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17 equazioni che hanno cambiato il mondo

26 Ago

Nel 2013 Ian Stewart, professore emerito di matematica presso l’università di Warwick, ha pubblicato un libro molto interessante e che consiglio a tutti di leggere, almeno per chi non ha problemi con l’inglese. Come da titolo di questo articolo, il libro si intitola “Alla ricerca dello sconosciuto: 17 equazioni che hanno cambiato il mondo”.

Perchè ho deciso di dedicare un articolo a questo libro?

In realtà, il mio articolo, anche se, ripeto, è un testo che consiglio, non vuole essere una vetrina pubblicitaria a questo testo, ma l’inizio di una riflessione molto importante. Queste famose 17 equazioni che, secondo l’autore, hanno contribuito a cambiare il mondo che oggi conosciamo, rappresentano un ottimo punto di inizio per discutere su alcune importanti relazioni scritte recentemente o, anche, molti secoli fa.

Come spesso ripetiamo, il ruolo della fisica è quello di descrivere il mondo, o meglio la natura, che ci circonda. Quando i fisici fanno questo, riescono a comprendere perchè avviene un determinato fenomeno e sono altresì in grado di “predirre” come un determinato sistema evolverà nel tempo. Come è possibile questo? Come è noto, la natura ci parla attraverso il linguaggio della matematica. Modellizare un sistema significa trovare una o più equazioni che  prendono in considerazione i parametri del sistema e trovano una relazione tra questi fattori per determinare, appunto, l’evoluzione temporale del sistema stesso.

Ora, credo che sia utile partire da queste 17 equzioni proprio per riflettere su alcuni importanti risultati di cui, purtroppo, molti ignorano anche l’esistenza. D’altro canto, come vedremo, ci sono altre equazioni estremanete importanti, se non altro per le loro conseguenze, che vengono studiate a scuola senza però comprendere la potenza o le implicazioni che tali risultati hanno sulla natura.

Senza ulteriori inutili giri di parole, vi presento le 17 equazioni, ripeto secondo Stewart, che hanno cambiato il mondo:

Le 17 equazioni che hanno cambiato il mondo secondo Ian Stewart

Le 17 equazioni che hanno cambiato il mondo secondo Ian Stewart

Sicuramente, ognuno di noi, in base alla propria preparazione, ne avrà riconosciute alcune.

Passiamo attraverso questa lista per descrivere, anche solo brevemente, il significato e le implicazioni di questi importanti risultati.

Teorema di Pitagora

Tutti a scuola abbiamo appreso questa nozione: la somma dell’area dei quadrati costruiti sui cateti, è pari all’area del quadrato costruito sull’ipotenusa. Definizione semplicissima, il più delle volte insegnata come semplice regoletta da tenere a mente per risolvere esercizi. Questo risultato è invece estremamente importante e rappresenta uno dei maggiori assunti della geometria Euclidea, cioè quella che tutti conoscono e che è relativa al piano. Oltre alla tantissime implicazioni nello spazio piano, la validità del teorema di Pitagora rappresenta una prova indiscutibile della differenza tra spazi euclidei e non. Per fare un esempio, questo risultato non è più vero su uno spazio curvo. Analogamente, proprio sfruttando il teorema di Pitagora, si possono fare misurazioni sul nostro universo, parlando proprio di spazio euclideo o meno.

 

Logaritmo del prodotto

Anche qui, come riminescenza scolastica, tutti abbiamo studiato i logaritmi. Diciamoci la verità, per molti questo rappresentava un argomento abbastanza ostico e anche molto noioso. La proprietà inserita in questa tabella però non è affatto banale e ha avuto delle importanti applicazioni prima dello sviluppo del calcolo informatizzato. Perchè? Prima dei moderni calcolatori, la trasformazione tra logaritmo del prodotto e somma dei logaritmi, ha consentito, soprattutto in astronomia, di calcolare il prodotto tra numeri molto grandi ricorrendo a più semplici espedienti di calcolo. Senza questa proprietà, molti risultati che ancora oggi rappresentano basi scientifiche sarebbero arrivati con notevole ritardo.

 

Limite del rapporto incrementale

Matematicamente, la derivata di una funzione rappresenta il limite del rapporto incrementale. Interessante! Cosa ci facciamo? La derivata di una funzione rispetto a qualcosa, ci da un’indicazione di quanto quella funzione cambi rispetto a quel qualcosa. Un esempio pratico è la velocità, che altro non è che la derivata dello spazio rispetto al tempo. Tanto più velocemente cambia la nostra posizione, tanto maggiore sarà la nostra velocità. Questo è solo un semplice esempio ma l’operazione di derivata è uno dei pilastri del linguaggio matematico utilizzato dalla natura, appunto mai statica.

 

Legge di Gravitazione Universale

Quante volte su questo blog abbiamo citato questa legge. Come visto, questa importante relazione formulata da Newton ci dice che la forza agente tra due masse è direttamente proporzionale al prodotto delle masse stesse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. A cosa serve? Tutti i corpi del nostro universo si attraggono reciprocamente secondo questa legge. Se il nostro Sistema Solare si muove come lo vediamo noi, è proprio per il risultato delle mutue forze agenti sui corpi, tra le quali quella del Sole è la componente dominante. Senza ombra di dubbio, questo è uno dei capisaldi della fisica.

 

Radice quadrata di -1

Questo è uno di quei concetti che a scuola veniva solo accennato ma che poi, andando avanti negli studi, apriva un mondo del tutto nuovo. Dapprima, siamo stati abituati a pensare ai numeri naturali, agli interi, poi alle frazioni infine ai numeri irrazionali. A volte però comparivano nei nostri esercizi le radici quadrate di numeri negativi e semplicemente il tutto si concludeva con una soluzione che “non esiste nei reali”. Dove esiste allora? Quei numeri non esistono nei reali perchè vivono nei “complessi”, cioè in quei numeri che arrivano, appunto, da radici con indice pari di numeri negativi. Lo studio dei numeri complessi rappresenta un importante aspetto di diversi settori della conoscenza: la matematica, l’informatica, la fisica teorica e, soprattutto, nella scienza delle telecomunicazioni.

 

Formula di Eulero per i poliedri

Questa relazione determina una correlazione tra facce, spigoli e vertici di un poliedro cioè, in parole semplici, della versione in uno spazio tridimensionale dei poligoni. Questa apparentemente semplice relazione, ha rappresentato la base per lo sviluppo della “topologia” e degli invarianti topologici, concetti fondamentali nello studio della fisica moderna.

 

Distribuzione normale

Il ruolo della distribuzione normale, o gaussiana, è indiscutibile nello sviluppo e per la comprensione dell’intera statistica. Questo genere di curva ha la classica forma a campana centrata intorno al valore di maggior aspettazione e la cui larghezza fornisce ulteriori informazioni sul campione che stiamo analizzando. Nell’analisi statistica di qualsiasi fenomeno in cui il campione raccolto sia statisticamente significativo e indipendente, la distribuzione normale ci fornisce dati oggettivi per comprendere tutti i vari trend. Le applicazioni di questo concetto sono praticametne infinite e pari a tutte quelle situazioni in cui si chiama in causa la statistica per descrivere un qualsiasi fenomeno.

 

Equazione delle Onde

Questa è un’equazione differenziale che descrive l’andamento nel tempo e nello spazio di un qualsiasi sistema vibrante o, più in generale, di un’onda. Questa equazione può essere utilizzata per descrivere tantissimi fenomeni fisici, tra cui anche la stessa luce. Storicamente poi, vista la sua importanza, gli studi condotti per la risoluzione di questa equazione differenziale hanno rappresentato un ottimo punto di partenza che ha permesso la risoluzione di tante altre equazioni differenziali.

 

Trasformata di Fourier

Se nell’equazione precedente abbiamo parlato di qualcosa in grado di descrivere le variazioni spazio-temporali di un’onda, con la trasformata di Fourier entriamo invece nel vivo dell’analisi di un’onda stessa. Molte volte, queste onde sono prodotte dalla sovrapposizione di tantissime componenti che si sommano a loro modo dando poi un risultato finale che noi percepiamo. Bene, la trasformata di Fourier consente proprio di scomporre, passatemi il termine, un fenomeno fisico ondulatorio, come ad esempio la nostra voce, in tante componenti essenziali più semplici. La trasformata di Fourier è alla base della moderna teoria dei segnali e della compressione dei dati nei moderni cacolatori.

