Stefano Gallozzi’s Blog

giusto ieri (14/01/2010) e’ apparsa su repubblica.it e poi sulla carta
stampata una fantomatica inchiesta denominata Il telescopio che non vedra’ mai
le stelle.
http://www.repubblica.it/cronaca/2010/01/14/news/il_telescopio_che_non_vedr_mai_le_stelle_l_istituto_di_astrofisica_rischia_la_bancarotta-1941330/
Ci si riferisce all’ SRT (Sardinia Radio Telescope) una grande parabola per lo
studio dell’ universo nel dominio radio [uno
dei tre grandi progetti astronomici in cui l' Italia e' impegnata assieme ad
VST (ancora da completare) ed LBT (completato) ].
Tralasciando i discorsi tecnici inerenti i tempi, i modi e le spese (reali)
che sono necessarie per portare avanti un grande progetto, l’ articolo di
stampo sensazionalistico e’ stato inserito in una ribrica ad hoc denominata
“Sprechi di Stato”…
Dall’ articolo emerge una visione dei ricercatori italiani, in particolar modo
gli astronomi, come fannulloni per usare un termine che va di moda in questo
periodo e spreconi…
Io non ho intenzione di entrare nel merito di un discorso complesso e sotto
certi punti di vista oscuro ai piu’, ma ci tengo a precisare che l’ astrofisica non e’
un inutile spreco di denaro pubblico come l’ autore dell’ articolo lascia
intendere tra le righe (allusioni peraltro abbastanza al limite della
legalita’ e della diffamazione, ma questo e’ un altro paio di maniche che non
mi compete).
Sotto molti punti di vista l’ astrofisica e la ricerca di base non ha niente a
che vedere con la stazione spaziale… con gli esperimenti in assenza di
gravita’… con il perpetuare all’ infinito di missioni e missioncine
(stile NASA) sulla ricerca di acqua su marte, batteri e forme di vita nell’
universo…

A volte leggendo giornali che parlano di scienza noi, che ci definiamo scienziati,
ci facciamo grosse e grasse risate con le loro “pseudo” prime
pagine scientifiche…

Leggendo certe cose spesso ci chiediamo se la vita, che sia degna di essere definita tale, esista anche sul nostro pianeta!
Che cosa puo’ celarsi dietro la curiosita’ di che posto abbiamo in questo
universo che non si sa se si espande, quando e’ vecchio, se manca massa o
siamo immersi un una energia oscura… a cosa serve se non a sprecare i soldi
pubblici nei nostri stipendi (tra l’ altro bassi rispetto al resto del mondo civilizzato)…?
Per il lettore medio e per i redattori di riviste come
repubblica a cosa serve sapere come si sono formate o evolute le
galassie… l’ origine e l’ evoluzione delle stelle, del sole, della nostra
terra… se poi le prime pagine vengono riempite per mesi da scandali e veline o da 10
domande senza senso fatte al premier…
Ecco che per fare notizia allora si deve necessariamente fare disinformazione
(sopratutto se si deve parlare di scienza)… chi si ferma a leggere di un grande progetto internazionale se non si parla di pianeti abitabili, omini-verdi, 2012, armageddon ed asteroidi killer…?
In una societa’ dove il concetto di ricerca e’ lo sviluppo di programmi
“trendy” per i-phones e cellulari… una ricerca di base pura ha ben poco
spazio…

Beh ricordiamo a chi pensa di fare notizia diffamando il duro lavoro di
tutte quelle persone, che riescono a trovare un senso in 4 punti allineati su

un grafico (e che spesso leggono interi articoli come quello apparso su republica senza trovare un senso), che la loro fama e ricchezza e’ misura dell’ ignoranza di chi gli va appresso…
Fossi in voi mi vergognerei di non riuscire a comunicare quell’ unico semplice essenziale
concetto che si chiama scienza: cercare di essere migliori dando un senso
inequivocabile alla nostra vita…

o come direbbe dante… fatti non foste a viver come bruti…!!! insomma… a parte alcuni giornalisti gia’ citati…

beh… l’ esatto contrario dello stereotipo di fannulloni che ci vorreste appioppare e che fareste meglio a cercare entro il
vostro staff… in quelli che chiamate “esperti in materia”!

Non di rado ci si riunisce attorno ad un tavolo con una tazza di thé in una mano e tanta voglia di parlare e confrontarsi di scienza.
Per i matematici si tratta quasi di un rito: ogni mattina o pomeriggio sfruttano il loro break per dare nuovi spunti al loro lavoro quotidiano.

Armati delle stesse sane intenzioni anche noi astrofisici ci confrontiamo quotidianamente per tentare di far luce su qualche lato oscuro del nostro lavoro. Si parte sempre parlando di lavoro, ma non di rado le discussioni si condiscono di risvolti inaspettati. Mi è giusto capitato di assistere qualche giorno fa ad una di queste discussioni “ad ampio raggio”, in cui si riassumevano i recenti sviluppi della cosmologia in maniera alquanto critica.

Un mio collega raccontava di essersi arrabbiato molto quando un passante durante una manifestazione aperta al pubblico lo aveva chiamato astrofilo (o peggio ancora astrologo), gli feci notare che tutto sommato l’epiteto usato era più che opportuno poiché se è vero che noi scienziati consideriamo creduloni tutti coloro I quali pensano che gli astri nel loro moto influenzino gli avvenimenti sulla Terra (vedi oroscopi e simili), dovremmo in effetti dire lo stesso di noi che abbiamo una concezione alquanto singolare della realta’ delle cose, secondo la quale tutto cio’ che ci circonda sarebbe formato dall’ 1% da materia ordinaria luminosa (che vediamo), dal 30% da materia oscura (che non si sa cos’è ma si sa che c’è) ed dal rimanente 70% circa da una “energia oscura” sulla cui essenza neanche Mago Merlino saprebbe pronunciarsi!
Se condideriamo creduloni i comuni lettori degli oroscopi… beh allora gli altolocati scienziati accademici altro non sono che inconsci fautori di un moderno modello epiciclico, che in gergo tecnico viene detto “Concordance Model”!
Per quanto assurda possa sembrare questa affermazione pone in rilievo il fatto che tutte (o quasi) le recenti conquiste nel campo della cosmologia si basano su dei postulati che non è detto per  niente che siano corretti e molti dei quali neanche epistemologicamente falsificabili.
Non ci arroghiamo il diritto di criticare o deridere, chi, con immenso sforzo giornaliero contribuisce al progresso conoscitivo, ma ci teniamo a sottolineare che negli ultimi 50 anni l’avanzamento del sapere umano ha subito una drammatica battuta d’arresto!
Albert Einstein diceva che per entrare nella storia bisognava lavorare sodo e spendere almeno un’ora della propria giornata a pensare l’esatto opposto di tutti gli scienziati contemporanei!
Si dice che nella scienza un nuovo modello tende ad affermarsi non tanto perché risulta migliore o con un potere predittivo superiore al vecchio, ma più che altro perché darwinianamente parlando, finiscono per morire prima i fautori del vecchio modello! Questo la dice lunga sullo scetticismo e sul conservatorismo con cui vengono viste le nuove teorie dallo status-quo universitario e dall’ establishment scientifico in generale.

Facciamo finta di essere l’ultimo vero genio del passato millennio ed andiamo ad analizzare in maniera critica uno ad uno tutti i mattoni con cui sono costruite le fondamenta della moderna cosmologia… cercando, ove possibile, di prospettare una alternativa plausibile al modello accettato dai più.
Nel far questo però teniamo presente che se uno solo di questi mattoni concettuali dovesse venir meno (in un futuro lontano) allora gli ultimi 50 anni di studi verrebbero clamorosamente smentiti e la moderna cosmologia si sgretolerebbe come un bel castello di sabbia all’ arrivo della prima marea!
Una prospettiva intrigante!

Natura Cosmologica dei Redshifts

La legge di Hubble attesta inequivocamente l’espansione del nostro Universo, analizzando gli spettri di molteplici galassie, che presentavano uno spostamento delle loro righe spettrali verso il rosso (altrimenti detto redshift); questo spostamento, interpretato come effetto Doppler, significa “allontanamento” dall’osservatore. Se tutte, o quasi, le galassie si allontanano da noi, come Edwin Hubble osservò, vuol dire che l’Universo, o meglio la metrica dello spazio-tempo, si sta espandendo.
Una velocità di allontanamento, che risulterebbe proporzionale al redshift della galassia: tanto maggiore quanto più la galassia è distante da noi, ovvero tanto più la galassia ha redshift maggiore.
Questo lo scenario standard accettato dai più, che prevede un Universo in espansione a partire da uno stato iniziale di grande densità (forse di singolarità), ovvero il BigBang.
Ora riflettiamo un attimo su cosa è stato dato per scontato da Hubble, che lo ha portato a dire che l’Universo è in espansione.
Ci sono due associazioni scontate su cui è costruita tutta la teoria ed entrambe concettualmente legate al redshift:

1. La natura cosmologica dei redshift
2. Associazione redshift=>distanza

Cominciamo col notare che l’ assunzione n.2 deriva dalla n.1 e quindi se viene meno (almeno in parte) la prima assunzione viene meno anche la seconda (al pari di tutta la cosmologia degli ultimi 50 anni!).
In questo scenario entra in gioco la figura leggendaria di Halton Arp, il quale, noncurante della moda scientifica dei suoi contemporanei, ha sempre insistito sulle sue convinzioni al punto da divenire una specie di “martire” del sapere umano. Tutto ciò gli ha causato derisione ed una sorta di ghettizzazione negli ambienti accademici. Un curioso aneddoto riguardante Arp è che a causa del suo remare contro-corrente, fu costretto ad emigrare in Europa poiché in America nessuno volle piu’ offrirgli un contratto per lavorare in ambiente astronomico… una sorta di sentenza di morte scientifica sancita da una specie di “santa inquisizione scientifica americana”!
La stessa inquisizione che hanno subito molti altri scienziati “border line”, alcuni dei quali, per il solo fatto di andare contro l’ establishment scientifico, sono stati addirittura inseriti in black-list da parte delle piu’ altolocate riviste scientifiche; tra tutti ricordiamo il caso di C. Castro Perelman, che fu inserito in una black-list nel Open Electronic Archive (arXiv.org) amministrato allora da Paul Ginsparg, azione che fu definita “necessaria” per il “progresso” della scienza!

