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sabato 1 agosto 2015

La freccia del tempo


L'astrofisico Arthur Eddington nel 1927, fu il primo a definire "freccia del tempo" , lo "strano" comportamento del tempo... Infatti, che si tratti della relatività, di gravitazione di Newton, della meccanica quantistica o di altre leggi della fisica , le  equazioni che regolano il nostro universo funzionano indipendentemente dalla direzione in cui scorre il tempo, si definiscono infatti "tempo-simmetriche". Ovviamente nella nostra percezione quotidiana tutto ciò non avviene e siamo portati a definire una
 direzione in cui scorre il tempo, altrimenti perchè possiamo ricordare il passato ma non il futuro? O perchè invecchiamo anzichè ringiovanire? Un fenomeno che il fisico Stephen Hawking ha chiamato la freccia
"psicologica" del tempo. La risposta di Sir A.Eddington fu che si tratta di una proprietà emergente della termodinamica . Ciò che percepiamo come freccia del tempo è in realtà  solo l'inesorabile riarrangiamento di stati altamente ordinati in inutili configurazioni  casuali , si tratta di una conseguenza della seconda legge della termodinamica.

Tutti ricorderanno che questa legge riguarda l'entropia e dice che in sistema chiuso ( e il nostro universo lo è) il disordine - l'entropia appunto - può solo tendere ad aumentare , proprio in virtù del fatto che esistono molti più stati disordinati che ordinati . Ad esempio se prendiamo un mazzo di carte e lo lanciamo in aria, ci sono molti stati in cui il mazzo di carta possa ricadere  rispetto allo stato in cui ricada in terra tutto impilato .
Quindi La ragione per questo aumento di entropia puo’ essere dedotta da un semplice argomento di tipo probabilistico: un sistema puo’ assumere, in generale, molti più stati disordinati di quanti non siano gli stati ordinati, quindi un sistema che cambia randomicamente stato avrà più probabilità di ritrovarsi in uno disordinato.

Il perché vediamo una freccia del tempo per quanto riguarda i processi macroscopici é stato per lungo tempo un enigma per i fisici e l'idea che le nostre scelte attualmente possano influenzare gli eventi in futuro, ma non nel passato si riflette nelle regole della teoria quantistica standard come principio che i teorici quantistici chiamano  "causalità". Il principio di causalità nasce dall'idea che i fenomeni si susseguano unicamente in un processo di causa-effetto, e tutto ciò che non risponde a questa legge è
 dovuto al caso. quindi, in definitiva, l’aumento di entropia nel nostro mondo ordinato é una della ragioni che ci fa sentire un’apparente “freccia del tempo”. Ma se tutti i processi fisici sembrano essere tempo reversibili al loro livello fondamentale, ci potremmo chiedere “Perché non ricordiamo il futuro?”

 Dopo tutto, possiamo ricordarci del passato, e la fisica non sembra fare nessuna distinzione fra passato, presente e futuro. Quindi perché non abbiamo già conoscenza di quello che ci succederà nel futuro?  La ragione per la quale non possiamo ricordare il futuro é che non abbiamo ancora ricevuto nessuna informazione sugli eventi futuri,ci vuole tempo per un raggio di luce, composta da fotoni, per trasportare  informazioni e per raggiungerci da un evento distante.

Questo principio è definito come freccia del tempo radiante o anche detto" freccia del tempo elettromagnetica". Le equazioni di Maxwell sui campi elettromagnetici sono tempo-reversibili, e quindi valide sia per onde avanzate (che si muovono indietro  nel tempo), sia per onde ritardate (che si muovono avanti nel tempo), Albert Einstein riteneva che il processo fosse simmetrico e si scopri’ che é più facile creare un raggio  di luce nella direzione dritta del tempo poiché il comportamento dei suoi miliardi di fotoni quando vengono prodotti  e dispersi puo’ essere capito in termini di entropia  crescente: “Questa freccia é stata rovesciata in esperimenti ben congegnati che hanno creato onde convergenti, quindi questa freccia deriva probabilmente dalla freccia termodinamica, in quanto le condizioni per produrre un’onda convergente richiedono più ordine rispetto alle condizioni per un’onda radiante.

