Cosa sono spazio e tempo nella nuova fisica

[corner-ad id=1]LO SPAZIO-TEMPO

Lo Spazio-Tempo è un concetto rivoluzionario, né lo spazio, né il tempo vengono considerati più immutabili, secondo newtoniana memoria, bensì sinergici, collaborativi.

Albert Einstein nasce alla fine dell’800: sono tempi della rivoluzione industriale, dell’elettricità, delle innovazioni tecnologiche e dei progressi che Newton neanche si sarebbe sognato; però fin da bambino il piccolo Albert era attratto dalla luce, non quella delle lampadine, ma dalla natura della luce stessa.

Cosa sono spazio e tempo nella nuova fisicaE’ proprio con il concetto di velocità della luce che inizierà lo sconvolgimento del concetto newtoniano dello spazio.

Se si suppone di viaggiare su un treno, la variazione della sua velocità può essere facilmente misurata, anche la velocità della luce che fuoresce dai fari del treno può essere misurata e vale circa 1.080.000.000 km/h. Ora se il treno acquista velocità sempre più crescenti ci si potrebbe attendere che anche la velocità della luce aumenti, come se il treno desse una spintarella alla luce stessa: invece non è così, resta costante e questa riflessione porterà allo sconvolgimento della fisica nel xx secolo.

Come è possibile l’immutabilità della velocità della luce? L’unica spiegazione secondo Einstein è che lo spazio e il tempo “collaborino”, essi non sono più immutabili, bensì si concertano a vicenda affinché la velocità della luce resti costante: se aumenta l’uno diminuisce l’altro, in un balletto cosmico strabiliante: infatti la velocità per qualsiasi corpo si misura dividendo lo spazio percorso per il tempo impiegato (V = S/t).

Questa flessibilità del tempo e dello spazio può risultare strana perché nei movimenti umani quotidiani la velocità è bassa, ma se ci si potesse muovere alla velocità delle luce se ne vedrebbero delle belle.
Un osservatore che vede un treno passare alla velocità della luce, vedrebbe lo spazio aggiustarsi e il treno diventare lungo pochi centimetri, l’osservatore vedrebbe anche l’orologio, di un passeggero su quel treno, camminare molto lentamente.

Ma dentro il treno un passeggero vedrebbe le cose normalmente, anche il suo orologio camminare normalmente. Se però guardasse fuori dal finestrino vedrebbe lo spazio deformarsi, al fine, appunto, di mantenere costante la velocita della luce: lo spazio e il tempo non sono più assoluti, ma fusi insieme con il moto.

E’ nata così una nuova entità lo “SPAZIO-TEMPO”.

Grazie ad Einstein ci si incammina allora verso il mistero della forza più conosciuta del cosmo, la Gravità.

Le leggi formulate da newton definivano, con straordinaria precisione, le relazioni intercorrenti tra gli oggetti in movimento, ma non spiegavano il perché: come fa la terra ad attrarre verso di se la luna, come se vi fosse una fune invisibile di collegamento.

Einstein scoprì che la gravità newtoniana non aveva una interpretazione chiara; la spiegazione poteva risiedere nella natura dello spazio-tempo, che risulta essere molto flessibile e che può deformarsi come un tessuto: è una nuova rivoluzione.
Gli oggetti potrebbero viaggiare in linea retta solo se lo spazio fosse piano, però il “tessuto” spazio temporale è flessibile al punto che, se un oggetto pesante ne viene introdotto, si produce un avvallamento, per cui gli altri oggetti, in movimento nelle vicinanze, ne vengono attratti, ruotando attorno all’oggetto più pesante; allora la luna non viene attratta dalla terra, bensì ruota nella deformazione, la curvatura, creata dalla terra stessa: la gravità è la forma dello spazio-tempo.

Lo spazio dunque non è passivo ma dinamico, è interconnesso con il tempo e determina le modalità con cui le cose si muovono: non è più il palcoscenico immobile di newtoniana memoria, bensì lo spazio è diventato il protagonista nella commedia dell’universo.
C’è un regno dove la visione di Einstein dello spazio non esiste: è il mondo microscopico; le leggi che vi sono in vigore sono molto diverse: qui vige la Meccanica Quantistica.