Non ci sognamo di giudicare comportamenti ed situazioni ai limiti della legalita’ e del buon senso, ma ci limitiamo a riflettere sul fatto che indifferentemente dalla ragione scientifica, le idee nuove e controproducenti fanno paura ai piu’ sopratutto perche’ minano alla base il lavoro e gli anni di ricerca spesi da tanti scienziati, che seguono penna e taccuino tutte le regole e le metodologie standard (anche se a volte chiaramente fallaci!).
Indifferentemente dal pensiero controcorrente di Arp e dei suoi fautori, ci teniamo a far notare che si tratta di uno scienziato con i fiocchi, tant’è vero che i suoi articoli continuano ad essere pubblicati dalle maggiori riviste del campo segno questo che tali lavori posseggono tutti i crismi del paper scientifico superando i severi controlli di referaggio da parte degli esperti del settore. In sostanza per quanto “scomodi” ai più i lavori di Arp sono scientificamente corretti.
Il movimento di Arp passa sotto il nome di “criticismo” e principalmente si propone di identificare delle alternative valide a ciò che “già si sa”!
Le osservazioni di Arp si basano su un set di radio sorgenti situate accanto a radiogalassie relativamente vicine; alcune di queste radio sorgenti sono identificabili come quasars radio intensi ad alto redshift. Questa circostanza ripetitiva in cui le sorgenti sembrano trovarsi a coppie, ha fatto pensare Arp che si trattasse effettivamente di sorgenti accoppiate alle radiogalassie e quindi per definizione “locali”, pur avendo redshits alto.
Se questo scenario fosse vero quindi, i redshift dei quasars non seguirebbero la legge di Hubble!
Poiché il redshift di quelle radio galassie e’ molto minore di quello dei quasars, Arp, per spiegare questo eccesso, ipotizzo la presenza di un meccanismo intrinseco nella generazione dei redshift diverso dal semplice effetto-doppler cosmologico. Inoltre questo effetto aggiuntivo doveva andare nel solo verso del redshift poiché non vi era mai una diminuzione osservata (blueshift).

Geoffrey Burbridge, Morley Bell e Lopez-Corredoira continuarono a lavorare sulle ipotesi di Arp e trovarono risultati molto simili.
Recenti osservazioni fatte ad alta risoluzione hanno mostrato chiaramente galassie ospiti di quasars ad alto redshift anch’esse ad alto redshift… Questo fatto per lo status-quo scientifico significa che i redshift intrinsechi non esistono, ma per noi criticisti, non significa nulla se non che anche le galassie ospiti sono affette dalla stessa componente intrinseca dei quasars.
Altro studio a favore dell’origine non cosmologica dei quasars prende in esame proprio il redshift degli oggetti più distanti…
Questi  studi mostrano stranissimi “numeri magici” attorno ai quali tendono a raggrupparsi i redshift di tali oggetti.
Il fenomeno appena descritto viene detto quantizzazione dei redshifts e, a causa del legame tra distanza e redshift nella legge di Hubble, tale fenomeno potrebbe significare due cose:

• o una quantizzazione delle distanze degli oggetti dalla Terra,
• oppure seri problemi nella relazione redshift-distanza.

Wiliam Tifft e G. Paal furono i primi a evidenziare un tale comportamento, poi si andò ad affermare il concetto del clustering gerarchico, ma anche qui, da bravi criticisti, facciamo notare che una forte ricorsione di redshift ad un determinato valore va ben oltre la semplice distribuzione cosmica di ammassi, filamenti e vuoti cosmici!
Altri lavori atti ad evidenziare la quantizzazione dei redshift furono condotti da M. Croasdale, B. Guthrie, W. Napier, G. Paal e Holba.
Considerando poi che una tale periodicità spesso si dipana lungo anelli concentrici (vedere la SLOAN DSS), non abbiamo ancora teorie che prevedano la formazione di filamenti disposti secondo anelli concentrici, a parte particolari combinazioni geometriche ed il semplice “caso”… troppo poco per convincerci!
La consistenza del modello standard dei quasars con la maggior parte delle osservazioni astronomiche porta la stragrande maggioranza degli scienziati ad applicare impropriamente il “rasoio di Occam” per asserire che tutti i quasars si trovano a distanze cosmologiche e che i redshift intrinsechi e la quantizzazione dei redshift sono fenomeni che non esistono.
Beh armati della stessa arma possiamo asserire che fisicamente basta un solo quasars che mostra chiaramente una componente intrinseca per asserire che NON tutti i quasars sono situati a grandi distanze e seguono la legge di Hubble!
Arp e compagnia ha trovato innumerevoli oggetti che chiaramente mostrano componenti di redshift intrinseche e non staremo qui ad enumerarli per il solo scopo di portare acqua al nostro mulino criticista.

Omogeneita’ ed Isotropia dell’ Universo

Il principio copernicano ci ha spodestato dal nostro posto privilegiato al centro dell’Universo.
Asserendo che la Terra si trova in un luogo qualunque; l’Universo sarebbe omogeneo (cioè co un densità media costante) ed isotropo (cioè risulta identico in qualunque direzione lo si osservi)… un Universo omogeneo ed isotropo sia nello spazio sia nel tempo.
Partendo da questi due postulati, come sappiamo, l’ intera cosmologia del BigBang è stata dedotta dalle osservazioni del fondo di radiazione nelle microonde; dalla relazione di Hubble applicata alle supernovae si è evinto che inoltre l’Universo si starebbe espandendo accelerando.

Sull’interpretazione di questa accelerazione che si sono spesi i maggiori sforzi intellettuali deli ultimi 11 anni. Circa il 70% dellla densità di energia cosmica consiste
di un campo scalare non bene parametrizzato a cui i cosmologi danno il nome di “energia oscura”.

Fin qui niente di male se non fosse che non si ha la minima idea del significato fisico di questa componente oscura: si è parlato di quintessenza cosmica (vedere il lavoro di J. Ostriker e P. Steinhard), ma più in la di qualche pittoresca ipotesi speculativa non si è andati.

Ironicamente l’assunzione del principio cosmologico copernicano nonostante la sua umiltà (intesa come non unicità della nostra nicchia di Universo), ha dato un grande potere ai cosmologi che hanno potuto espandere la loro visione “locale” come rappresentativa dell”intero Universo in qualunque momento della sua evoluzione… Se ci pensiamo si tratta di una semplificazione non da poco!
Se però decidiamo di lasciarci un attimo alle spalle il principio copernicano, una inaspettata visione del cosmo ci si rivela!
Senza inciampare o impantanarsi in creazionismi spiccioli di bassa tiratura scientifica (e religiosa), se consideriamo il nostro posto nell’Universo come “particolare” e non generico e/o rappresentativo dell’Universo, l’ energia oscura, cioè quel 70% di inspiegabile che c’è nella moderna cosmologia, d’incanto diviene totalmente chiara!
Tutto sommato la distribuzione su grande scala dell’ Universo e’ composta da aggregati di materia, filamenti, ma anche vuoti cosmici (vedere le immagini).

Se noi vivessimo in un “vuoto cosmico” locale, inteso come una piccola depressione nella distribuzione di galassie (basterebbe di circa il 30%), quella che interpretiamo come energia oscura in un Universo omogeneo ed isotropo,  diverebbe una pressione negativa locale, che terrebbe conto dell’accelerazione del tasso di espansione cosmologica. Questo trend sarebbe SOLO locale, mentre a grandi distanze l’Universo si espanderebbe “in media” ad un tasso costante decelerando nel tempo a causa della gravità della materia ivi contenuta.

Questo scenario è stato proposto inizialmente da George Ellis, Charles Hellaby e Nazeem Mustapha e successivamente integrato dal lavoro di Marie-Noelle Celerier.
In pratica più una regione dello spazio è vuota e meno materia contiene e quindi l’effetto di frenamento dell’espansione risulta minore localmente nel vuoto rispetto al resto dell’Universo… Un osservatore interno al vuoto quindi vedrebbe crescere il tasso di espansione a causa della sua “particolare posizione”. Riassumendo ad ogni dato istante luoghi diversi si espanderebbero a tassi diversi: alcuni luoghi accelerando (al centro dei vuoti), altri decelerando (in prossimità dei bordi di tali regioni).

Se una supernova esplode lontano da noi, la sua luce attraverserà zone in cui sono presenti vuoti e zone più omogenee; ogni regione redshiterà la luce diversamente ed il risultato cumulativo sarà il redshift osservato (ovviamente attestata la natura cosmologica dei redshifts ). In questo scenario, la luce emessa ad una certa distanza verrebbe redshiftata meno di quello che sarebbe se l’intero Universo stesse accelerando come osserviamo localmente. Quindi in un siffatto Universo la luce dovrà percorrere una distanza maggiore per avere lo stesso redshift di un Universo che si espandesse ad un tasso costante.
Quella che all’apparenza sembra una complicazione gratuita in realtà è una grande semplificazione concettuale perché in una volta sola ci si scrolla di dosso il principio copernicano-cosmologico e, sopratutto, si evita la necessità di ricorrere ad uno dei più enigmatici costrutti della mente umana (dopo l’esistenza delle divinità) e cioè l’energia oscura.

Velocita’ della luce ed Entanglement

Un altro paio di postulati apparentemente esatti su cui Einstein (assieme all’ ambiente accademico) basò la sua cosmologia è il concetto di costante fisica inalterabile, che lui identificò con “c” la velocità della luce, il principio di uguaglianza tra massa gravitazionale ed inerziale ed il concetto di realtà.

La velocità della luce, non solo è una costante fisica fondamentale ed immutabile dello spazio-tempo, ma rappresenta il limite fisico invalicabile per la trasmissione di un segnale e per la propagazione di una relazione causa-effetto (vedere descrizione del cono-di-luce).

Abituati ai film di fantascienza possiamo dire che fin qui non c’è nulla di strano del semplice senso comune, ma ragioniamo un attimo cosa succederebbe se un segnale potesse viaggiare a velocità superiore di quella della luce…
Anzi per prenderla alla larga, se la velocita’ della luce stessa non fossa affatto una costante fisica, ma una variabile nel tempo…
Anche qui oltre a cambiare completamente visione del mondo dovremmo far cadere quel castello di sabbia, che chiamiamo cosmologia contemporanea!
L’Entanglement è un fenomeno prettamente quantistico, che ha molto ispirato Albert Einstein ed ha fatto passare notti insonni a Niels Bohr e compagnia: Einstein spese innumerevoli sforzi a cercare di demolire concettualmente il concetto di realta’ della meccanica quantistica, ma essa è sopravvissuta fino ai nostri giorni alimentandosi dei successi sperimentali derivati dalle sue previsioni.
Erwin Schroedinger nel 1926 fu il primo ad ipotizzare uno strano comportamento di inseparabilita’: se due sistemi subiscono una interazione mutua temporanea e

successivamente vengono allontanati, non possono essere più descritti separatamente come prima dell’interazione, ma avranno un’unica rappresentazione (o funzione d’onda).
Questo fenomeno venne proposto come paradosso in un articolo targato Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen, detto  paradosso EPR, ed in questo articolo compare per la prima volta il termine “entanglement” (ovvero non-separabilità) per i due sistemi di Schroedinger.