 

Equazioni di Navier-Stokes

Prendiamo un caso molto semplice: accendiamo una sigaretta, lo so, fumare fa male, ma qui lo facciamo per scienza. Vedete il fumo che esce e che lentamente sale verso l’alto. Come è noto, il fumo segue un percorso molto particolare dovuto ad una dinamica estremamente complessa prodotta dalla sovrapposizione di un numero quasi infinito di collissioni tra molecole. Bene, le equazioni differenziali di Navier-Stokes descrivono l’evoluzione nel tempo di un sistema fluidodinamico. Provate solo a pensare a quanti sistemi fisici includono il moto di un fluido. Bene, ad oggi abbiamo solo delle soluzioni approssimate delle equazioni di Navier-Stokes che ci consentono di simulare con una precisione più o meno accettabile, in base al caso specifico, l’evoluzione nel tempo. Approssimazioni ovviamente fondamentali per descrivere un sistema fluidodinamico attraverso simulazioni al calcolatore. Piccolo inciso, c’è un premio di 1 milione di dollari per chi riuscisse a risolvere esattamente le equazioni di Navier-Stokes.

 

Equazioni di Maxwell

Anche di queste abbiamo più volte parlato in diversi articoli. Come noto, le equazioni di Maxwell racchiudono al loro interno i più importanti risultati dell’elettromagnetismo. Queste quattro equazioni desrivono infatti completamente le fondamentali proprietà del campo elettrico e magnetico. Inoltre, come nel caso di campi variabili nel tempo, è proprio da queste equazioni che si evince l’esistenza di un campo elettromagnetico e della fondamentale relazione tra questi concetti. Molte volte, alcuni soggetti dimenticano di studiare queste equazioni e sparano cavolate enormi su campi elettrici e magnetici parlando di energia infinita e proprietà che fanno rabbrividire.

 

La seconda legge della Termodinamica

La versione riportata su questa tabella è, anche a mio avviso, la più affascinante in assoluto. In soldoni, la legge dice che in un sistema termodinamico chiuso, l’entropia può solo aumentare o rimanere costante. Spesso, questo che è noto come “principio di aumento dell’entropia dell’universo”, è soggetto a speculazioni filosofiche relative al concetto di caos. Niente di più sbagliato. L’entropia è una funzione di stato fondamentale nella termodinamica e il suo aumento nei sistemi chiusi impone, senza mezzi termini, un verso allo scorrere del tempo. Capite bene quali e quante implicazioni questa legge ha avuto non solo nella termodinamica ma nella fisica in generale, tra cui anche nella teoria della Relatività Generale di Einstein.

 

Relatività

Quella riportata nella tabella, se vogliamo, è solo la punta di un iceberg scientifico rappresentato dalla teoria della Relatività, sia speciale che generale. La relazione E=mc^2 è nota a tutti ed, in particolare, mette in relazione due parametri fisici che, in linea di principio, potrebbero essere del tutto indipendenti tra loro: massa ed energia. Su questa legge si fonda la moderna fisica degli acceleratori. In questi sistemi, di cui abbiamo parlato diverse volte, quello che facciamo è proprio far scontrare ad energie sempre più alte le particelle per produrne di nuove e sconosciute. Esempio classico e sui cui trovate diversi articoli sul blog è appunto quello del Bosone di Higgs.

 

Equazione di Schrodinger

Senza mezzi termini, questa equazione rappresenta il maggior risultato della meccanica quantistica. Se la relatività di Einstein ci spiega come il nostro universo funziona su larga scala, questa equazione ci illustra invece quanto avviene a distanze molto molto piccole, in cui la meccanica quantistica diviene la teoria dominante. In particolare, tutta la nostra moderna scienza su atomi e particelle subatomiche si fonda su questa equazione e su quella che viene definita funzione d’onda. E nella vita di tutti i giorni? Su questa equazione si fondano, e funzionano, importanti applicazioni come i laser, i semiconduttori, la fisica nucleare e, in un futuro prossimo, quello che indichiamo come computer quantistico.

 

Teorema di Shannon o dell’informazione

Per fare un paragone, il teorema di Shannon sta ai segnali così come l’entropia è alla termodinamica. Se quest’ultima rappresenta, come visto, la capicità di un sistema di fornire lavoro, il teorema di Shannon ci dice quanta informazione è contenuta in un determinato segnale. Per una migliore comprensione del concetto, conviene utilizzare un esempio. Come noto, ci sono programmi in grado di comprimere i file del nostro pc, immaginiamo una immagine jpeg. Bene, se prima questa occupava X Kb, perchè ora ne occupa meno e io la vedo sempre uguale? Semplice, grazie a questo risultato, siamo in grado di sapere quanto possiamo comprimere un qualsiasi segnale senza perdere informazione. Anche per il teorema di Shannon, le applicazioni sono tantissime e vanno dall’informatica alla trasmissione dei segnali. Si tratta di un risultato che ha dato una spinta inimmaginabile ai moderni sistemi di comunicazione appunto per snellire i segnali senza perdere informazione.

 

Teoria del Caos o Mappa di May

Questo risultato descrive l’evoluzione temporale di un qualsiasi sistema nel tempo. Come vedete, questa evoluzione tra gli stati dipende da K. Bene, ci spossono essere degli stati di partenza che mplicano un’evoluzione ordinata per passi certi e altri, anche molto prossimi agli altri, per cui il sistema si evolve in modo del tutto caotico. A cosa serve? Pensate ad un sistema caotico in cui una minima variazione di un parametro può completamente modificare l’evoluzione nel tempo dell’intero sistema. Un esempio? Il meteo! Noto a tutti è il cosiddetto effetto farfalla: basta modificare di una quantità infinitesima un parametro per avere un’evoluzione completamente diversa. Bene, questi sistemi sono appunto descritti da questo risultato.

 

Equazione di Black-Scholes

Altra equazione differenziale, proprio ad indicarci di come tantissimi fenomeni naturali e non possono essere descritti. A cosa serve questa equazione? A differenza degli altri risultati, qui entriamo in un campo diverso e più orientato all’uomo. L’equazione di Black-Scholes serve a determinare il prezzo delle opzioni in borsa partendo dalla valutazione di parametri oggettivi. Si tratta di uno strumento molto potente e che, come avrete capito, determina fortemente l’andamento dei prezzi in borsa e dunque, in ultima analisi, dell’economia.

 

Bene, queste sono le 17 equazioni che secondo Stewart hanno cambiato il mondo. Ora, ognuno di noi, me compreso, può averne altre che avrebbe voluto in questa lista e che reputa di fondamentale importanza. Sicuramente questo è vero sempre ma, lasciatemi dire, questa lista ci ha permesso di passare attraverso alcuni dei più importanti risultati storici che, a loro volta, hanno spinto la conoscenza in diversi settori. Inoltre, come visto, questo articolo ci ha permesso di rivalutare alcuni concetti che troppo spesso vengono fatti passare come semplici regolette non mostrando la loro vera potenza e le implicazioni che hanno nella vita di tutti i giorni e per l’evoluzione stessa della scienza.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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Flusso oscuro e grandi attrattori

28 Feb

Nella ormai celebre sezione:

Hai domande o dubbi?

in cui sono usciti fuori davvero gli argomenti piu’ disparati ma sempre contraddistinti da curiosita’ e voglia di discutere, una nostra cara lettrice ci ha chiesto maggiori lumi sul cosiddetto “dark flow” o flusso oscuro. Una richiesta del genere non puo’ che farci piacere, dal momento che ci permette di parlare nuovamente di scienza e, in particolare, di universo.

Prima di poterci addentrare in questo argomento scientifico ma, anche a livello di ricerca, poco conosciuto, e’ necessario fare una piccolissima premessa iniziale che serve per riprendere in mano concetti sicuramente conosciuti ma su cui spesso non si riflette abbastanza.