Messa in altri termini, la probabilità di avere condizioni iniziali che producano onde convergenti é molto minore rispetto alla probabilità di avere condizioni iniziali che producano onde radianti.  In effetti, normalmente un’onda radiante aumenta l’entropia, mentre un’onda convergente la fa decrescere” ( Wikipedia sulla Freccia del Tempo).
 Quindi, la ragione per la quale non vediamo onde convergenti puo’ essere spiegata in termini di entropia.
Fonte: Arxiv
         

venerdì 31 luglio 2015

C'è vita a 21 anni luce da noi?


A solo 21 anni luce dalla terra, gli astronomi dell'HARPS-N,  hanno trovato un sistema solare simile al nostro , con un pianeta simile alla Terra!
Gli astronomi dell'Università di Ginevra hanno trovato un sistema planetaerio a 21 anni luce dalla Terra, nella zona della costellazione Cassiopea e più precisamente accanto a una gamba della W , che forma la costellazione. La stella HD219134, è una stella di magnetudine 5, il che vuol dire che in un cielo buio è possibile scorgerla ad occhio nudo.

Si tratta di una stella di classe K , quindi simile al nostro sole e la particolarità è che , proprio come il nostro sistema solare, possiede tre pianeti interni simili,anche se più grandi, alla Terra , ed un pianeta esterno gigante (tipo Giove).
Il Sistema HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) è uno spettrografo montato su di un telescopio , che serve a rilevare la presenza di esopianeti. Nell'ambito di questa ricerca , nel 2012 , all'osservatorio italiano Galileo  di La Palma Island ( Isole Canarie ) è stato installato un secondo spettrometro, ed è proprio questo strumento  che ha rilevato i pianeti in questione.

La particolarità di una delle Terre che orbitano intorno a HD219134 è che pur essendo di una grandezza pari a 1,6 volte il nostro pianeta , è talmente vicino alla sua stella, che ha un periodo di rivoluzione di soli 3 giorni! Si tratta dell'esopianeta più vicino alla propria stella  mai trovato. Ma le sorprese non finiscono qui, infatti, sono stati trovati altri due pianeti con dimensioni di 2,6 e 8,7 volte la grandezza della terra , che compiono un'orbita in 7 e 47 giorni circa. Inoltre  a circa 2.1 unità astronomiche vi è la presenza di un gigante gassoso tipo Giove.

Gli astronomi dell'Università di Ginevra (UNIGE), hanno però dovuto verificare la loro osservazione attraverso uno strumento più preciso, che sulla Terra non esiste! Si sono dovuti infatti rivolgere alla NASA , a cui hanno dovuto chiedere "in prestito" il telescopio spaziale Spitzer, che nei giorni scorsi ha potuto verificare l'osservazione terrestre, grazie ad una eclissi . La massa del pianeta ottenuto dalle velocità radiali terrestri, combinata con il raggio del pianeta derivato dalle osservazioni spaziali con Spitzer,  restituisce la densità media del pianeta. HD219134b è  4,5 volte più massiccio della Terra e 1,6 volte più grande. La sua densità media è vicino alla densità della Terra,  suggerendo una composizione possibilmente simile. Anche se la comunità scientifica in questi giorni è distratta dalla scoperta dell'esopianeta Kepler 452-b, sicuramente
sentiremo ancora parlare di questo sistema solare , infatti il sistema è vicino alla terra , è costituito come il nostro sistema e ha pianeti rocciosi che , seppur molto vicini alla loro stella, hanno grosse similitudini geofisiche con il nostro pianeta.