La definzione entangled è riferita a delle particelle quantistiche, che mostrano una mutua interazione “istantanea”, la quale prescinde dalla distanza delle particelle stesse.
Einstein era convinto che ”Dio non giocava a dadi“ e quindi tentò in ogni modo di demolire questo chiaro paradosso, ma non ebbe mai successo.
Secondo lui non esistevano azioni a distanza, che potessero violare la Relatività Speciale e si era quindi convinto che le particelle entangled possedessero delle variabili nascoste, che rendevano apparente l’ istantaneita’ della loro interazione mutua; fatto che da solo bastava a rendere l’approccio quantistico incompleto.
Ad Einstein venne in aiuto Erwin Bell che ideo’ una relazione detta disuguaglianza di Bell:

A(not B) +B(not C)>=A(not C)

Questa disuguaglianza venne dimostrata matematicamente e rigorosamente da Bell; se un fenomeno fisico risponde a questa disuguaglianza allora si tratta di un sistema locale (causa-effetto); se viceversa questa relazione viene smentita sperimentalmente significa che il sistema in questione e’ “non-locale” e l’ interazione che ne deriva risulta “a distanza”.
Seguirono copiosi gli esperimenti e tutti smentirono la disuguaglianza di cui sopra.
Di tutti questi esperimenti ricordiamo quelli decisivi effettuati da Alain Aspect negli anni ‘80, che mostrarono inconfutabilmente la non-località dell’azione a distanza dell’ entanglement nella rappresentazione della meccanica quantistica.
I fautori classici della relatività e del “realismo” in generale, idealizzano gli oggetti fisici aventi proprietà nascoste indipendenti dalle misure alle quali sono sottoposti. Nonostante il lavoro di Aspect quindi per parecchio tempo si e’ pensato che l’azione a distanza fosse generata da variabili nascoste non più insite nella teoria quantistica, ma direttamente entro le particelle.
Per fugare ogni ulteriore dubbio nel 2003 venne in aiuto il lavoro di Anthony Leggett, che anche egli ideò una disuguaglianza, tale che, se violata dall’ esperienza avrebbe invalidato anche questo “realismo residuo”.
La disuguaglianza di Leggett si basa su due numeri A e B che possono valere sia 1 sia -1 (ad esempio la polarizzazione dei fotoni) e vale:

-1+|A+B|=AB=1-|A-B|

Anche questa disuguaglianza si è rivelata sperimentalmente falsa e questo fatto ha definitivamente demolito il concetto di realismo in fisica: le proprietà di un sistema acquistano significato fisico solo nel momento della misurazione e non prima.
Ci teniamo a raccontare un successo del fenomeno innegabile dell’entanglement che nel 1997 è stato utilizzato per “teletrasportare” un fotone da Vienna a Roma (Anton Zeilinger, Francesco De Martini et al).

Altro scenario in voga in questo periodo a cui si lega il fenomeno dell’ entanglement e’ la cosidetta informatica quantistica, che utilizza delle particelle dette “qubit”, le quali posseggono solamente due stati fondamentali ( |0> ed |1> ) e una volta fatte interagire formano una entita’ indissolubile non-separabile detta “qubits”.
Recenti esperimenti effettuati da Poul Jessen dell’ Universita’ dell’ Arizona hanno identificato delle segnature “caotiche” nei fenomeni quantistici ed in particolar modo in fotoni entangled: questi esperimenti (assieme ad altri) contribuiscono a gettare ulteriore benzina sul fuoco ed a sfumare sempre di piu’ la linea di demarcazione tra fenomeni quantistici (entaglement) e fenomeni classici (teoria del caos ed effetto farfalla).

In questi esperimenti si e’ evidenziato che alcuni fotoni generati caoticamente si orientavano rapidamente in maniera entangled (e viceversa). Un risultato simile mostra un qualche legame tra la teoria del caos e l’ entanglement e, sopratutto, crea seppur lievi, delle piccole perturbazioni ai supposti valori “esatti” generati dai qubits utilizzati nell’ informatica quantistica.
Non entriamo troppo nel dettaglio delle possibili applicazioni tecnologiche (e delle rispettive limitazioni) dell’ entanglement, ma ci soffermiamo solamente su degli esperimenti effettuati da Seth Lloyd del MIT, il quale ha ideato uno strano  marchingegno di “crittografia quantistica”, che effettua una “illuminazione entangled”: un fascio di fotoni entangled viene spedito su un oggetto e l’ altro viene tenuto da parte; i fotoni incidenti sull’ oggetto vengono riflessi/scatterati e perdono il loro stato entangled, ma qualche informazione del fascio iniziale rimane, infatti utilizzando l’ altro fascio entangled non incidente come chiave di riferimento quantica, si riesce a selezionare dei fotoni riflessi SOLO quelli, che mantengoo una certa segnatura di entanglement con il fascio di riferimento e questa sorta di “filtro quantistico” produce delle immagini finali pressoche’ senza rumore.

Insomma il fenomeno dell’ entanglement e’ tangibile e, almeno apparentemente rappresenta una violazione (non-locale) di uno dei capisaldi della Relativita’  Ristretta secondo cui nessun segnale puo’ propagarsi a velocita’ superiore di quella della luce… men che meno istantaneamente!!!
Un salvaggente alle assunzioni di Einstein potrebbe essere la presenza di ulteriori dimensioni spaziali entro le quali le particelle entangled possano comunicare localmente (vedi wormholes), ma una siffatta spiegazione appare come minimo una forzatura o come ci piace pensare, da bravi criticisti, come un nuovo modello epiciclico ideato con il solo fine di preservare lo status-quo di teoria affermata alla Relativita’ ensteiniana e non relegarla al ruolo di effimera “comparsa” nel grande scenario della storia della scienza.

Descrivendo l’ entanglement viene in mente quindi che in realta’ la velocita’ della luce potrebbe non essere questo limite invalicabile come Einstein pensava… e se la velocita’ della luce in realta’ non fosse neanche una costante?
Considerando che una grande quantita’ di osservabili e quantita’ fisiche fondamentali sono ricavate utilizzando proprio “c” come costante nello spazio e nel tempo… vien da se che “scoprire” una qualche sorta di variabilita’ di “c”, andrebbe a toccare nell’ intimo tutte le moderne interpretazioni fisico-cosmologiche… portando con se implicazioni epistemologiche di portata epocale.

In questo contesto si inserisce il lavoro di Barry Setterfield e molti altri fautori della teoria VSL (Variable Speed of Light theory).
Alan Montgomery nel 1993 effettuo’ uno studio statistico sulle misure storiche della velocita’ della luce e trovo’ che negli ultimi 250-300 anni essa e’ leggermente diminuita; egli ha stimato come molto bassa la probabilita’ che le passate misure fossero affette da problemi sperimentali e/o di errori sistematici e quindi concluse che

il valore della misura di “c” in passato dovesse essere leggermente maggiore rispetto a quella attuale.
Le misure di “c” sono tutte indipendenti ed effettuate utilizzando in 16 metodologie differenti ed rivelano tutte un certo andamento negativo di diminuzione del valore della velocita’ della luce con il passare del tempo; in particolare da misure radar sul decadimento orbitale lunare si evince una diminuzione di “c” con rispettivo rallentamento degli orologi atomici.
Questo andamento, che risulterebbe peculiare rispetto ad altri set di costanti fondamentali, le quali non mostrano invece variazioni nel tempo, avrebbe grosse ripercussioni dal punto di vista atomico poiche’ gli orologi atomici non scorrerebbero sincroni con gli orologi dinamici.

Successivi lavori di Barry Setterfield e Trevor Norman puntualizzarono il comportamento delle costanti atomiche rispetto alla velocita’ della luce, mostrando che la misura del tempo atomico e’ soggetta a variazioni nel tempo dinamico.
Dobbiamo pensare che la velocita’ della luce sia intimamente legata alle costanti atomiche.
Questo significa che ogni cambiamento nel tempo di “c” influenza l’ atomo (ad esempio la velocita’ delle orbite degli elettroni attorno ai nuclei sono proporzionali a “c”, mentre il tempo  di rivoluzione e’ proporzionale ad “1/c”); parimenti la costante di Plank, “h” dovrebbe variare come “1/c²” e cosi’ tutti i tempi di dimezzamento degli atomi radioattivi, il rapporto giromagnetico, nonche’ la costante di boltzman, “k”, ecc…
Ma andiamo oltre e scriviamo alcune formule che conosciamo tutti:

• Equazione di Einstein:    E~mc²
• Equazione di Boltzman:  E~kT
• Equazione di Plank:         E~h v

Potremmo pensare di scriverle tutte assieme:

E ~ mc2 ~ kT ~ h v

Questo ci da l’ andamento una semplice regola per ricavare l’ andamento delle varie costanti fondamentali in funzione di “c”.
John Barrow noto’ la peculiarita’ della “costante di struttura fine”, che e’ una costante adimensionale formata dalla combinazione della carica dell’ elettrone al quadrato, e², diviso la velocita’ della luce, c moltiplicata per la costante di plank, h; non e’ quindi detto che una semplice variazione di “c” comporti necessariamente dei cambiamenti alle quantita’ adimensionali, sopratutto se “h” e’ proporzionale ad “1/c²”:  un mondo dove i valori di “c”, “h” ed “e” varino lasciando inalterata la costante di struttura fine sarebbe un mondo osservazionalmente indistinguibile da uno in cui “c”, “e” ed “h” rimangono costanti.
La costante di struttura fine descrive quanto bene gli atomi rimangono legati assieme e che tipo di luce emetteranno gli atomi una volta eccitati: la stabilita’ del mondo osservabile quindi dipende molto dalla costanza della struttura fine degli atomi (costanza che Paul Dirac per primo investigo’ nel 1937).
Recenti studi (John Webb et al, 1999) spettrali effettuati a partire dalle righe di assorbimento prodotte dalla luce passante attraverso nubi di gas poste di fronte a dei quasars distanti hanno mostrato una variazione significativa della costante di struttura fine con il redshift (fino ad una parte su 105 sopratutto sopra redshift z>1), ma non c’e’ molto consenso scientifico su questi lavori, visto che altri studi su altri campioni di quasars non mostrano alcuna variazione del valore della costante di struttura fine.

Stando alla relativita’ lo spazio-tempo e’ una entita’ a 4 dimensioni di cui, la quarta, temporale risulta una pseudo-dimensione nel senso che e’ nel dominio immaginario (e con signatura negativa); quindi per passare dallo spazio al tempo e’ necessario applicare un fattore di conversione dato da “-i × c × t”: modificare “c” significa modificare la scala immaginaria del tempo rispetto alle altre tre dimensioni reali.