Per iniziare la discussione, voglio mostrarvi una foto:

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Quello che vedete non e’ un semplice libro, ma uno dei tre volumi che compongono il Philosophiae Naturalis Principia Mathematica o, tradotto in italiano, “I principi naturali della filosofia naturale”. Quest’opera e’ stata pubblicata il 5 luglio 1687 da Isaac Newton.

Perche’ e’ cosi’ importante questa opera?

Questi tre volumi sono considerati l trattato piu’ importante del pensiero scientifico. Prima di tutto, contengono la dinamica formulata da Newton che per primo ha posto le basi per lo studio delle cause del moto ma, soprattutto, perche’ contengono quella che oggi e’ nota come “Teoria della Gravitazione Universale”.

Sicuramente, tutti avrete sentito parlare della gravitazione di Newton riferita al famoso episodio della mela che si stacco’ dall’albero e cadde sulla testa del celebre scienziato. Come racconta la leggenda, da questo insignificante episodio, Newton capi’ l’esistenza della forza di gravita’ e da qui la sua estensione all’universo. Se vogliamo pero’ essere precisi, Newton non venne folgorato sulla via di Damasco dalla mela che cadeva, ma questo episodio fu quello che fece scattare la molla nella testa di un Newton che gia’ da tempo studiava questo tipo di interazioni.

Volendo essere brevi, la teoria della gravitazione di Newton afferma che nello spazio ogni punto materiale attrae ogni altro punto materiale con una forza che e’ proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. In soldoni, esiste una forza solo attrattiva che si esercita tra ogni coppia di corpi dotati di massa e questa interazione e’ tanto maggiore quanto piu’ grandi sono le masse e diminuisce con il quadrato della loro distanza.

Semplice? Direi proprio di si, sia dal punto di vista fisico che matematico. Perche’ allora chiamare questa legge addirittura con l’aggettivo “universale”?

Se prendete la male di Newton che cade dall’albero, la Luna che ruota intorno alla Terra, la Terra che ruota intorno al Sole, il sistema solare che ruota intorno al centro della Galassia, tutti questi fenomeni, che avvengono su scale completamente diverse, avvengono proprio grazie unicamente alla forza di gravita’. Credo che questo assunto sia sufficiente a far capire l’universalita’ di questa legge.

Bene, sulla base di questo, l’interazione che regola l’equilibrio delle masse nell’universo e’ dunque la forza di gravita’. Tutto quello che vediamo e’ solo una conseguenza della sovrapposizione delle singole forze che avvengono su ciascuna coppia di masse.

Detto questo, torniamo all’argomento principale del post. Cosa sarebbe il “flusso oscuro”? Detto molto semplicemente, si tratta del movimento a grande velocita’ di alcune galassie in una direzione ben precisa, situata tra le costellazioni del Centauro e della Vela. Questo movimento direzionale avviene con velocita’ dell’ordine di 900 Km al secondo e sembrerebbe tirare le galassie in un punto ben preciso al di fuori di quello che definiamo universo osservabile.

Aspettate, che significa che qualcosa tira le galassie fuori dall’universo osservabile?

Per prima cosa, dobbiamo definire cosa significa “universo osservabile”. Come sappiamo, l’universo si sta espandendo e se lo osserviamo da Terra siamo in grado di vedere le immagini che arrivano a noi grazie al moto dei fotoni che, anche se si muovono alla velocita’ della luce, si spostano impiegando un certo tempo per percorrere delle distanze precise. Se sommiamo questi due effetti, dalla nostra posizione di osservazione, cioe’ la Terra, possiamo vedere solo quello che e’ contenuto entro una sfera con un raggio di 93 miliardi anni luce. Come potete capire, l’effetto dell’espansione provoca un aumento di quello che possiamo osservare. Se l’universo ha 14.7 miliardi di anni, ci si potrebbe aspettare di poter vedere dalla terra la luce partita 14.7 miliardi di anni fa, cioe’ fino ad una distanza di 14.7 miliardi di anni luce. In realta’, come detto, il fatto che l’universo sia in continua espansione fa si che quello che vediamo oggi non si trova piu’ in quella posizione, ma si e’ spostato a causa dell’espansione. Altro aspetto importante, la definizione di sfera osservabile e’ vera per ogni punto dell’universo, non solo per quella sfera centrata sulla Terra che rappresenta cquello che noi possiamo vedere.

Bene, dunque si sarebbe osservato un flusso di alcune galassie verso un punto preciso fuori dall’universo osservabile. Proprio dal fatto che questo flusso e’ all’esterno del nostro universo osservabile, si e’ chiamato questo movimento con l’aggettivo oscuro.

Aspettate un attimo pero’, se le galassie sono tirate verso un punto ben preciso, cos’e’ che provoca questo movimento? Riprendendo l’introduzione sulla forza di gravitazione, se le galassie, che sono oggetti massivi, sono tirate verso un punto, significa che c’e’ una massa che sta esercitando una forza. Poiche’ la forza di gravitazione si esercita mutuamente tra i corpi, questo qualcosa deve anche essere molto massivo.

Prima di capire di cosa potrebbe trattarsi, e’ importante spiegare come questo flusso oscuro e’ stato individuato.

Secondo le teorie cosmologiche riconosciute, e come spesso si dice, l’universo sarebbe omogeneo e isotropo cioe’ sarebbe uguale in media in qualsiasi direzione lo guardiamo. Detto in altri termini, non esiste una direzione privilegiata, almeno su grandi scale, in cui ci sarebbero effetti diversi. Sempre su grandi scale, non esisterebbe neanche un movimento preciso verso una direzione ma l’isotropia produrrebbe moti casuali in tutte le direzioni.

Gia’ nel 1973 pero’, si osservo’ un movimento particolare di alcune galassie in una direzione precisa. In altri termini, un’anomalia nell’espansione uniforme dell’universo. In questo caso, il punto di attrazione e’ all’interno del nostro universo osservabile e localizzato in prossimita’ del cosiddetto “ammasso del Regolo”, una zona di spazio dominata da un’alta concentrazione di galassie vecchie e massive. Questa prima anomalia gravitazionale viene chiamata “Grande Attrattore”. In questa immagine si vede appunto una porzione di universo osservabile da Terra ed in basso a destra trovate l’indicazione del Grande Attrattore:

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Questa prima anomalia dell’espansione venne osservata tramite quello che e’ definito lo spostamento verso il rosso. Cosa significa? Se osservate un oggetto che e’ in movimento, o meglio se esiste un movimento relativo tra l’osservatore e il bersaglio, la luce che arriva subisce uno spostamento della lunghezza d’onda dovuto al movimento stesso. Questo e’ dovuto all’effetto Doppler valido, ad esempio, anche per le onde sonore e di cui ci accorgiamo facilmente ascoltando il diverso suono di una sirena quando questa si avvicina o si allontana da noi.

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Bene, tornando alle onde luminose, se la sorgente si allontana, si osserva uno spostamento verso lunghezze d’onda piu’ alte, redshift, se si avvicina la lunghezza d’onda diminuisce, blueshift. Mediate questo semplice effetto, si sono potuti osservare molti aspetti del nostro universo e soprattutto i movimenti che avvengono.

Tornando al grnde attrattore, questa zona massiva verso cui si osserva un moto coerente delle galassie del gruppo e’ localizzato a circa 250 milioni di anni luce da noi nella direzione delle costellazioni dell’Hydra e del Centauro e avrebbe una massa di circa 5×10^15 masse solari, cioe’ 5 milioni di miliardi di volte il nostro Sole. Questa, come anticipato, e’ soltanto una anomalia dell’espansione dell’universo che ha creato una zona piu’ massiva in cui c’e’ una concentrazione di galassie che, sempre grazie alla gravita’, attraggono quello che hanno intorno.