 Le nuove frontiere dell'esoplanetologia non finiscono qui, infatti , prossimamente sarà possibile conoscere la composizione dell'atmosfera dei pianeti scoperti intorno ad altre stelle , il futuro telescopio spaziale NASA-ESA James Webb (JWST) utilizzando tecniche di spettroscopia di trasmissione, riuscirà a recepire la luce della stella che  attraversa l'atmosfera del pianeta nel suo cammino verso l'osservatore .

 Questa luce riporterà la firma spettrale delle specie chimiche presenti nell'atmosfera (dell'esopianeta).

mercoledì 29 luglio 2015

Time travel, Parallel Universe, Time Paradox - New Possibilities


Tempo fa, leggendo Science , la più autorevole e nota rivista scientifica al mondo, la mia attenzione è ricaduta su un articolo secondo il quale, sarebbe stato dimostrato che la velocità della luce può assere rallentata, o meglio che i singoli fotoni che compongono la luce , possono essere rallentati .
Normalmente chi si interessa anche poco di fisica, sobbalzerebbe leggendo tali affermazioni . Che la velocità di propagazione della luce nello spazio vuoto è costante, è un elemento fondamentale della fisica moderna, è una "costante fisica universale"! In ambito tecnico infatti , tale velocità (c), si definisce una invariante.
 In questo caso ci viene mostrato però che a certe condizioni , tale certezza, può crollare e quindi l'invarianza della velocità della luce è valida solo per onde piane.

La cosa più interessante è che la riduzione di velocità dei fotoni non avviene perchè la luce viene fatta passare attraverso un mezzo come il vetro o l'acqua, in quel caso  l'effetto di rallentamento sarebbe solo temporaneo e cesserebbe al termine del transito attraversato il corpo "rallentante", cosi chè la luce tornerebbe ad accelerare fino  alla sua velocità. La cosa strabiliante è che la riduzione di "C" sarebbe definitiva.

Per comprendere la cosa dobbiamo fare un antefatto : La Luce può comportarsi sia come una particella che come un'onda. Newton ha congetturato gli aspetti di particelle e gli aspetti d'onda osservate ("anelli di Newton"). Thomas Young, lo scopritore del dualismo onda-particella, ha dimostrato l'interferenza da doppia fenditura  nei suoi esperimenti, e Einstein,  per spiegare l'effetto fotoelettrico ipotizzo la luce come particelle (fotoni) . Questa doppia descrizione conduce a due velocità diverse  per la luce: la velocità dell'onda, che per un'onda piana nel vuoto è fissa e costante, c ; e la particella o la velocità "gruppo" in cui l'energia e informazione si propaga , che può essere inferiore a C -anche a zero, in alcuni casi.

Bene, Adesso ipotizziamo che un fascio di luce, che contiene molti fotoni, sia paragonabile  a un gruppo di ciclisti, che corrono in gruppo. Ovviamente non tutti i singoli ciclisti (fotoni) possono stare in testa contemporaneamente, ma si alterneranno alla guida del gruppo, chiaramente avranno velocità diverse in base alla posizione che occuperanno. La formazione di gruppi può rendere difficile la definizione di una singola velocità per tutti i ciclisti, e lo stesso vale per la luce. Un singolo impulso di luce contiene molti fotoni, e gli scienziati sanno che impulsi luminosi sono caratterizzati da un certo numero di differenti velocità.
Gli scienziati hanno dimostrato che applicando una "maschera" ottica che cambia la forma ad un fotone, questo arrivava con ritardo rispetto ad un altro a cui non era stato applicato questo "trattamento". Il lavoro dimostra che, dopo che il fascio di luce ha attraverso una maschera, i fotoni si  muovono  più lentamente attraverso lo spazio. Questo studio è senz'altro interessante per quanti si interessano di fisica e di ottica e sicuramente lo è meno per il grande pubblico. Potrebbe assumere però un aspetto più interessante e intrigante se cominciassimo ad ipotizzare alcuni scenari sui quali riflettevo.
Mi sono posto una domanda :  se si riuscisse ad accrescere questo effetto fino a decelerare un fascio di fotoni a velocità per noi "accettabili" e si riuscisse in qualche modo a "cavalcare" questa onda fotonica , cosa vedrebbero i nostri occhi ?
ma mi sono spinto oltre: normalmente osserviamo la realtà attraverso i fotoni che si muovono alla velocità "c" di 299.792.458 metri al secondo, se  potessimo costruire uno strumento che ci consentisse di guardare la realtà attraverso questi fotoni "rallentati" , quale sarebbe il risultato?  perchè in un certo senso avremmo raggiunto la tanto ambita velocità della luce! Cosa accadrebbe al tempo? quali le interazioni con gli effetti relativistici , quali con la dilatazione del tempo?