Dobbiamo a John Moffat nel 1992 la prima seria proposta di cosmologia alternativa all’ inflazione cosmica. Il lavoro di Moffat fu successivamente ampliato e da una collaborazione con Michael Clayton: nel lavoro si identificano due metriche separate, di cui una descrive l’ azione gravitazionale nel vuoto standard e l’ altra descrive il modo in cui i campi materiali si propagano nell’ Universo.
Stando a questa metrica -ict → -ic(t’) × t → -i c(t’) × t(t’), quindi il raggio di curvatura spaziale dell’ Universo tridimensionale rimarrebbe costante sebbene la velocita’ della luce, quindi la scala temporale, varierebbe nel corso dell’ espansione cosmologica (V.S. Troitskii et al, 1987).
In questo scenario, gli orologi, che misurano il nostro tempo cosmico locale, scorrerebbero a velocita’ diversa rispetto ad ipotetici orologi posti a grande redshift quando l’ Universo era molto piu’ giovane. In questo modo gli orologi atomici possono essere quindi corretti tenendo conto di questo effetto orbitale: questo porterebbe ad una nuova datazione anche in altri campi delle scienze naturali, come la geologia, la biologia e la paleontologia.
Secondo Moffat la luce nell’ Universo giovane si propagava anche di 60-ordini di grandezza piu’ velocemente rispetto ad oggi e questo significa che le regioni distanti dell’ attuale Universo avrebbero avuto tutto il “tempo” di termalizzarsi causalmente interagendo tra loro: nei primissimi istanti di vita dell’ Universo, essendo “c” molto piu’ grande del valore attuale, si sarebbe omogenizzata velocemente tramite semplice scattering.
Questa ipotesi risolve di fatto il problema dell’ “orizzonte cosmologico” connesso con la termalizzazione della radiazione di fondo cosmica (Cosmic Microwave Background).
Una diminuzione di “c” nel tempo cosmico significa anche un contributo aggiuntivo al redshift misurato delle galassie distanti: questa contributo aggiuntivo potrebbe essere una spiegazione piu’ che plausibile della componente intrinseca dei redshift che Alton Arp ha sempre cercato nella sua carriera.
Questa ipotesi permette anche di spiegare in maniera abbastanza semplice il fenomeno delle “shells quantiche” cioe’ del fatto che i redshift osservati apparirebbero come quantizzati in sfere concentriche riscontrabili da qualunque osservatore nell’ Universo: un oggetto che emette luce entro una di queste shell avra’ sempre lo stesso redshift (a meno degli errori di misura).
Anche in questo caso un siffatto fenomeno di quantizzazione e’ tirato in ballo  frequentemente dal Arp e compagnia e la variabilita’ della velocita’ della luce potrebbe essere una spiegazione piu’ che plausibile.
In pratica se I redshift non rappresentano in maniera univoca la velocita’ degli oggetti astrofisici, il problema della massa mancante, che servirebbe a tenere dinamicamente legati gli ammassi di galassie scompare seduta stante poiche’ i redshift quantizzati spiegherebbero agevolmente i grandi valori di “c*z” lungo la direzione radiale degli ammassi; inoltre grandi valori di “c*z” tenderebbero anche ad annegare il concetto di periodicita’ dei redshift appunto. In questo contesto essendo per definizione la velocita’ relativa delle galassie bassa, non serve ipotizzare un contributo oscuro di massa dinamica (ovviamente il problema della massa mancante supposta dalla curva di rotazione delle galassie spirali non viene risolta da questo problema).

Un discorso piu’ generale potrebbe tirare in causa l’ entropia dell’ Universo che per definizione e’ un sistema isolato e quindi dS/dt >= 0.
Senza entrare troppo nel merito epistemologico-filosofico (alla Stephen Hawking) dell’ intreccio univoco della freccia termodinamica, che implica una freccia temporale e definita da una freccia cosmologica che tutte insieme generano una freccia psicologica; facciamo solo notare che in questo contesto la costante di Boltzman dipende da 1/c² (come la costante di Plank) e quindi l’ entropia di un sistema S ~ k log(W) ~ 1/c² log(W) e piccole variazioni del valore di “c” determinano grandi variazioni dell’ entropia del sistema.

Se  ci sono 60 ordini di grandezza tra il valore all’ istante iniziale c(t0) ed il valore odierno c(t*) della velocita’ della luce, come Moffat proponeva, allora l’ entropia del sistema esploderrebbe ad un valore altissimo => delta(S) ~ (10^60)² con conseguente annacquamento del famigerato concetto termodinamico della “morte termica”.
Per spiegare la dipendenza asimmetrica della freccia temporale in relazione alla freccia cosmologica possiamo solo dedurre che il tempo non esiste in se ma e’ una rappresentazione umana della diminuzione della velocita’ della luce; in un certo senso quello che consideriamo tempo si dirige “da solo” e punta nella direzione secondo la quale la velocita’ della luce tende a diminuire fino al valore asintotico nullo (che per definizione e’ quello secondo cui l’ entropia dell’ Universo aumenta)!
Quando la luce diminuira’ abbastanza da approssimarsi a valori nulli il delta(c)~0 e quindi  delta(S)~costante  sara’ il momento della morte termica dell’ Universo.
George Ellis teorico e professore emerito all’ universita’ di Cape Town ha discusso con molto  fervore le ipotesi e le verie teorie VSL ed e’ giunto ad alcune conclusioni abbastanza critiche concernenti la natura della velocita’ della luce che e’ alquanto complessa e mostra diversi aspetti a seconda del contesto in cui essa si origina.
In ultima analisi le migliori teorie VSL non sono altro che delle equazioni di relativita’ generale viste tramite delle unita’ di misura alquanto inusuali; facendo infatti riferimento solamente a cosa si misura (ed in che modo) e’ possibile discernere sulla vera importanza del cambiamento delle costanti se e solo se esse sono adimensionali.
Ovviamente la prospettiva che le costanti fondamentali possano variare durante l’ evoluzione dell’ Universo offre molte prospettive intriganti che aprono le porte alle extra-dimensioni legandosi intimamente con il concetto dell’ energia oscura, intesa come energia accelerante per l’ Universo attuale.

Teorie del Tutto Unificate non Falsificabili… ma perfezionabili!

Obiettivo irrinunciabile della fisica contemporanea e’ trovare una “bella” teoria simmetrica, che tenga conto di tutto quello che ci circonda, dalle leggi del caos tramite le quali si descrivono i sistemi caotici lontani dall’ equilibrio fino ai sistemi altamente ordinati ed auto-organizzati.
Una legge fondamentale dell’ esistenza, che raggruppi tutte le interazioni fondamentali presenti in natura (o almeno quelle di cui abbiamo il sentore):
tutto molto bello ed intrigante ma di quale realta’ si parla e quali interazioni fondamentali dovremmo unire in una unica estetica rappresentazione?
Quale dovrebbe essere il concetto di esteticita’, che ci dovrebbe guidare nella formulazione, ma sopratutto nello scartare tutte quelle teorie unificate che meno si adattano al nostro mondo?

Un criterio estetico dovrebbe essere una regola generale ed imprescindibile su cui si dovrebbe trovare un accordo unanime di tutto l’ ambiente scientifico, da quello astronomico, a quello particellare, della materia e geologico, senza prescindere da quello teorico e delle interazioni fondamentali.
Purtroppo l’ esperienza insegna che i criteri estetici sono relativi al sistema di riferimento (e sopratutto a chi paga gli stipendi dei ricercatori, siano essi universita’, enti di ricerca o ditte private!)
Insomma la scienza e’ assoluta, ma gli scienziati sono relativi al sistema di riferimento originato dal contesto socio-politico-scientifico in cui sono immersi e come un mio bravo professore universitario insegnava “non esistono domande stupide, ma solo persone stupide!”… potremmo quindi parafrasare l’ affermazione dicendo che “non esistono teorie stupide, ma solo scienziati stupidi…!”.
Un criterio di esteticita’ generale dovrebbe considerare piu’ estetica (quindi vera) una teoria della gravitazione newtoniana, fissa nel tempo e nello spazio  (con G costante) ed una dipendenza dalla distanza che va “precisamente” con l’ inverso del quadrato della distanza (anche se tale legge necessariamente porta a concetti come materia oscura, costanti cosmologiche ed energia oscura), oppure considererebbe piu’ estetica una teoria di gravitazione con G non costante, dipendente dallo spazio e dal tempo, oppure con una dipendenza dalla distanza che non sia precisamente una potenza di “-2” ma un numero reale…  (vedi le teorie osservative MOND/TeVeS), cosa che porterebbe ad eliminare il concetto di materia oscura e tutte quelle spiegazioni introdotte successivamente per spiegare le discrepanze con la teoria accreditata…
Forse sarebbe piu’ intrigante un concetto di materia e/o energia oscura, o forse no, ma certo e’ che concetti cosi’ esotici danno da lavorare a folte schiere di scienziati in tutto il mondo e sopratutto creano un giro di affari di miliardi di euro per finanziare esperimenti, satelliti, acceleratori di particelle…

Poco conta se per spiegare la variegata fenomenologia di particelle, interazioni e bosoni messaggeri si ricorre a teorie e concetti ancora piu’ esotici come Loop Quantuum Cosmology (LQC), Teorie Madri (superstringhe e simili), Brane, Maglie e Membrane… tutti bei concetti filosofici che vengono conditi da un formalismo matematico senza precedenti per dargli una valenza fisica.
Costruito l’ LHC (Large Hadronic Collider) a Ginevra, l’ acceleratore di particelle piu’ grande al mondo, un’ opera imponente, che da sola avrebbe risolto il problema della “fame nel mondo”, il mondo e’ pronto per far luce nei meandri dei quark e dei leptoni, per trovare i bosoni messaggeri e la “particella di Dio”… ma se invece non si trovasse nulla? Se tutto si riducesse a consumare tanta energia elettrica per far funzionare i supermagneti e le teorie, che prevedevano il sorgere di questa e/o di quell’ altra particella invece risultassero fallaci? Beh nessun problema… bastera’ rinormalizzare gli infiniti e cambiare scala per tornare daccapo con le stesse teorie non falsificabili… ma allora bisognera’ costruire un acceleratore di particelle piu’ grande… perche’ per creare quelle particelle ci sara’ bisogno di piu’ energia!!!
…a meno che non si crei un bel mini-buco nero che finisca al centro della Terra e che rosicchi qualche atomo ogni tanto fino a risucchiare la Terra assieme a tutto il Sistema Solare!
Insomma riassumendo e’ dalla fine del 1500 che Galileo Galilei ha improntato nel metodo sperimentale l’ unico vero metodo di indagine in fisica, secondo il quale ogni teoria non riproducibile in natura da un esperimento ha ben poco valore scientifico, ma solo valore speculativo/accademico…
Senza tirare in ballo Popper se una teoria come le superstringhe cosmiche o la teoria braneworld non e’ ne’ riproducibile ne’ falsificabile, perche’ viene chiamata teoria?
Non sarebbe piu’ opportuno parlare di congettura? La Congettura delle Suprstringhe oppure la Congettura dell’ Universo Brana… ha piu’ senso non trovate?