Discorso diverso e’ invece quello del Dark Flow. Perche’? Prima di tutto, come detto, questo centro di massa si trova talmente lontano da essere al di fuori del nostro universo osservabile. Visto da Terra poi, la zona di spazio che crea il flusso oscuro si trova piu’ o meno nella stessa direzione del Grande Attrattore, ma molto piu’ lontana. Se per il Grande Attrattore possiamo ipotizzare, detto in modo improprio, un grumo di massa nell’universo omogeneo, il flusso oscuro sembrerebbe generato da una massa molto piu’ grande ed in grado anche di attrarre a se lo stesso Grande Attrattore.

Il flusso oscuro venne osservato per la prima volta nel 2000 e descritto poi a partire dal 2008 mediante misure di precisione su galassie lontane. In questo caso, l’identificazione del flusso e’ stata possibile sfruttando il cosiddetto effetto Sunyaev-Zel’dovich cioe’ la modificazione della temperatura dei fotoni della radiazione cosmica di fondo provocata dai raggi X emessi dalle galassie che si spostano. Sembra complicato, ma non lo e’.

Di radiazione di fondo, o CMB, abbiamo parlato in questi articoli:

Il primo vagito dell’universo

E parliamo di questo Big Bang

Come visto, si tratta di una radiazione presente in tutto l’universo residuo del Big Bang iniziale. Bene, lo spostamento coerente delle galassie produce raggi X, questi raggi X disturbano i fotoni della radiazione di fondo e noi da terra osservando queste variazioni ricostruiamo mappe dei movimenti delle Galassie. Proprio grazie a queste misure, a partire dal 2000, e’ stato osservato per la prima volta questo movimento coerente verso un punto al di fuori dell’universo osservabile.

Cosa potrebbe provocare il Flusso Oscuro? Bella domanda, la risposta non la sappiamo proprio perche’ questo punto, se esiste, come discuteremo tra un po’, e’ al di fuori del nostro universo osservabile. Di ipotesi a riguardo ne sono ovviamente state fatte una miriade a partire gia’ dalle prime osservazioni.

Inizialmente si era ipotizzato che il movimento potrebbe essere causato da un ammasso di materia oscura o energia oscura. Concetti di cui abbiamo parlato in questi post:

La materia oscura

Materia oscura intorno alla Terra?

Se il vuoto non e’ vuoto

Universo: foto da piccolo

Queste ipotesi sono pero’ state rigettate perche’ non si osserva la presenza di materia oscura nella direzione del Dark Flow e, come gia’ discusso, per l’energia oscura il modello prevede una distribuzione uniforme in tutto l’universo.

Cosi’ come per il Grande Attrattore, si potrebbe trattare di un qualche ammasso molto massivo in una zona non osservabile da Terra. Sulla base di questo, qualcuno, non tra gli scienziati, aveva ipotizzato che questo effetto fosse dovuto ad un altro universo confinante con il nostro e che provoca l’attrazione. Questa ipotesi non e’ realistica perche’ prima di tutto, la gravitazione e’ frutto dello spazio tempo proprio del nostro universo. Se anche prendessimo in considerazione la teoria dei Multiversi, cioe’ universi confinanti, l’evoluzione di questi sarebbe completamente diversa. Il flusso oscuro provoca effetti gravitazionali propri del nostro universo e dovuti all’attrazione gravitazionale. Il fatto che sia fuori dalla nostra sfera osservabile e’ solo dovuto ai concetti citati in precedenza figli dell’accelerazione dell’espansione.

Prima di tutto pero’, siamo cosi’ sicuri che questo Flusso Oscuro esista veramente?

Come anticipato, non c’e’ assolutamente la certezza e gli scienziati sono ancora fortemente divisi non solo sulle ipotesi, ma sull’esistenza stessa del Flusso Oscuro.

Per farvi capire la diatriba in corso, questo e’ il link all’articolo originale con cui si ipotizzava l’esistenza del Flusso Oscuro:

Dark Flow

Subito dopo pero’, e’ stato pubblicato un altro articolo che criticava questo sostenendo che i metodi di misura applicati non erano corretti:

Wright risposta al Dark Flow

Dopo di che, una lunga serie di articoli, conferme e smentite, sono stati pubblicati da tantissimi cosmologi. Questo per mostrare quanto controversa sia l’esistenza o meno di questo flusso oscuro di Galassie verso un determinato punto dell’universo.

Venendo ai giorni nostri, nel 2013 e’ stato pubblicato un articolo di analisi degli ultimi dati raccolti dal telescopio Planck. In questo paper viene nuovamente smentita l’esistenza del dark flow sulla base delle misure delle velocita’ effettuate nella regione di spazio in esame:

Planck, 2013

Dunque? Dark Flow definitivamente archiviato? Neanche per sogno. Un altro gruppo di cosmologi ha pubblicato questo ulteriore articolo:

Smentita alla smentita

in cui attacca i metodi statistici utilizzati nel primo articolo e propone un’analisi diversa dei dati da cui si mostra l’assoluta compatibilita’ di questi dati con quelli di un altro satellite, WMAP, da cui venne evidenziata l’esistenza del dark flow.

Credo che a questo punto, sia chiaro a tutti la forte discussione ancora in corso sull’esistenza o meno di questo Dark Flow. Come potete capire, e’ importante prima di tutto continuare le analisi dei dati e determinare se questo flusso sia o meno una realta’ del nostro universo. Fatto questo, e se il movimento venisse confermato, allora potremmo fare delle ipotesi sulla natura di questo punto di attrazione molto massivo e cercare di capire di cosa potrebbe trattarsi. Ovviamente, sempre che venisse confermata la sua esistenza, stiamo ragionando su qualcosa talmente lontano da noi da essere al di fuori della nostra sfera osservabile. Trattare questo argomento ci ha permesso prima di tutto di aprire una finestra scientifica su un argomento di forte e continua attualita’ per la comunita’ scientifica. Come sappiamo, trattando argomenti di questo tipo, non troviamo risposte certe perche’ gli studi sono ancora in corso e, cosi’ come deve avvenire, ci sono discussioni tra gli scienziati che propongono ipotesi, le smentiscono, ne discutono, ecc, come la vera scienza deve essere. Qualora ci fossero ulteriori novita’ a riguardo, ne parleremo in un futuro articolo.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

E quindi uscimmo a riveder le stelle

10 Set

Nella sezione:

Hai domande o dubbi?

e’ stata fatta una richiesta davvero molto interessante. Come potete leggere, si chiede come vengano ricostruite le immagini astronomiche che spesso ci vengono mostrate e catturate dai tanti telescopi a terra e in orbita. Questa richiesta sembra apparentemente molto semplice, ma nasconde in realta’ una vera e propria professione. Oggi come oggi, molti astronomi dedicano il loro lavoro proprio alla visione e all’elaborazione di immagini astronomiche. Cerchiamo di capire meglio come funzionano queste tecniche per poter meglio apprezzare anche il lavoro che c’e’ dietro una bella immagine che troviamo sulla rete.

Come sapete bene, al giorno d’oggi, per esplorare l’universo non si utilizzano piu’ solo telescopi nel visibile. In questo caso, come facilmente immaginabile, questi sistemi catturano immagini esattamente come farebbe il nostro occhio. Oltre a questi, si utilizzano telescopi, sia a terra che in orbita, sensibili all’infrarosso, ai raggi X, all’ultravioletto, oltre ad enormi antenne pensate per catturare segnali radio provenienti dal cosmo.

Che differenza c’e’ tra queste radiazioni?

Per capire bene il concetto, vi mostro quello che normalmente si chiama lo spettro della radiazione elettromagnetica:

Spettro della radiazione elettromagnetica

Diverse lunghezze d’onda vengono accorpate in famiglie. Come vedete, la parte visibile, cioe’ quella a cui i nostri occhi sono sensibili, e’ in realta’ solo una strettra frazione dell’intero spettro. Per fare un esempio, tutti conosciamo le immagini infrarosse utilizzate per esempio per identificare le fonti di calore. Bene, questo e’ un esempio di immagine fuori dallo spettro visibile. Si tratta di particolari che i nostri occhi non sarebbero in grado di vedere, ma che riusciamo a visualizzare utilizzando tecnologie appositamente costruite. Non si tratta di immagini false o che non esistono, semplicemente, mediante l’ausilio di strumentazione, riusciamo a “vedere” quello che i nostri occhi non sono in grado di osservare.

