per la relativita ristretta di Einstein, lo spazio si puo contrarre ed il tempo allungarsi , e cioe spazio e tempo possono interscambiarsi e cio e stato dimostrato.

Per la Maccanica quantistica le particelle ( ivi compresi anche elettroni ,, atomi e molecole, che hanno dimensioni over-Quantiche ) sono entita dualistiche presentando entrambe le strutture di onda delocalizzata e di particella localizzabile.

Anche in questi casi semi-macroscopici se una onda si trasforma in particella , cio significa che la localizzazione dello spazio puo essere alterata in relazione ad un tempo che si contrae.

Pertanto a mio modo di vedere per risolvere molte nuove le problematiche scientifiche rimaste incomprese, ad es la fotosintesi per la quale in sostanza la luce i trasforma in materia ,dobbiamo saper generalizzare le trasformazioni dello spazio e del tempo in una logica generale delle trasformazioni della Energia.

Il tema che proponiamo al W.S. di Quantum BioNET e' certamente aperto a una ampia discussione che correla il pensiero scientifico a strategie di sviluppo altenative , per favorire quel cambiamento di cultura necessario a dare sviluppo alla societa post-industriale della conoscenza condivisa.

Vorrei quindi ricordarvi che e' giunto il momento storico di fare una riflessione sul sistema di localizzazione e delocalizzazione che comportano una commutazione cognitiva delle relazioni tra spazio e tempo.

Viviamo infatti in una epoca dominata dalla globalizzazione che ha trovato corrispondenza con la delocalizzazione della produzione e della economia che ne ha trasformato la precedente localizzazione della industria come struttura centralizzata nella fabbrica. Il tema del mutamento della relazioni spazio temporali e' quindi divenuto il fulcro epocale del nostro modo di intendere.

In precedenza nelle teorie della fisica classica lo spazio-tempo era stato considerato precisamente localizzabile da un sistema di coordinate cartesiane con tre componenti spaziali e una sola componente temporale .

Cio e stato sufficiente a localizzare la materia e la sua produzione e la velocita del suo trasporto negli scambi commerciali.

Con l' avvento della Meccanica Quantistica tale concettualita risultava insufficiente ma si trovo il modo di limitare il dualismo onda -particella ai ai quanti malgrado la evidenza che anche elettroni e atomi ed anche molecole presentassero tale dualismo tra localizzazione e delocalizzazione dello spazio e del tempo.

Oggi non basta piu accettare una separazione della fisica in tre differenti concettualita ; quella classica Newtoniana per il Macrocosmo, , quella della Relativita ristretta i Einstein per la Luce ed i campi elettomagnetici , ed infine la meccanica Quantistica per le particelle quantistiche.

E' infatti venuto il momento di cambiare registro alle nostre idee per rigenerate con rinnovata coscienza le nostre conceiezioni culturali sia della scienza nell' arte e nello sviluppo. Un caro saluto Paolo


Vedi in proposito un mio vecchio articolo: http://www.edscuola.it/archivio/lre/caos.html

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Paolo ha detto...

E' venuto il momento di cambiare registro spazio-temporale alle nostre idee per rigenerate con rinnovata coscienza le nostre conceiezioni culturali sia della scienza nell' arte e nello sviluppo. Un caro saluto Paolo


Vedi in proposito un mio vecchio articolo: http://www.edscuola.it/archivio/lre/caos.html

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