Sarebbe possibile osservare un universo  che la nostra "velocità" non ci consente di vedere? una sorta di universo parallelo? potrei sprecare pagine e pagine in domande , ma proviamo a dare delle risposte...........

Fonti:Science
         BBC
         Glasgow University

martedì 28 luglio 2015

Fukushima Effect

#1
The Internet is aflutter over two rather bizarre photographs of what appear to be daisies taken near the Fukushima nuclear disaster site in Japan. We say they appear to be daisies because the flowers in Nasushiobara City actually feature multiple stems and mutant centers.

domenica 26 luglio 2015

S.E.T.I. - Pericolo?


Dopo l'annuncio, la settimana scorsa, dell'eminente professor Stephen Hawking , che sarebbero stati stanziati circa 100 milioni di dollari per la ricerca di intelligenze extraterrestri, dando nuova linfa al progetto SETI, alcuni scienziati si sono affrettati a ribadire che non è detto sia una scelta eccellente provare a contattare altre forme di vita presenti nella nostra o in altre galassie.

Il progetto SETI , fondato da Carl Sagan , ha finalmente avuto il riconoscimento che meritava , probabilmente grazie al fatto che eminenti scienziati hanno sponsorizzato l'iniziativa e che oltre 100 milioni di dollari saranno stanziati per i prossimi 10 anni . Come ricorda chi gestisce il progetto , se una civiltà basata su uno delle 1.000  stelle più vicine alla Terra sta trasmettendo con la potenza di un radar aereo comune o se stanno trasmettendo dal centro della Via Lattea, con più di una dozzina di volte la  potenza dei radar interplanetari che gli scienziati sulla Terra usano per sondare il sistema solare, questi radiotelescopi possono rilevarlo.

"E 'una grande scommessa, naturalmente", ha aggiunto  Martin Rees, Astronomo Reale del Regno Unito. Addirittura per questa ricerca sarà utilizzato il telescopio Automated Planet Finder a Lick Observatory in California , che si occuperà di rilevare trasmissioni laser . Le trasmissioni laser consentirebbero di aumentare enormemente le possibilità di riuscita in quanto secondo una dichiarazione dei ricercatori, da una stella distante 25.000 miliardi di  miglia, sarebbe in grado di rilevare  una emissione di
energia anche da 100 watt!

Quanto una lampadina domestica!! Inoltre se eventuali astronavi aliene viaggiassero nella galassia , per comunicare tra loro probabilmente potrebbero  utilizzare i raggi laser , bene questo sistema sarebbe in grado di intercettarli. Ma veniamo alle note dolenti, secondo professor Matthew Bailes, tentare di corrispondere con una razza extraterrestre, potrebbe non essere consigliabile in quanto stabilire la comunicazione con una razza aliena in grado di inviare segnali su grandi distanze potrebbe portare l'umanità alla rovina.

 Secondo Bailes ( che comunque partecipa attivamente al  progetto SETI), nel corso della storia abbiamo parecchi esempi negativi di incontro con popolazioni meno evolute, ed in questo caso la razza meno evoluta saremmo noi!