Bene, il principio dietro l’astronomia nelle diverse lunghezze d’onda e’ proprio questo. Sfruttando parti dello spettro normalmente non visibili, si riesce ad osservare dettagli che altrimenti sarebbero invisibili.

Per dirla tutta, anche le normali immagini visibili, subiscono un’opera di elaborazione pensata per ricostruire i dettagli e per ottimizzare la visione. Cosa significa? Nella concezione comune, un telescopio nel visibile e’ paragonabile ad una normale macchina digitale. Questo non e’ esattamente vero. Molto spesso, le immagini catturate da questi sistemi sono ottenute mediante una sovrapposizione di dati raccolti utilizzando filtri diversi.

Cosa significa?

Prendiamo come esempio il telescopio Hubble. In questo caso, il sistema acquisisce immagini a diverse lunghezze d’onda, o isolando una particolare frequenza piuttosto che altre. Si tratta di immagini in bianco e nero che poi vengono colorate artificialmente e sovrapposte per formare l’immagine finale. Attenzione, non dovete pensare che la colorazione artificiale sia un trucco per far apparire piu’ belle le foto. Questa tecnica e’ di fondamentale importanza per far esaltare dei particolari che altrimenti verrebbero confusi con il resto. Questa tecnica si chiama dei “falsi colori”, proprio perche’ la colorazione non e’ quella originale ma e’ stata creata artificialmente.

Per capire meglio, proviamo a fare un esempio.

Prendiamo una delle foto piu’ famose di Hubble, quella della galassia ESO 510-G13:

ESO 510-G13 da Hubble

Questa immagine e’ ottenuta con la tecnica del “colore naturale”, cioe’ esattamente come la vedrebbero i nostri occhi se fossero potenti come quelli di Hubble. In questo caso dunque, la colorazione e’ quella che potremmo vedere anche noi ma anche questa immagine e’ stata ottenuta sovrapponendo singoli scatti ripresi dal telescopio.

In particolare, si sono sovrapposte tre immagini in bianco e nero, ognuna ottenuta selezionando solo la radiazione visibile blu, rossa e verde:

ESO 510-G13 immagini a colore singolo

Perche’ viene fatto questo?

Selezionando solo una piccola parte dello spettro visibile, cioe’ il singolo colore, e’ possibile sfruttare il sistema per catturare al meglio i singoli dettagli. In questo modo, come visibile nelle foto, ciascuna immagine e’ relativa ad un solo colore, ma al meglio della risoluzione. Sommando poi le singole parti, si ottiene il bellissimo risultato finale che abbiamo visto.

Analogamente, in alcuni casi, si amplificano determinate lunghezze d’onda rispetto ad altre, per rendere piu’ visibili alcuni dettagli. Anche in questo caso vi voglio fare un esempio. Questa e’ una bellissima immagine della Nebulosa dell’Aquila:

Nebulosa testa d'aquila

Cosa significa amplificare alcuni colori?

Nella foto riportata, oltre ad ammirarla, gli astronomi riescono a vedere le emissioni di luce da parte dei singoli gas costituenti la nebulosa. Questo studio e’ importante per determinare la concentrazione di singoli elementi, e dunque identificare particolari tipologie di corpi celesti. Per capire meglio, nella ricostruzione a posteriori dell’immagine, e’ stato assegnato il colore verde all’emissione degli atomi di idrogeno, il rosso agli ioni di zolfo e il blu alla luce emessa dall’ossigeno ionizzato. Perche’ questo artificio grafico? Se non venisse elaborata, nell’immagine la luce emessa dalla zolfo e dall’idrogeno sarebbero indistinguibili tra loro. Se ora rileggete l’assegnazione dei colori riportata e rivedete l’immagine della nebulosa, siete anche voi in grado di determinare quali gas sono piu’ presenti in una zona piuttosto che in un’altra. Ovviamente questi sono processi che devono essere fatti analiticamente, elaborando le informazioni di ogni singolo pixel.

Analogo discorso puo’ essere fatto per la radioastronomia. In questo caso, come sapete e come anticipato, quelli che vengono registrati sono dei segnali radio provenienti dai diversi settori in cui viene diviso l’universo. Non avendo delle immagini, nei radiotelescopi si hanno degli impulsi radio che devono essere interpretati per identificare il tipo di sorgente, ma soprattutto la zona da cui il segnale proviene.

Per farvi capire meglio questo concetto, vi racconto la storia dell’inizio della radioastronomia. Nel 1929 un radiotecnico americano che lavorava in una stazione di Manila, mentre era al lavoro per eliminare disturbi dalle trasmissioni, si accorse che vi era un particolare rumore di fondo che si intensifica in determinati momenti della giornata. Nello stesso anno, Jansky, un ingegnere della compagnia americana Bell, anche lui al lavoro per cercare di migliorare le comunicazioni transoceaniche, arrivo’ alla stessa conclusione del radiotecnico. L’ingegnere pero’ calcolo’ il momento preciso in cui questi disturbi aumentavano, trovando che il periodo che intercorreva tra i massimi corrispondeva esattamente alla durata del giorno sidereo, 23 ore e 56 minuti. Solo anni piu’ tardi, riprendendo in mano questi dati, ci si accorse che la fonte di questo disturbo era il centro della nostra galassia. I segnali radio captati erano massimi quando il ricevitore passava davanti al centro della galassia, emettitore molto importante di segnali radio.

Oggi, mediante i nostri radiotelescopi, riusciamo ad identificare moltissime sorgenti radio presenti nell’universo e, proprio studiando questi spettri, riusciamo a capire quali tipologie di sorgenti si osservano e da quale punto dell’universo e’ stato inviato il segnale. A titolo di esempio, vi mostro uno spettro corrispondente ai segnali radio captati nell’arco del giorno con un semplice radiotelescopio:

Spettro giornaliero di un radiotelescopio con antenna da 3.3 metri. Fonte: Univ. di Pisa

Come vedete, sono chiaramente distinguibili i momenti di alba e tramonto, il passaggio davanti al centro galattico e quello corrispondente al braccio di Perseo. Come potete facilmente capire, si tratta di misure, chiamiamole, indirette in cui i nostri occhi sono proprio le antenne dei telescopi.

Concludendo, ci sono diversi metodi per pulire, migliorare o amplificare le immagini raccolte dai telescopi sia a terra che in orbita. Quello che facciamo e’ amplificare la nostra vista o utilizzando sistemi molto potenti, oppure ampliando lo spettro delle radiazioni che altrimenti non sarebbero visibili. I telescopi divengono dunque degli occhi sull’universo molto piu’ potenti e precisi dei nostri. Metodi diversi, ottico, UV, IR, radio, ecc, possono aiutare a capire dettagli o strutture che altrimenti sarebbero invisibili in condizioni normali. Detto questo, capite quanto lavoro c’e’ dietro una bella immagine che trovate su internet e soprattutto perche’ la foto ha una specifica colorazione o particolari sfumature.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Cosa succede in Campania?

14 Gen

In passato, piu’ volte ci siamo trovati a parlare di fenomeni sismici, sia in Italia che all’estero, soprattutto per analizzare tutte quelle voci allarmistiche che vedevano, soprattutto in vista del 21/12, un aumento della sismicita’ mondiale:

Riassunto sui Terremoti

Cattiva informazione sui terremoti

Dati falsi sui Terremoti

In particolare, abbiamo visto come la statistica dei fenomeni registrati nel mondo non presenti assolutamente nessuna impennata, ma anzi una diminuzione rispetto ai valori medi a cui eravamo abituati:

Analisi statistica dei terremoti

Terremoti, basta chiacchiere. Parliamo di numeri.