Comunque viviamo in un mondo mediatico molto stimolante ed a volte anche comico se due presentatori televisivi come i fratelli Bogdanov (Igor e Grichka) possono trovare una teoria topologica, che descriva l’ Universo all’ istante zero (ed anche prima), come descrivono in alcuni loro articoli ed in un famoso libro di divulgazione (prima del Big Bang) oppure una “eccezionalmente semplice teoria del tutto” targata Anthony Garrett Lisi altrimenti detto il “fisico surfista” per la sua propensione allo sport acquatico, che tra una onda e l’ altra pubblicata verso la fine nel 2007 questa eccezionale teoria del tutto (E8 Theory una variante delle teorie di grande unificazione Great Unified Theory, GUT), con un formalismo talmente spinto che neanche gli addetti del settore riuscirono a valutarne l’ esattezza sia matematica sia concettuale!

Insomma sorrido pensando che prima o poi mi bastera’ guardare fuori dalla finestra i passanti, mio figlio che gioca a palla, le automobili, che sfrecciano per strada oppure il mio pesce rosso, che boccheggia sul bordo della sua vaschetta, per avere l’ ispirazione…
Quando cio’ avverra’ potro scrivere di getto la mia “teoria” (pubblicandola su qualche rivista scientifica), che descriva il mondo, una teoria bella, una teoria estetica, una teoria, che descriva il TUTTO e che inglobi tutto il sapere umano… ma per essere tale, condizione necessaria e sufficiente e’ che tale teoria dovra possedere una proprieta’ indispensabile:
dovra’ essere “non-falsificabile”!!!

Bibliografia e Sitografia

• Open Electronic Archives: http://arXiv.org
• Martin Lopez Corredoira & Carlos Castro Perelman, “Against the Tide, a critical review by scientist of how physics and astronomy get done”, http://philsciarchive.pitt.edu/archive/00004046/
• George F.R. Ellis, “c is the speed of light, isn’t it?”, http://arxiv.org/abs/gr-qc/0305099
• Barry Setterfield, “Te vacuum, light speed and the redshift”, http://ldolphin.org/setterfield/redshift.html
• Barry Setterfield, “On the Constancy of the Speed of Light”, http://ldolphin.org/constc.shtml
• Roger Penrose, “The Road to Reality, a complete guide to the laws of the Universe”, http://en.wikipedia.org/wiki/The_Road_to_Reality
• Halton Arp, “Seeing Red: Redshifts, Cosmology and Academic Science”, Apeiron, Montreal, 1998.
• Halton Arp, “Quasars, Redshifts and Controversies”, Interstellar Media, Berkeley, California, 1987.
• Timothy Clifton and Pedro G. Ferreira, “Does Dark Energy really Exists?”, http://www.cosmunix.de/arthus/SciAmApril09.pdf
• Zeeya Merali, “The butterfly effect gets entangled”, http://www.nature.com/news/2009/091007/full/news.2009.980.html
• Cherles Q. Choi, “Quantum entanglement benefits exist after links are broken”, http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=quantum-entanglement
• L’ “affare Bogdanov”, http://en.wikipedia.org/wiki/Bogdanov_Affair
• Igor e Grichka Bogdanov, “prima del Big Bang”, http://www.ibs.it/code/9788830422575/bogdanov-igor/prima-del-big.html
• Anthony Garrett Lisi, “An Exceptionally Simple Teory of Everithing”, http://en.wikipedia.org/wiki/An_Exceptionally_Simple_Theory_of_Everything e http://arxiv.org/abs/0711.0770

Di recente la notizia di un aggravarsi delle condizioni fisiche di quello che io considero l’ ultimo genio ancora in vita del nostro secolo: Stephen Hawking.

Prendendo spunto dalla notizia ho deciso di recarmi in libreria (rigorosamente on-line) ed ho acquistato un dei sui ultimi capolavori, l’ Universo in un Guscio di Noce.

Leggendolo non ho potuto far meno di notare le mirabili doti di sintesi che gli hanno permesso di inventare letteralmente quella che definirei senza falsi sensazionalismi “una nuova concezione del mondo che ci circonda”.

Si tratta di una visione forse troppo avanti negli anni per poter essere apprezzata appieno, ma vale la pena esporla brevemente in modo da permettere a tutti di farsi una idea.

Ovviamente per una trattazione più rigorosa ed esaustiva si rimanda alla lettura del libro e/o ad altri lavori più recenti del medesimo autore.

La concezione del Tempo e dello Spazio

“il tempo è un fime inpetuoso che travolge tutti i nostri sogni” Isaac Watts.

Senza scomodare il grande filosofo epistemologico Carl Popper, la concezione del tempo e dello spazio è cambiata innumerevoli volte da quando Newton nel suo Principia Matemathica (1687) diede una definizione del tempo come una semiretta infinita in entrambe le direzioni, fino ad essere completamente rivoluzionata ai nostri giorni.

Passando per l’ <<Antinomia della ragion pura>> di Immanuel Kant per giungere fino alla concezione di Einstein, che lega lo spazio al tempo in una unica entità (cronotopo spazio-tempo), sostanzialmente l’ idea di tempo non varia significativamente.

Con l’ evidenza di un universo in espanzione (e del Big Bang quindi) la forma del tempo variò da retta a semiretta e da semiretta a segmento… per poi tornare ad essere semiretta. Si tratta di interpretazioni basate più che altro sulle soluzioni delle equazioni di Einstein piuttosto che sulla natura globale dello spazio-tempo.

Per smuovere le acque si è dovuto attendere il lavoro di Roger Penrose e Stephen Hawking, che hanno valutato il fenomeno dal punti d vista della struttura globale dello spazio-tempo.

In particolare nella concezione della relatività generale lo spazio-tempo risulta incurvato non solo dalla massa dei corpi, ma anche dall’ energia presente nello spazio-tempo stesso; poiché l’ energia è sempre positiva essa tenderà a curvare in maniera concava lo spazio tempo facendo convergere le radiazioni luminose.

Se consideriamo le traiettorie percorse nello spazio tempo dai raggi luminosi provenienti da sorgenti lontane (cono di luce), che giungono in questo istante ai nostri occhi, il cono di luce sarà rivolto con il vertice verso di noi, sicché più guardiamo sorgenti lontane e più indietro nel tempo andiamo. Andando quindi indietro nel tempo vediamo delle regioni dove la densità di materia (e quindi radiazione) è sempre maggiore… fino a giungere alla radiazione di fondo cosmica a 2.7K, che identifica il momento in cui l’ universo è diventato trasparente. Da quell’ epoca fino ad oggi la radiazione elettromagnetica ha dovuto attraversare molta materia ed energia per giungere fino ai nostri occhi e nel lontano passato le traiettorie del cono di luce sono curve e convergono, fino a concentrarsi in un punto (il BigBang appunto), nel quale possiamo identificare l’ origine del tempo.

Con la Teoria Quantistica si è potuta associare una energia minima di vuoto allo spazio-tempo, che integrata lungo il cono di luce odierno produrrebbe una densità di energia sufficiente ad arrotolare tutte le dimensioni spaziali in un unico punto…, ma l’ evidenza osservativa dimostra che il nostro universo attuale non è arrotolato in un unico punto (una singolarità) e quindi cominciò a far breccia l’ idea della costante cosmologica.

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Man mano che il sapee scientifico progrediva gli “infiniti” che via via si presentavano nelle diverse unificazioni si andavano elidendo, in particolar modo con l’ adozione delle variabili di Grassmann, che, a differenza dei numeri interi possiedono proprietà anti-commutative (cioè AxB=-BxA). Con questi nuovi strumenti varie nuove teorie cavalcarono l’ onda tutte facenti capo al concetto di supersimmetria.

Un aconseguenza di tali leggi è che ogni particella materiale possiede una super-particella simmetrica avente spin minore o maggiore di ½: in questo modo ogni bosone (spin intero) possiede un fermione (spin semi-intero) come partner supersimmetrico e viceversa.

Anche le leggi della gravità vennero stravolte dalla rivoluzione supersimmetrica e venne ideata una teoria detta supergravità; inoltre poiché esistono in natura un egual numero di bosoni e di fermioni, gli “infiniti” più grandi venivano elisi dalle teorie della supergravità.

Negli annin ‘90 però la moda cambiò e si cominciarono a prediligere altri tipi di teorie: le cosidette teorie delle stringhe cosmiche. Le stringhe cosmiche sono delle corde che possiedono una sola dimensione e si muovono nello spazio tempo; in questa ottica queste corde vibbrano e le loro increspature rappresentano le particelle materiali.

Se anche le stringhe avessero possedessero le proprietà anti-commutative delle variabili di Grassmann allora le increspature produrrebbero sia bosoni sia fermioni e questo avrebbe come conseguenza l’ eliminazione di tutti gli “infiniti”.

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In questo scenario la supergravità era valida solo alle basse energie, mentre le superstringhe lo erano anche alle alte energie… purtroppo di teorie di superstringhe ve ne erano 5 diverse e non era semplice decidere tra queste.

Più tardi si comprese che le stringhe facevano parte di una più vasta categoria di oggetti, le “p-brane”, definite per la prima volta da Paul Townsend. Una brana è una membrana che si estende in “p” dimensioni (una 1-brana rappresenta una stringa, una 2-brana è una superficie o membrana e così via…).

Con questo strumento tutte le p-brane venivano trovate come soluzioni delle equazioni della supergravità in 10 o 11 dimensioni (con le altre 6/7 dimensioni arrotolate e trascurabili rispetto alle quattro macroscopiche e quasi piatte, di cui abbiamo esperienza quotidiana).

In pratica col passare del tempo si è compreso che tutte le teorie di grande unificazione erano solo aspetti diversi della stessa teoria, che venne quindi chiamata M-teoria (dove M sta per Madre).

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A differenza della fisica einsteniana classica, in meccanica quantistica e nella M-Teoria il tempo ha un valore immaginario (nel senso che viene descritto non da numeri reali, ma da numeri immaginari).

Per raffigurare una tale situazione immaginiamo uno spazio-tempo sferico come la superficie della terra, e supponiamo che il tempo immaginario siano i gradi di latitudine e/o longitudine…tutti i meridiani si incontreranno ai poli (nord o sud) per cui in quei punti il tempo si ferma, nel senso che un aumento del tempo immaginario ossia della longitudine, ci lascia comunque nello stesso punto.

Analogamente il tempo immaignario sembra fermarsi sull’ orizzonte di un buco nero.

In questo ambito non ha senso chiedersi cosa ci sia prima dell’ inizio (o della fine) del tempo perché quegli istanti sono punti dello spazio-tempo in cui valgono le stesse leggi che valgono in tutto l’ universo.

Fu Stephen Hawking a studiare il concetto di tempo ed a capire che quando si ha l’ arresto del tempo reale (e-o immaginario), al tempo si associa una temperatura caratteristica che ne descrive le possibili configurazioni interne, o altrimenti detta, la sua entropia. Questa quantità è proporzionale all’ area dell’ orizzonte degli eventi e su ogni unità di area dell’ orizzonte degli eventi viene in questo caso contenuto un bit di informazione sullo stato interno del buco nero!

In questo contesto la gravità quantistica ingloba il principio olografico⁽¹⁾.

Un ologramma è un fenomeno di interferenza, che viene prodotto quando una radiazione laser è divisa in due componenti una che rimbalza su un oggetto tridimensionale e poi su una superficie fotosensibile e l’ altra componente, che attraversa una lente eseguendo lo stesso cammino ottico e si sovrappone alla luce riflessa dal corpo, producendo sulla superficie fotosensibile una figura di interferenza.

L’ immagine prodotta da un ologramma è a tutti gli effetti tridimensionale, vi si può girare intorno e osservare le facce nascoste dell’ oggetto tridimensionale che la ha creata; inoltre, a differenza delle normali fotografie bidimensionali, anche il minimo segmento di una immaggine olografica contiene tutte le informazioni necessarie a ricreare l’ intera immagine tridimensionale (vedere immagine).

In particolar modo le informazioni dello spazio-tempo potrebbero venire codificate sul confine di una regione, avente due dimensioni in meno (nell’ olografia si forma una immagine tridimensionale su una superficie bidimensionale).

Con una gravità quantistica, che include il principio olografico, si riuscirebbero ad ottenere informazioni su ciò, che si trova dentro ai buchi neri e sulla loro radiazione intrappolata.

Attualmente si ipotizza che il nostro mondo si trovi su una 3-brana (superficie quadridimensionale), che rappresenta il confine di una superficie pentadimensionale e con le restanti dimensioni arrotolate su se stesse da risultare ininfluenti; l’ equazioni di stato ricavabili quindi dal mondo su una 3-brana basterebbe a codificare il resto dell’ universo in 5 dimensioni.

Le 3-brane Olografiche

“Facendo capo alla convinzione che “non è una legge quella che è valida in determinate circostanze ed in altre no”, bisogna necessariamente convincerci che l’ origine stessa dell’ universo va compresa su basi scientifiche… potrà anche essere un compito al di sopra delle nostre capacità, ma varrà comunque la pena di tentare”

Stephen Hawking

Il determinismo classico funziona bene per i grandi sistemi poiché in media ci sono talmente tante configurazioni probabilistiche possibili che i risultati risultano abbastanza prevedibili.

Quando l’ universo è grande quindi non ci sono problemi nell’ identificare delle leggi più o meno deterministiche, mentre quando l’ universo risulta molto piccolo (nei suoi primissi istanti di vita ad esempio), vi sono un numero limitato di configurazioni possibili ed in questo contesto il principio di indeterminazione diventa dominante.

Poiché ogni volta che si tira un dado la probabilità si resetta, l’ universo non ha una unica storia, ma tutte le storie possibili, seppur con bassa probabilità.

L’ ipotesi delle storie multiple (degli universi paralleli) è stata formulata per la prima volta da Richard Feynman e sulla base della quale si è tentato di identificare una teoria unitaria che, seppure non ci dice nulla sul suo stato iniziale, ci permetterebbe di prevedere probabilisticamente l’ intera evoluzione dell’ universo a partire dagli stati iniziali e dalle sue condizioni al contorno.

Jim Hartle e Stephen Hawking hanno ipotizzato che la regola fondamentale per le condizioni al contorno dell’ universo primevo è che non ci siano condizioni al contorno: la condizione al contorno dovrebbe essere l’ assenza di confini nello spazio e nel tempo.

Nella fatispecie se ipotizziamo la presenza di un tempo immaginario non è affatto detto che nel tempo immaginario l’ universo abbia un confine o un inizio o una fine: in pratica il tempo immaginario funzionerebbe come una quarta dimensione spaziale in cui le storie dell’ universo in un tale spazio penta-dimensionale risulterebbero essere curve, come la superficie di una sfera o una sella.

Nel caso delle storie dell’ universo rappresentate da superfici chiuse, non vi sarebbe necessità di definire delle condizioni al contorno ed inoltre l’ universo sarebbe completamente autonomo e non avrebbe bisogno di una scintilla o di un motore esterno per azionare il meccanismo.

Ovviamente nell’ ottica delle storie multiple e nell’ ottica del principio antropico, il fatto stesso che siamo essere intelligenti capaci di porci la domanda sulle storie multiple va da se che esclude nella storia attuale tutte quelle storie inadatte alla formazione della vita.

La M-teoria in particolare prevede innumerevoli storie inadatte alla vita (troppo curve, che durano trpoo poco, troppo “vuote”, ecc…) e solo poche, che si adattano alle limitazioni della possibile formazione della vita.

Se la storia nel tempo imamginario viene rappresentata da una sfera (in 5 dimensioni), essa determinerà una storia nel tempo reale in cui l’ universo si espande in ogni punto a ritmo accelerato (fenomeno riscontrato anche nel nostro universo e denominato “inflazione”).

La rapida espanzione tende ad eliminare le disomogeneità presenti nell’ universo iniziale; durante l’ espansione l’ universo crea materia sottraendo energia dal campo gravitazionale sicché l’ energia totale risulta nulla in quanto l’ energia della materia (positiva) risulta controbilanciata dall’ energia del campo gravitazionale (negativa).

Ovviamente una storia perfettamente sferica continuerebbe ad espandersi inflativamente a ritmo esponenziale per un tempo infinito, mentre a noi interessano delle superfici leggermente rugose ed appiattite ai poli, tali che ad un certo punto della sua storia l’ inflazione si arresti e l’ espansione si rallenti in modo da permettere la formazione delle galassie. Tali irregolarità sono state osservate sperimentalmente da Cobe studiando la radiazione cosmica di fondo nelle microonde e sono una parte su 100000.

Il punto fallace di tutta la teoria è venuto alla luce nel momento in cui gli scienziati, di fronte alle evidenze osservative, sono stati costretti a definire una energia del vuoto (opposta alla materia), che tendeva ad accelerare l’ universo (come l’ inflazione); comunque questa energia di vuoto risulterebe talmente piccola da essere trascurabile.

Il determinismo classico fu messo in discussione quando S. Hawking dimostrò che I buchi neri non erano poi tanto neri. Con l’ avvento della meccanica quantistica, infatti, tutti I campi devono avere fluttuazioni statistiche, anche il vuoto cosmico doveva possedere delle fluttuazioni quantistiche di energia. Tramite questa energia minima di vuoto si possono comunque formare delle coppie di particelle-antiparticelle, dette virtuali⁽²⁾, che poi ri riannichiliscono rilasciando un fotone della stessa energia che le ha create. Se ci si trova vicino all’ orizzonte degli eventi di un buco nero una delle particelle può cadervi dentro e l’ altra può rimanere libera di sfuggirvi: in questo modo un osservatore lontano vedrà il buco nero irraggiare tale particella dal suo orizzonte.

Sotto questa luce ad un buco nero, essendo un corpo che irradia, può essere associata una temperatura termica caratteristica, che dipende dalle sue dimensioni: un buco nero di alcune masse solari avrebbe una temperatura 10^-6K sopra lo zero assoluto, un buco nero ancora più grande, come quello entro il core di molte galassie, avrebbe una temperatura ancora inferiore; comunque la radiazione termica di un buco nero risulterebbe totalmente sommersa dalla temperatura di fondo cosmica a 2.7K.

Nel caso di un buco nero microscopico si avrebbe una temperatura decisamente maggiore poiché irradierebbe molto più velocemente.

Questo fenomeno detto comunemente radiazione di Hawking e volgarmente evaporazione dei buchi neri, considera l’ equazione di einstein in cui massa=energia (E=mc²) e postula che tutti i buchi neri, prima o poi perderanno massa a spese dell’ energia del vuoto. Man mano che essi perderanno massa il loro tasso di snellimento diventerà sempre maggiore fino a scomaprire in un sussulto finale.

Tale fenomeno si può applicare anche all’ universo, poiché nei primissimi istanti, quando l’ universo giovane attraversò una fase di espansione inflativa talmente rapida che alcune regioni dello spazio finirono per essere talmente lontane che la luce da li proveniente non ha ancora fatto in tempo a giungere fino a noi… in questo contesto si formò un orizzonte degli eventi, come quello di un buco nero, che separa le regioni di universo causalmente connesse da quelle non connesse.

Un siffatto orizzonte, come quello di un buco nero, deve quindi presentare uno spettro di corpo nero con annesse delle fluttuazioni quantistiche di densità(fenomeno già osservato da Cobe, come già detto poc’anzi).

Tornando al buco nero ed al suo orizzonte, si pensa che una coppia di particelle virtuali, di cui una finisca nell’ orizzonte del buco nero, possa permettere di predire la funzione d’ onda al di quella rimasta fuori dall’ orizzonte degli eventi.

In un certo senso se due particelle vengono create da un fotone, avranno spin opposti; se misuro lo spin di una delle due (per esempio quella che cade entro il buco nero) conoscerò all’ istante lo spin di quella fuori e misurando la posizione della seconda infrangerei il principio di indeterminazione di Eisemberg, ma in realtà ciò non accade perché non si può fare una misurazione precisa se una parte della funzione d’ onda va perduta dentro l’ orizzonte del buco nero.

Questo fenomeno viene chiamato Entaglement e affligge gli scienziati da quando Einstein postulò I suoi esercizi mentali.

Un passo avanti nella teoria si ebbe con Andrew Strominger nel 1996 il quale considerò un buco nero come formato dalle intersezioni delle p-brane.

Se delle particelle colpiscono le p-brane vi eccitano delle onde supplementari; quando due o più onde si muovono in direzioni opposte esse si sovrappongono e fanno interferenza e quindi producono un picco che si stacca dalla brana e rappresenta una particella emessa dalla p-brane: in questo modo le p-brane assorbono ed emettono particelle come i buchi neri.

In questo modo si può dimostrare che il numero di onde sulle p-brane è pari alla quantità di informazione, che dovrebbe contenere il buco nero. In questo modello la differenza sostanziale è che le informazioni di quello che cade nel buco nero rimangono comunque immagazzinate nella funzione d’ onda relativa alle onde sulle p-brane e di fatto non vengono perse nell’ orizzonte del buco nero come nella fisica classica.

In pratica il modello più accreditato attesta che la materia e le forze non gravitazionali, come quella elettromagnetica, risulterebbero confinate nella brana a cui appartiene il nostro universo, quindi tutto quello non connesso con la gravità risulterebbe di fatto confinato entro le 4 dimensioni spazio-temporali come osserviamo in laboratorio appunto.

Un chiaro esempio di aplicazione del principio antropico perché se così non fosse gli atomi non sarebbero stabili e di conseguenza noi non potremmo essere qui ad osservare che gli atomi sono stabili.

La forza gravitazionale invece si dipanerebbe nelle altre dimensioni, anzi si manifesterebbe proprio come curvatura dello spazio entro il quale risiede la brana; propagandosi nelle dimensioni extra la gravità risulterebbe diluita e scalerebbe più rapidamente con la distanza di quanto previsto in 4 dimensioni.

Purtroppo una tale diminuzione maggiorata della forza di gravità non viene osservata a distanza cosmologiche (altrimenti vedremmo i pianeti percorrere delle orbite instabili). Per porre rimedio a questa evidenza osservativa si è supposto che le dimensioni extra finiscano su una altra brana non troppo lontana da quella su cui viviamo.