Premetto subito due cose. La prima e’ che, come potete vedere nei post riportati, qui non stiamo parlando di numeri a caso, ma stiamo consultando database ufficiali e molto spesso abbiamo anche fatto confronti tra i dati riportati in diversi siti, ottenendo sempre gli stessi risultati. La seconda e’ che, al contrario di quanto vorrebbero farvi credere, avere una diminuzione a livello statistico non significa neanche in questo caso che ci sia qualcosa di misterioso. Come detto in diverse occasioni, la statistica ci puo’ aiutare a tracciare un andamento del numero di terremoti, molto utile per fare calcoli e raffronti, ma e’ assolutamente sbagliato utilizzare la statistica per prevedere terremoti o prendere i risultati come verita’ di fede aspettandoci esattamente lo stesso numero di terremoti ogni anno.

Detto questo, molti di voi mi hanno inviato messaggi e commenti per chiedere il mio punto di vista sulla situazione campana. Prima di tutto, e’ necessario distinguere due fenomeni che, molto spesso, vengono equiparati o confusi tra loro su molti siti catastrofisti, il Vesuvio e i Campi Flegrei.

Negli ultimi tempi, si sta speculando molto su questi aspetti, con l’unico risultato di alimentare il panico nelle persone coinvolte. Ovviamente, come al solito, cerchiamo di fare chiarezza, senza alimentare il panico ma anche senza sminuire i fatti o cercare di tranquillizzare ciecamente le persone.

Cominciamo dal Vesuvio.

Stiamo parlando di un vulcano che tutti conoscono, che si trova a circa 10Km dal centro della citta’ di Napoli e sulle cui pendici si stima vivano circa 700000 persone. Capite subito l’importanza, ma soprattutto il rischio, che un’eruzione improvvisa avrebbe. L’altezza del Vesuvio e’ di circa 1280 metri e con una caldera di 4Km di diametro.

Negli ultimi tempi, si e’ parlato spesso di Vesuvio e molte fonti si sono divertite ad annunciare un imminente risveglio di questo vulcano esplosivo. Ad alimentare queste voci, sono state diverse micro-scosse sismiche avvertite dalla popolazione e che sono state fortemente pubblicizzate soprattutto su internet.

Cosa possiamo dire del Vesuvio?

Prima di tutto, senza nascondere nulla, stiamo parlando di un vulcano esplosivo attivo, considerato in una fase di quiescenza, cioe’ di riposo. L’ultima eruzione di questo vulcano risale al 1944 e venne documentata molto bene, anche con l’ausilio di registrazioni, dalle forze americane che occupavano la citta’ di Napoli durante la seconda guerra mondiale. L’eruzione distrusse le citta’ di Massa e San Sebastiano oltre a ricoprire di cenere gran parte del meridione.

La zona rossa di pericolo del Vesuvio

La zona rossa di pericolo del Vesuvio

Un’altra forte eruzione del Vesuvio avvenne nel 1631, anche se la piu’ famosa rimane quella del 79 d.C. legata alle vicende di Pompei ed Ercolano.

Cosa possiamo dire sulla stato attuale? Prima di tutto, stando alle statistiche delle eruzioni avvenute in passato, si sta registrando un ritardo. Questo non significa assolutamente che un evento esposivo e’ ormai prossimo, ma neanche che il Vesuvio e’ ormai spento. Dal punto di vista statistico, siamo esattamente come nel caso dei terremoti, di cui abbiamo discusso prima. Un vulcano e’ un sistema naturale molto complesso e che puo’ modificare il suo comportamento e le sue caratteristiche a seguito delle precedenti eruzioni. Dalle stime geologiche reali, si riscontrano opinioni diverse che parlano di una nuova eruzione nel giro di pochi anni, o anche tra 50-100 anni. Per escludere invece le voci che vorrebbero il Vesuvio ormai spento, una ricerca dell’universita’ di Napoli del 2001 ha mostrato come a soli 8Km dalla superificie sia presente un accumulo di magma su un’area di circa 400 Km^2. Dunque, il Vesuvio e’ attivo e potenzialmente molto pericoloso.

Vista la pericolosita’ del vulcano, soprattutto in termini abitativi, l’intera area del monte e’ costantemente tenuta sotto controllo per registrare fenomeni sismici ma anche emissioni di gas dal sottosuolo. I lievi terremoti avvertiti nei mesi scorsi, non sono assolutamente un’anomalia. Normalmente, nell’area di Somma Vesuviana, vengono registrate circa 100 scosse al mese, di cui solo 4-5 avvertibili dalla popolazione. Se queste 4 o 5 scosse vengono pubblicizzate senza sosta su internet, capite subito come si possa creare un caso geologico dove in realta’ non c’e’.

Solo per darvi un’idea, prima della grande eruzione del 1631, vennero osservati diversi eventi premonitori tra i quali: un crescendo di eventi sismici, rigonfiamento del suolo e prosciugamento delle fonti. Teniamo sempre a mente che stiamo parlando del 1631. Sicuramente l’intera area non era costantemente monitorata come ai giorni nostri.

Sul Vesuvio dunque, assolutamente nulla da riportare. Questo ovviamente non esclude la possibilita’ di avere nuove eruzioni a medio o lungo termine. L’importante al solito e’ monitorare la zona ed essere pronti qualora si prospetti una situazione di pericolo.

Passiamo invece ai Campi Flegrei.

Con questo nome si intende una vasta area di origine vulcanica situata a nord-ovest della citta’ di Napoli. Geologicamente, i campi Flegrei sono costituiti da una caldera di circa 15Km di diametro, attualmente in stato di riposo, e che comprende circa 24 crateri o piccoli edifici vulcanici. La zona include il massiccio tufaceo di Monte Gauro, la solfatara di Pozzuoli, il cratere degli Astroni, questi solo per citarne alcuni.

L’intera area presenta notevoli fenomeni di bradisismo che hanno comportato sollevamenti del terreno che, soprattutto nella zona del porto di Pozzuoli, hanno sfiorato i due metri nel corso dei secoli.

L'area dei campi Flegrei

L’area dei campi Flegrei

Negli ultimi mesi, molto si e’ sentito parlare a proposito dei campi Flegrei, anche in questo caso speculando sul presunto aumento di attivita’ sismica della zona, minacciando prossime eruzioni vulcaniche o anche parlando di eventi esplosivi che potrebbero interessare vaste aree popolate del napoletano.

Qual’e’ la situazione reale della zona?

Nel mese di gennaio si sono registrati ancora spostamenti significativi del terreno. Parliamo di circa 3 cm al mese. Questi valori, hanno portato la situazione in uno stato di “allerta” per la protezione civile. Ovviamente, non significa che ci si aspetta un fenomeno violento nei prossimi giorni, ma solo che e’ in corso un monitoraggio ancora piu’ capillare della zona. Qualora ci fosse la possibilita’ di un evento eruttivo nella zona dei campi Flegrei, per apertura di una bocca vulcanica, si parla di circa 400000 persone coinvolte.

Come potete capire, e’ giustissimo monitorare la zona, e lo e’ ancora di piu’ non far finta che il problema non ci sia.

Da qui a pochi mesi, la protezione civile, insieme anche ai sindaci dei comuni della zona, dovra’ presentare un piano di evacuazione reale della popolazione a rischio.

Attenzione, non stiamo assolutamente cercando di alimentare il panico, ma e’ giusto che il problema non venga trascurato. Parlando di terremoti, molte volte abbiamo criticato il non fare niente. Anche in questo caso, la prevenzione, un piano reale di evacuazione, ma soprattutto informare le persone del pericolo, possono aiutare a salvare molte vite.

Come detto, sia per il Vesuvio che per i campi Flegrei, e’ in corso un continuo monitoraggio delle zone interessate. Proprio per trasparenza e per informare le persone del reale pericolo, i dati raccolti dall’Osservatorio Vesuviano, sono resi pubblici su internet. Per consultarli, basta andare a questa pagina:

Osservatorio Vesuviano, banca dati

Concludendo, un potenziale pericolo c’e’, ma c’e’ anche molta incertezza sui possibili sviluppi della situazione. Ripetiamo nuovamente che, dal punto di vista geologico, sia il Vesuvio che i campi Flegrei rappresentano dei potenziali pericoli. E’ giusto predisporre piani di evacuazione ed informare le persone, ma questo non deve assolutamente essere una scusa per alimentare il panico o per far credere che in tempi brevi qualcosa di catastrofico possa accadere.

 

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

 

La materia oscura

19 Dic

Abbiamo iniziato a parlare di questa “materia oscura”, commentando un articolo catastrofista, e permettemi di dire alquanto bizzarro, apparso oggi su alcuni quotidiani:

Venerdi finisce il mondo!

Come visto, secondo queste fonti, un ammasso di materia oscura, sotto forma di corpo esteso e massivo, sarebbe in rotta di collisione con la Terra per il 21/12.

Nell’articolo citato, abbiamo gia’ discusso delle assurdita’ scientifiche prospettate come ipotesi di partenza, ma per offrire un quadro piu’ chiaro, dobbiamo necessariamente parlare di materia oscura.

Ovviamente, come capite bene, questo articolo e’ solo un corollario a quello citato, ma ho deciso di metterlo come post isolato, vista l’importanza della divulgazione di argomenti come questi.

Prima di iniziare, vorrei fare una premessa importate. Come piu’ volte dichiarato, in questo blog vogliamo fare divulgazione scientifica approfittando delle profezie del 2012. Per questa ragione, cerchiamo di fare una divulgazione semplice e che lasci intendere i concetti fondamentali. Questo punto e’ importante, perche’ vogliamo dare risposte accessibili a tutti. Non sono qui per fare una lezione universitaria, ne tantomeno per fare un esercizio di stile scientifico. Cerchero’ di essere molto chiaro, esplorando solo i concetti fondamentali. Mi scuso da subito con quanti di voi hanno gia’ conoscenza dell’argomento e potrebbero considerare questo post troppo semplice.

Cominciamo dalle cose ovvie.

In questo post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

abbiamo gia’ parlato di modello standard. In particolare, abbiamo visto come le particelle fondamentali, cioe’ non formate da pezzetti piu’ piccoli, siano in realta’ poche e descrivibili attraverso delle famiglie. Mescolando insieme queste particelle, che altro non sono i componenti di quello che chiamiamo “modello standard”, possiamo capire la materia che ci circonda e le interazioni, cioe’ le forze, che questa subisce.

Fin qui tutto chiaro.

Ora, cosa c’entra la materia oscura?

Prima di tutto un po’ di storia. Nel 1933 l’astronomo Zwicky fece il seguente esercizio. Studiando l’ammasso della Chioma, sommo’ tutte le masse galattiche, cioe’ le masse di tutti gli oggetti che componevano l’ammasso, e ottenne in questo modo la massa totale della Chioma. Fin qui, niente di speciale. Ora pero’, e’ possibile ricavare la massa anche in modo indiretto, cioe’ misurando la dispersione delle velocita’ delle galassie che costituivano l’ammasso. In questo secondo modo, ottenne un’altra misura della massa totale, questa volta in modo indiretto. Il problema fu che la seconda stima era maggiore della prima di circa 400 volte. Detto in parole povere, la somma non faceva il totale.

Questa discrepanza venne poi studiata in dettaglio solo negli anni ’70, quando si capi’ che questa differenza non era dovuta ad errori di calcolo, bensi’ era un qualcosa ancora non capito dalla scienza.

Proprio in questo contesto, si comincio’ a parlare di materia oscura, cioe’ materia non visibile dagli strumenti ma dotata di massa, che era in grado di risolvere le discrepanze trovate.

A questo punto, ognuno di noi potrebbe pensare che si sta cercando solo di farsi tornare i conti. In realta’ non e’ cosi’. La materia oscura e’ importante anche per capire e spiegare molte leggi di natura estremamente importanti del nostro universo. Piu’ che un artificio di calcolo e’ qualcosa in grado spiegare il funzionamento stesso di quello che osserviamo.

Cerchiamo di capire meglio con qualche altro esempio.

Una delle evidenze principali della materia oscura e’ nell’osservazione e nella parametrizzazione delle galassie a spirale. Cos’e’ una galassia a spirale? Sono galassie formate da una parte interna, detta bulbo, e d alcune braccia che si avvolgono intorno a questa parte centrale.

Esempio di galassia spirale

Esempio di galassia spirale

Ora, immaginiamo di voler misurare la velocita’ delle stelle che compongono la galassia. In linea di principio, per la terza legge di Keplero, piu’ ci allontaniamo dal centro, minore dovrebbe essere la velocita’ delle stelle. Se immaginate di fare un grafico in cui riportate la velocita’ in funzione della distanza dal centro, cosa vi aspettereste? Se la velocita’ delle stelle periferiche e’ piu’ bassa, dovremmo avere un grafico che decresce all’aumentare della distanza.

Velocita' di rotazione delle stelle in funzione della distanza dal centro. A: aspettato B:osservato

Velocita’ di rotazione delle stelle in funzione della distanza dal centro. A: aspettato B:osservato

In realta’ osservate che la velocita’ delle stelle lontane e’ paragonabile a quelle interne, cioe’ il grafico e’ “piatto”. Perche’ avviene questo? Semplicemente perche’ non possiamo stimare la massa della galassia semplicemente sommando le singole stelle, ma dobbiamo mettere dentro anche la materia oscura. Rifacendo il calcolo considerando la materia oscura ottenete il grafico sperimentale visto in figura. Ma e’ veramente necessaria questa massa aggiuntiva? In realta’ si. Se la massa fosse solo quella delle stelle visibili, le stelle piu’ lontane, e che dunque ruotano piu’ velocemente di quello che ci aspettiamo, sarebbero espulse dalla galassia. Dal momento che vediamo con i nostri occhi che le stelle sono sempre li senza essere espulse, significa che la materia oscura ci deve essere.

Se siete riusciti ad arrivare fino a questo punto, ormai siamo in discesa.

Restano due domande fondamentali a cui rispondere. Quanta materia oscura c’e’ nell’universo? Ma soprattutto, cos’e’ questa materia oscura?

Il “quanta ce n’e'” potrebbe sorprendervi. Dalle stime fatte nel nostro universo, si trova che circa l’85% totale della massa e’ composta da materia oscura. Detto in altri termini abbiamo circa 6 volte piu’ materia oscura che materia barionica. Questa cosa puo’ sorprendere molto. Pensateci bene, parlando di modello standard, abbiamo visto la materia barionica, cioe’ quella che forma la materia che vediamo. Bene, l’85% della massa che compone l’universo e’ fatta di qualcosa di diverso rispetto alla materia che conosciamo.

A questo punto, cerchiamo di capire cos’e’ la materia oscura.

In realta’, non posso darvi una risposta certa e definitiva, perche’ in questo caso stiamo esplorando campi ancora aperti della scienza moderna. Esistono ovviamente diverse ipotesi riguardo alla composizione della materia oscura, ma non una certezza sperimentale.

Ragioniamo un secondo. Da quanto detto, la materia oscura ha una massa, produce effetti gravitazionali, come nel caso delle galassie a spirale viste, ma non e’ visibile ad occhio nudo. Fino ad oggi, sappiamo della sua esistenza solo attraverso misure indirette, cioe’ attraverso gli effetti che produce.

Quali sono le ipotesi per la materia oscura?

L’ipotesi principale ‘e che la maggior parte della materia oscura sia composta da materia non barionica molto massiva. Ci si riferisce a questa categoria come WIMP, cioe’ “particelle massive debolmente interagenti”. Cosa significa debolmente interagenti? Semplicemente che questo genere di materia non reagisce facilmente con la materia barionica. Nonostante questo, le WIMP avrebbero una massa molto elevata e dunque una forte interazione gravitazionale.Il fatto che sia poco interagente, rende la sua osservazione molto difficile, dal momento che non emette a nessuna lunghezza d’onda e dunque non e’ visibile neanche fuori dal visibile.

Spesso sentite parlare di WIMP anche come neutralini, neutrini massivi, assioni, ecc. Questi sono solo i nomi di alcune particelle predette nella categoria delle WIMP e su cui si sta incentrando la ricerca. Sotto questo aspetto, si cerca appunto di identificare la materia oscura in diversi modi. I principali sono cercando di produrla negli acceleratori di particelle, oppure cercando di rivelare i prodotti, barionici questa volta, dunque visibili, prodotti nell’interazione tra particelle di materia oscura.