In questo modo a distanze superiori a quella esistente tra le due brane la gravità non riuscirebbe ad agire liberamente, ma come la forza elettrica risulterebbe intrappolata nella brana e diminuirebbe alla velocità necessaria per mantenere le orbite stabili.

Mentre a distanze inferiori di quella esistente tra le due brane invece la gravità potrebbe agire liberamente e varierebbe quindi più velocemente. Ad oggi gli esperimenti condotti hanno verificato l’ andamento della gravità classica fino a distanze di qualche millimetro!

In pratica secondo questa teoria vivremmo su una brana ed avremmo accanto un’ altra brana “ombra”. Poiché come detto prima la luce e tutte le altre interazioni fondamentali diverse dalla gravità, risulterebbero confinate sulle brane, noi non riusciremmo a percepire la brana ombra, ma potremmo sentire la sua influenza gravitazionale originata dalla sua materia .

In questo contesto nella nostra brana tali forze gravitazionali risulterebbero di fatto prodotte da corpi totalmente oscuri; una particolarità molto intrigante se si considerano le curve di rotazione delle galassie, le quali mostrano chiaramente che la materia ivi contenuta è molto più di quella effettivamente visibile.

N.B. L’ ipotesi della “brana ombra” è stata presa in seria considerazione nell’ ambiente politico italiano quando fu creato il “governo ombra”, il quale, attenendosi scrupolosamente alle leggi fisiche, non ha prodotto alcuna influenza sul mondo reale se non per la gravità delle affermazioni esternate…

Una alternativa più realistica della brana ombra è stata ipotizzata da Lisa Randall e Raman Sudrum, i quali hanno proposto che queste dimensioni extra invece di finire su una seconda brana ombra, potrebbero essere spazialmente infinite, ma fortemente curve (come la superficie di una sella).

Una tale curvatura si comporterebbe come una seconda brana che intrappolerebbe la gravità nelle strette vicinanze della brana in cui si produce e replicherebbe l’ andamento classico a grandi distanze.

La differenza sostanziale tra i due modelli emerge quando un corpo si muove sotto l’ influenza gravitazionale: in questo caso esso dovrebbe irraggiare sotto forma di onde gravitazionali, le quali per definizione trasportano energia (dalla variazione del periodo di rotazione della pulsar binaria PSR1923+16 , l’ esistenza delle onde gravitazioni sembrerebbe confermata indirettamente).

Nella fatispecie ogni corpo, che si muove su una brana fortemente curva, perderebbe energia sotto forma di onde gravitazionali, le quali, nel caso della presenza di una seconda brana rimarrebbero intrappolate tra le due brane, mentre, in caso di assenza della brana ombra, si propagherebbero all’ infinito sottraendo energia alla nostra brana.

Se due stelle orbitano attorno al comune centro di gravità produrrebbero delle onde gravitazionali aventi lunghezza d’ onda molto maggiore del raggio di curvatura della brana-sella e quindi resterebbero confinate nelle immediate vicinanze della brana, senza propagarsi molto nelle dimensioni extra; quando invece le onde gravitazionali sono prodotte dai buchi neri, esse avrebbero una lunghezza d’ onda assai più corta e le onde gravitazionali potrebbero sfuggire all’ intrappolamento gravitazionale, propagandosi nelle dimensioni extra.

Un buco nero grande che irraggia tramite radiazione di Hawking tenderebbe quindi a perdere massa (sulla brana a cui appartiene) fino a diventare più piccolo del raggio di curvatura delle dimensioni extra a sella ed a quel punto le onde gravitazionali riuscirebbero a sfuggire dalla brana di origine e l’ esplosione finale dei radiazione di un buco nero in via di estinzione apparirebbe perciò meno potente di quella, che si avrebbe in uno spazio 4-dimensionale.

Conclusioni

Così come la radiazione dei buchi neri è originata dalle fluttuazioni quantistiche, che creano le particelle virtuali, anche le brane risentono dello stesso fenomeno causato dal principio di indeterminazione ed in uno spazio multi-dimensionale il tutto apparirebbe come la formazione delle bolle di aria nell’ acqua in ebbollizione: bollicine (brane) minuscole tenderanno a ricollassare di nuovo fino a scomparire, mentre una bolla, che cresce per fluttuazioni quantistiche oltre una certa dimensione critica, continuerà probabilmente a crescere (un osservatore interno a tale bolla, come noi, vedrebbe il suo universo espandersi a partire dal BigBang).

In questo modello la forma della brana che si origina nel tempo immaginario è di cruciale importanza: le storie del tempo immaginario, che non siano perfettamente liscie e/o sferiche, avrebbero probabilità più scarse di originarsi, ma avrebbero il vantaggio che all’ espansione inflativa iniziale seguirebbe ad un certo punto un rallentamento, il quale permetterebbe la formazione di aggregati di materia… e quindi anche della vita.

Secondo il principio olografico, le informazioni riguardanti quello che accade in una regione dello spazio-tempo, verrebbero codificate sul confine della regione stessa.

Degli esseri interni alla bolla penserebbero di essere in un universo a 4 dimensioni, ma la verità sarebbe che la loro intera esistenza sarebbe quella di “ombre proiettate” sulla brana da quello che accade in più dimensioni dentro alla bolla.

In questo senso ci potremmo chiedere cosa c’è fuori della bolla; le risposte possono essere molteplici:

1. fuori non c’è nulla, nemmeno lo spazio vuoto…

2. l’ esterno di una bolla è collegato all’ esterno di una altra bolla…

3. l’ analogia dell’ acqua in cui tante bolle si formano, si distruggono e/o collidono provocando di tanto in tanto dei “piccoli BigBang” (o Crunch)…

Si tratta di studi teorici per lo più border-line e giustificati solo dal fatto che la gravità è una interazione molto debole e quindi si postula l’ esistenza di un’ altra gravità di grande unificazione forte come le altre interazioni, ma che risulti diluita nelle dimensioni aggiuntive.

Se così fosse la lunghezza di Plank sarebbe molto più grande di quanto classicamente pensato e quindi l’ energia di grande unificazione potrebbe essere alla portata degli acceleratori di particelle di prossima generazione (con LHC che farà da capofila…).

In questa ottica due particelle che collidono ad una certa energia potrebbero trovarsi a distanza inferiore di quella di plank alla quale nessuna interazione conosciuta potrebbe arrestare la formazione di un mini-buco nero… con tanto di irraggiamento gamma che ne conseguirebbe dalla subitanea annichilazione… questo se l’ evaporazione alla hawking fosse corretta…

Note

1) Poiché l’ area dell’ orizzonte degli eventi di un buco nero è una misura della sua entropia, si pensa che l’ entropia massima di una regione chiusa dello spazio non possa mai superare un quarto dell’ area della superficie che la circoscrive. Visto che l’ entropia rappresenta una misura delle informazioni totali contenute entro un sistema, vine da pensare che le informazioni contenute in tutti i sistemi del mondo tridimensionale siano immagazzinate come ologrammi sui rispettivi confini bidimensionali.

2) si parla di particelle virtuali come di quelle particelle non direttamente osservabili, ma la cui influenza si fa sentire e conferma le previsioni teoriche.

Bibliografia

-Stephen Hawking “L’ universo in un guscio di noce”.

Da quando nacquero le prime applicazioni scientifiche per calcolatore divenne subito chiaro che la comunità scientifica internazionale aveva bisogno di una infrastruttura telematica dedicata allo scambio delle informazioni rilevanti via etere.

Inizialmente si costituirono varie sottoreti dedicate, come Arpanet; poi questi progetti si espansero e si perfezionarono fino a giungere alla moderna rete telematica, nota a tutti come Internet.

Ogni tanto si affermano e diventano molto popolari alcune applicazioni con sviluppi online che mettono in comunicazione diversi utenti i quali, interagendo tra loro, costituiscono un vero e proprio social network.

L’astrofisica, che è sempre stata parte di un contesto socio-economico globale, ha pian piano evoluto i propri standard per uniformarsi al trend e non apparire fuori dal mondo, come gli argomenti principali del suo investigare.

È così che è nata una intensa pletora di comunità astrofisiche e “social-astro-network”, che permette lo scambio immediato di informazioni pubbliche e spesso anche private.

Naturalmente il desiderio di comunicazione globale pervade anche gli astronomi i quali, dall’alto delle loro competenze informatiche superiori (necessarie allo svolgimento ottimale del proprio lavoro), riescono a manipolare a piacimento le applicazioni globali che un utente qualsiasi utilizza solo passivamente.

Se a questo aggiungiamo la possibilità fornita da molte facility online di interagire attivamente tramite programmi specifici di interfaccia (le cosidette librerie API), ecco che il popolo astronomico si trova al centro di importanti sviluppi tecnologici utili all’intera comunità scientifica e non.

Google Earth e Google Sky

Un esempio lampante è il lavoro svolto da Robert J. Simpson, astronomo del dipartimento di Fisica dell’Università di Cardiff, che ha sviluppato attivamente interessanti servizi online utilizzando le API di Google Earth.

Immagine – 1 – Percorso orbitale del satellite CoRot come visualizzato da GoogleEarth.

Uno di questi servizi utilizza la utility 3D di Google Earth, che permette il preciso posizionamento di oggetti in tre dimensioni; in questo modo Simpson ha sviluppato un servizio per il tracking in diretta (refresh di 1 secondo) dello spostamento e della posizione dei satelliti in orbita attorno alla Terra in merito alle tre coordinate assolute: longitudine, latitudine e altitudine.

Il servizio viene ospitato da un sito web, Orbiting-Frog (www.orbitingfrog.com) e utilizza un piccolo database preconfigurato che descrive la posizione degli oggetti orbitanti attorno alla Terra, sopratutto quella dei satelliti scientifici di interesse rilevante, quali ROSAT, XMM-Newton, IRAS, la Stazione Spaziale ecc.

In questo modo, qualsiasi utente che disponga di un proprio file in grado di descrivere il moto del proprio satellite, può utilizzare il servizio tracciando istante per istante la posizione del satellite di interesse.

Visualizzando tutti i satelliti noti in un’unica immagine, si ha chiara la percezione dell’impatto umano nell’esplorazione spaziale unitamente all’annoso dilemma della “spazzatura cosmica”.

Ogni satellite lanciato aumenta i detriti in orbita e il pericolo di collisione con altri satelliti funzionanti in orbita, nonché la possibilità che questa spazzatura inutilizzata prima o poi decada da un’orbita stabile e finisca per ripiombare al suolo.

Immagine – 2 – SCUBA survey ad un basso livello di zoom come visualizzato da GoogleSky.

Dal 2007 Google Earth ha aggiunto una nuova utility per l’osservazione del cielo, Google Sky.

Il funzionamento è analogo a quello di Google Earth, ma prevede un sistema diverso di coordinate (Ascensione-Retta e Declinazione).