Spero di essere stato abbastanza chiaro nella trattazione, ma soprattutto spero che questi pochi concetti permettano di capire meglio l’articolo che stiamo discutendo sulla presunta scoperta di un pianeta di materia oscura in rotta di collisione con noi.

La divulgazione della scienza passa anche attraverso argomenti come questo. Partire dalle profezie del 2012, ci consente di divulgare la vera scienza e di mostrare argomenti attuali e ancora in corso di investigazione scientifica. Per leggere un libro divulgativo semplice e adatto a tutti, non perdete in libreria ”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.

Venerdi finisce il mondo!

19 Dic

Che dire? Il titolo promette molto bene. In realta’, il titolo cosi’ sensazionalistico non e’ farina del mio sacco, ma quello che un nostro lettore ci ha segnalato e che potevate leggere oggi sul giornale “Notizia Oggi Vercelli”. Trovate la segnalazione nei commenti di questo post:

Scontro Terra-Nibiru a Luglio?

e potete leggere la notizia di cui vi voglio parlare seguendo questo link:

Notizia oggi Vercelli

Ora, dal momento che la visione di questo articolo ha scatenato non pochi sospetti ed ansie, credo sia giusto prendere sul serio la cosa ed analizzare i diversi punti portati come tesi in questo articolo.

Iniziamo proprio la nostra analisi dalla prima riga. “Federico Caldera, consulente scientifico della NASA, bla bla”. Chi e’ Federico Caldera? Assolutamente non lo so! Come potete verificare da soli, non si trova nessun riferimento su web a questo tizio, ne’ tantomeno alla sua professione di consulente scientifico. Anche cercando direttamente sul sito NASA e guardando tra i dipendenti, consulenti, ecc, non vi e’ nessuna traccia di Federico Caldera.

Il telescopio spaziale WISE

Il telescopio spaziale WISE

Gia’ questo ci insospettisce moltissimo. La notizia, che avrebbe come fonte la NASA, viene data da uno che non esiste o che non e’ un consulente NASA.

Nonostante questo, andiamo avanti nelle lettura dell’articolo e vediamo cosa dice.

“Nel lugio 2011, il telescopio della NASA WISE avrebbe rivelato uno sciame di anomalie gravitazionali in rotta di collisione con la Terra”.

Attenzione, WISE e’ veramente un telescopio della NASA che opera nella regione dell’infrarosso, e di cui abbiamo parlato in questi post:

Scontro Terra-Nibiru a Luglio?

Finalmente le foto di Nibiru!

Peccato che WISE sia stata lanciato in orbita nel novembre 2009 e la missione sia durata 10 mesi in tutto. Questo significa che nel 2011, la missione era gia’ conclusa e dunque WISE era spento e senza energia elettrica. Dopo questa, abbiamo gia’ capito che si tratta di una bufala colossale, ma voglio lo stesso andare avanti per mostrare tutto il ragionamento, ma soprattutto perche’ una notizia del genere ci consente di parlare di argomenti scientifici reali, non ancora trattati.

Premesso che WISE era spento nel 2011, leggiamo che si sarebbero osservate una scia di anomalie gravitazionali. Cosa sarebbe una scia di anomalie gravitazionali? Come visto in questi articoli:

Storia astronomica di Nibiru

Nibiru: la prova del trattore gravitazionale

parliamo di anomalie gravitazionali per descrivere l’influenza di un corpo estraneo in un sistema stabile sotto l’effetto dell’attrazione gravitazionale. Mi spiego meglio. Prendiamo come esempio il Sistema Solare. I pianeti orbitano su traiettorie precise dettate dall’interazione gravitazionale con il Sole, principale, ma anche modificate dalla presenza degli altri pianeti. Se ora inserite un corpo nuovo nel Sistema, la massa di questo modifichera’ l’equilibrio gravitazionale, scombussolando la situazione preesistente. Queste sono le anomalie grvitazionali. Capite bene parlare di una scia di anomalie, non significa assolutamente nulla dal punto di vista scientifico. Inoltre, le anomalie, per definizione, non collidono con i pianeti, se proprio vogliamo, e’ il corpo che le provoca ad urtare qualcos’altro.

Proseguendo nella lettura, troviamo la solita trama complottista che vede come protagonista un file segretissimo e di cui si e’ venuti a conoscenza per un motivo che non si puo’ dire, la NASA che lo sa gia’ da tanti mesi, ecc. Ma attenzione perche’ poi arriviamo al piatto forte dell’articolo: “i corpi in rotta di collisione con la Terra sarebbero aggregati di materia oscura”!

Qui, si rasenta veramente la follia anche dal punto di vista fantascientifico.

Parallelamente a questo articolo, ho pubblicato anche quest’altro post:

La materia oscura

in cui ho cercato di spiegare in modo molto semplice cos’e’ la materia oscura e quali sono i punti su cui si sta concentrando la ricerca. Se non lo avete fatto, vi consiglio di leggere questo articolo a questo punto, prima di andare avanti nella lettura.

Cosa sappiamo sulla materia oscura? Sappiamo che, nell’ipotesi piu’ accreditata dalla scienza, esiste perche’ ne vediamo gli effetti. Al momento, non sappiamo di cosa si tratta, abbiamo varie ipotesi ma non una risposta definitiva. Bene, come potrebbe un qualcosa che non conosciamo formare una “palla” di materia oscura?

Capite bene che questo articolo, ripeto comparso su un giornale online, e’ stato scritto o per prendere in giro le profezie del 21/12, o da uno completamente ignorante in astronomia. Come visto nel post riportato, per la materia oscura parliamo di materia molto debolmente interagente. E’ assurdo pensare che particelle di questo tipo possano formare un sistema aggregato che si muove nell’universo.

Perche’ si parla di materia oscura? Semplice, perche’ in questo modo si concentra l’attenzione su un argomento ancora dibattuto dalla scienza e su cui la risposta defiitiva ancora manca. In questo modo si ottengono due risultati importanti. In primis, si alimenta il sospetto sulla scienza e sul complottismo sempre presente che vedrebbe scienza e governi andare a braccetto per salvare una piccola casta di eletti, ma, soprattutto, parlare di materia oscura alimenta il terrore nelle persone che sentono parlare di qualcosa completamente misterioso e di cui si sa veramente poco. Al solito, la non conoscenza di taluni argomenti genera mostri nella testa della gente.

Spero che il breve articolo sulla materia oscura, possa essere utile per dare a tutti un’infarinata su questi concetti e per evitare di cadere in tranelli, come questo articolo, del tutto campati in aria dal punto di vista scientifico.

Solo per completezza, la cosa peggiore dell’articolo e’ scrivere dove dovrebbero impattare questi corpi di materia oscura. Ma ci rendiamo conto di cosa significa? Anche se fosse, sarebbe impossibile calcolare le traiettorie in modo cosi’ preciso. Nell’articolo manca solo l’indirizzo esatto con via e numero civico dove impatteranno. Piu’ volte abbiamo parlato di traiettorie, trattando, ad esempio, di asteroidi:

2012 DA14: c.v.d.

E alla fine Nibiru e’ un asteroide

La cosa piu’ importante che abbiamo capito, e che ora siamo in grado di riconoscere, e’ l’impossibilita’ di fare un calcolo esattamente preciso dell’orbita completa di un corpo. Ogni interazione con un altro corpo, determina una variazione della  traiettoria, e questo rende senza dubbio impossibile calcolare con la precisione profetizzata nell’articolo gli eventuali punti di impatto con la Terra.

Come anticipato qualche giorno fa, pian piano che le idee catastrofiste sul 21/12 cedono il passo al ragionamento scientifico, dobbiamo aspettarci ancora qualche teoria assolutamente campata in aria e messa su internet solo per alimentare il sospetto e, nella peggiore delle ipotesi, la paura delle persone. Prima di credere a qualsiasi teoria, ragionate sempre con la vostra testa. Per un’analisi scientifica e seria di tutte le profezie del 2012, non perdete in libreria ”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.