Tramite Google Sky è possibile interagire con oggetti ed elementi VirtualObservatory dal servizio eStar e, tramite una ulteriore interfaccia al catalogo on line SIMBAD, è stato possibile utilizzare il programma pubblico come cone-search attorno a una determinata coppia di coordinate.⁽¹⁾

Una facility molto interessante di Google Sky è quella che permette di esplorare, ove presenti, differenti lunghezze d’onda (dal radio all’X) per la sovrapposizione spaziale delle immagini, utilizzando diversi livelli di trasparenza (per raffronto).

Per fare pratica R. J. Simpson ha inserito un intero set di dati della Survey SCUBA su Google Sky; anche in questo caso basta preparare un particolare database di oggetti denominato file KML che può essere caricato su Google Sky a differenti livelli di risoluzione.

Simpson ha deciso, inoltre, di utilizzare il servizio online offerto dalla NASA, Skyview, per scaricare le immagini relative a una particolare regione di cielo a differenti lunghezze d’onda provenienti da survey complete e inserirle (su richiesta) all’interno di Google Sky.

Facendo particolare attenzione alla resa cromatica e al tempo di esposizione, è stato inserito anche uno slider, che permette di navigare attraverso le varie lunghezze d’onda; in questo modo, identificata una particolare regione di interesse, è possibile mappare l’immagine a un particolare livello di zoom e muoversi nelle varie lunghezze d’onda.

Immagine – 3 – Esempio del tool interattivo “wavelenght slider” che permette di scorrere le varie lunghezze d’onda di un’immagine astronomica.

Ultimo lavoro di rilievo effettuato da Simpson riguarda la possibilità di visualizzare, sempre in Google Sky, gli spettri della regione di cielo selezionata utilizzando le immagini dello strumento HARP al JCMT; per fare questo è stato utilizzato il programma ds9/GAIA, che permette agli utenti di esplorare i data-cube (dove la frequenza è la terza dimensione); tali data-cube sono stati così inseriti nella nuova facility a “slider” di Skyview.

Twitter

Per facilitare l’utilizzo del servizio Heavens Above, che permette di visualizzare i transiti dei satelliti nella regione di cielo della rispettiva area geografica, e che molti reputano ostico, Simpson ha inoltre sviluppato alcuni applicativi che girano sotto Twitter, i quali si interfacciano a questo servizio online per determinare a scopo didattico il passaggio della stazione spaziale sopra alcune città di interesse (Cardiff, Dublino, NewYork).

Facebook

Negli ultimi cinque anni il fenomeno del social networking è diventato sempre più popolare.

Partendo dallo strumento sempre utile delle mailing list, si è passati a un approccio multidisciplinare per condividere interessi e formare gruppi di persone autoconsistenti (normalmente definiti “amici”).

Sfruttando la non discriminazione e l’intervento minimale di moderazione, i social network vengono utilizzati da milioni di persone e di conseguenza possono avere un impatto molto importante dal punto di vista educativo e pubblicitario.

Immagine – 4 – Schermata di funzionamento dell’Impact Calculator.

Facebook è il più diffuso in Italia e raggruppa un traffico di centinaia di milioni di utenti (ad oggi circa 150 milioni) sparsi nel globo.

Con un’audience così elevata è particolarmente facile promuovere siti e idee, tuttavia la propagazione delle informazioni è strettamente limitata al numero di contatti e alla capacità che essi hanno di diffondere le notizie.

Opposto al concetto del social networking indiscriminato vi è il social bookmarking, che implementa a monte la suddivisione in categorie di interesse e differenzia gli utenti a partire dai relativi interessi.

Spesso gli utenti segnalano un sito web e a seconda del numero di segnalazioni questo sito scalerà le classifiche della rete dei bookmark fino a divenire prominente per ogni utente membro (es. Digg, Del.icio.us, StumbeUpon).

Il caveat principale sta nel fatto che le segnalazioni devono essere effettuate scientemente, in quanto se tutti segnalano tutti i siti web, l’entropia cresce e il sistema non funziona.

Questi ed altri social bookmarking permettono di installare piccole applicazioni che possono girare sul proprio browser.

Esistono circa 100.000 sviluppatori di applicazioni per Facebook sparsi nel mondo e speciali guide create ad hoc per aiutare gli utenti alle prime armi.

Un esempio di applicazione per Facebook di carattere astronomico è quella sviluppata da E. Gomez, che mostra in diretta le immagini osservate dal LCOGT (Las Cumbres Observatory Global Telescope) con un refresh di 5 minuti.

Un’altra interessantissima applicazione è quella dell’Impact Calculator, che è parte di Down2Earth, programma educativo del Museo Nazionale del Galles (E. gomez e J. Yardley basato sul lavoro di G. Collins et al, 2005).

Questa applicazione mostra il cratere da impatto e le sue dimensioni nel caso in cui un asteroide dovesse colpire la Terra in un determinato punto.

Ovviamente la maschera del programma permette di impostare velocità, angolazione, diametro, composizione dell’asteroide e/o del suolo.

Una volta eseguita la simulazione, gli utenti ricevono informazioni relative a parametri importanti, come l’energia liberata, la frequenza attesa per un tale evento ecc.

Dopo che un’applicazione viene sviluppata e messa online è possibile utilizzare il programma Google Analytics per monitorare il traffico e l’utilizzo della stessa nel mondo.

Virtual Observatory

Oltre agli strumenti popolari, che possono essere riutilizzati per fini divulgativo-astronomici e pubblicitari, esistono anche dei tool astronomici preconfezionati dalla comunità scientifica internazionale per sfruttare appieno le tecnologie informatiche attuali.

Uno strumento in voga in questi ultimi anni è l’Osservatorio Virtuale (VO).

Si tratta di una serie di servizi web dedicati e disseminati nel globo, che interagiscono tra loro adottando standard riconosciuti (definiti da un organismo centrale IVOA-International Virtual Observatory Alliance); in questo modo è possibile creare una fitta rete di interconnessioni che collegano archivi astronomici e tool software.

Dopo anni di sviluppo tecnologico necessario a creare un’infrastruttura stabile e affidabile, finalmente cominciano ad emergere i primi risultati scientifici degni di nota.

Il primo risultato astronomico di rilievo ottenuto tramite il VO è quello di Padovani et al (2004), che hanno scoperto deboli quasar oscurati nell’ottico, sfruttando la possibilità del VO di espletare studi a diverse lunghezze d’onda.

Studi analoghi condotti negli anni successivi hanno portato alla pubblicazione di innumerevoli articoli di presentazione sulle più disparate riviste referate a diffusione internazionale.

Chillingarian et al (2008) hanno svolto uno studio accurato sull’ammasso di galassie Abell496 (e successivamente Abell160, Abell189 ed Abell397) alla ricerca di galassie ellittiche compatte.

Grazie al VO, la ricerca è stata condotta senza la necessità di scaricare alcuna immagine astronomica in locale. Una volta identificate le galassie compatte ellittiche candidate, è stato possibile ricavarne il redshift principalmente dallo spettrografo SCORPIO.

Successivamente è stato eseguito un lavoro di simulazione numerica per quantificare il fenomeno dello stretching mareale del disco di queste galassie early-type, utilizzando il codice GADGET-2 (Springel, 2005).

I ricercatori sono giunti alla conclusione che i progenitori di tali galassie potrebbero avere interamente perso la componente di disco a causa dello stretching maereale, mentre la componente di bulge è rimasta inalterata a meno di una piccola frazione di massa stellare persa.

Conclusioni

In passato gli astronomi erano considerati sacerdoti e maghi, intere popolazioni si affidavano ai loro calcoli complicati per identificare i periodi di semina e di raccolta.

Quest’aura di magia è ancora presente ai giorni nostri e spesso nel campo informatico ci si riferisce agli astronomi come a dei veri e propri hacker, che si divertono ad adattare il mondo telematico per asservire ai propri nobili scopi.

Dalla manipolazione di programmi e facility web largamente utilizzate alla realizzazione di vere e proprie infrastrutture scientifiche ad hoc essi riescono ad accedere e a processare enormi quantitativi di dati scientifici provenienti da differenti sorgenti e strumenti.

Ovviamente tutte le applicazioni descritte nel presente articolo sono semplicemente degli strumenti di lavoro e non potrebbero in alcun modo sostituirsi allo spirito critico e all’estro creativo di uno scienziato che ne fa uso.

In passato gli astronomi erano considerati sacerdoti e maghi, intere popolazioni si affidavano ai loro calcoli complicati per identificare i periodi di semina e di raccolta.

Quest’aura di magia è ancora presente ai giorni nostri e spesso nel campo informatico ci si riferisce agli astronomi come a dei veri e propri hacker, che si divertono ad adattare il mondo telematico per asservire ai propri nobili scopi.

Dalla manipolazione di programmi e facility web largamente utilizzate alla realizzazione di vere e proprie infrastrutture scientifiche ad hoc essi riescono ad accedere e a processare enormi quantitativi di dati scientifici provenienti da differenti sorgenti e strumenti.

Ovviamente tutte le applicazioni descritte nel presente articolo sono semplicemente degli strumenti di lavoro e non potrebbero in alcun modo sostituirsi allo spirito critico e all’estro creativo di uno scienziato che ne fa uso.

Nota:

⁽¹⁾ È in corso la definizione di un servizio che permetterà la determinazione degli articoli pubblicati su un determinato oggetto astronomico e/o una ricerca tra di essi.

Sitografia

Google Earth:
http://earth.google.com

Orbiting Frog:
http://www.orbitingfrog.com

SIMBAD:
http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/

VOEvent eStar:
http://www.estar.org.uk/wiki/index.php/VOEvent

SCUBA:
http://www.astro.keele.ac.uk/~ae/

NASA-Skyview:
http://skyview.gsfc.nasa.gov/

JCMT – HARP:
www.hia-iha.nrc-cnrc.gc.ca/atrgv/harplo_e.html

Facebook:
http://www.facebook.com

Twitter:
http://twitter.com/

OverTwitter:
www.orbitingfrog.com/over-twitter

AstroTwitter:
www.nasawatch.com/archives/2009/04/astro_twitter.html

Heavens Above:
www.heavens-above.com/

mySpace:
www.myspace.com

LCOGT:
http://lcogt.net/

Down2Earth, Impact Calculator:
http://simulator.down2earth.eu/

Ds9/GAIA:
www.cfa.harvard.edu/~john/funtools/ds9.html

Gadget-2:
www.mpa-garching.mpg.de/gadget/

IVOA:
www.ivoa.net/

Bibliografia

-E. L. Gomez, H. L. Gomez, J. Yardley, “Social Networking: An astronomer’s field guide”; arXiv:0903.0266v1 [astro-ph.IM]
-R. J. Simpson, “Hacking the Sky”; arXiv:0903.0484v1 [astro-ph.IM]
-Igor Chilingarian, “Virtual Observatory for Astronomers: Where Are We Now?”; arXiv:0903.0424v1 [astro-ph.IM]