In questa visione, anche se si eliminassero tutte le particelle, lo spazio non sarà mai vuoto. Le particelle compaiono e spariscono continuamente, e possono mettere in movimento gli oggetti.

Compaiono dal nulla, annichiliscono e poi scompaiono di nuovo; però anche se non è possibile vedere le particelle, se ne possono vedere però gli effetti nello spazio vuoto.

Nel CERN di Ginevra, un acceleratore costoso, si riesce a portare le particelle subatomiche alla velocità prossima alla luce (99,99%), al fine di farle scontrare l’una contro l’altra: dagli innumerevoli collisioni si produce una serie di detriti, costituiti da una gamma di nuove strane particelle.

E’ interessante riuscire ad osservarne una tra le più sfuggenti; è considerata di fondamentale importanza nel poter dare forma al tutto, dagli atomi del corpo umano fino, alle stelle più lontane.

Se trovata si ridefinirà la visione dello spazio dopo decenni di ricerca: è la particella di Peter Higgs.

Ora ci si potrebbe porre la seguente domanda: perché particelle diverse hanno massa diversa?

Higgs immagina che le particelle siano immerse in un fluido, tipo oceano, e che acquisiscano massa muovendosi: più le particelle spingono nell’oceano per farsi strada, più interagiscono con l’oceano stesso, raccogliendo sempre più massa.
Oggi il campo di Higgs viene accettato dalla comunità scientifica, ed è cruciale per la comprensione dello spazio.

Il campo di Higgs è ovunque, anche nello spazio più vuoto in assoluto, fa sentire il suo effetto, generando massa: lo spazio è concreto, possiede qualità intrinseche che non possono essere eliminate. Ma non ci sono prove dell’esistenza del campo di Higgs e si spera nel CERN.
Infatti con le collisioni a forte energia delle particelle subatomiche nell’acceleratore, si spera di poter staccare un pezzo del campo di Higgs, al fine di produrre una minuscola particella, riuscendo a scheggiare lo spazio: è tanto importante tale sperimentazione che se non esistesse il campo di Higgs, tutto ciò che ora si sa sulla materia crollerebbe.
Ma lo spazio contiene un ingrediente ancora più esclusivo di quello immaginato da Higgs, e che potrebbe dare la spiegazione del vero destino del cosmo.
Nel Big Bang la violenta esplosione ha spazzato via in una frazione di secondo tutto lo spazio, e lo spazio si espanse; per decenni ci si è posta questa domanda: l’espansione potrebbe rallentare a causa della gravità, per poi ricollassare, oppure lo spazio si espanderà all’infinito?

Dalle osservazioni astronomiche sulle supernove sembrerebbe che l’espansione stia accelerando.
Esiste come una forza all’interno dell’universo che tende ad estendere lo spazio, il tessuto dell’universo, in contrasto con la gravità. Viene chiamata l’Energia Oscura e capovolge la visione del cosmo: si considera che sia l’elemento più abbondante dell’universo, circa il 70%, ma non si sa precisamente cosa sia.
Il fatto che il peso dello spazio vuoto sia il 70% del peso dell’intero universo, fu previsto da Einstein nella sua costante cosmologica.
Se l’universo fosse in espansione c’è da chiedersi se, come ipotizza Einstein, anche l’energia oscura possa mantenersi costante. Se aumenta con l’espansione dell’universo le galassie si allontanerebbero sempre più le une dalle altre, il gradiente dispersivo, disgregante verso l’esterno, disintegrerà i pianeti e ogni tipo di organizzazione materiale, atomi compresi.
Quando ci sarà sufficiente energia oscura tra nucleo ed elettroni in un atomo, lo spazio subirà un “grande strappo” il “Big Rip.
E’ stato calcolato che il tempo intercorrente da oggi alla fine dell’universo è dato da:

Cosa sono spazio e tempo nella nuova fisica

 

Ma alcuni scienziati, tra i più innovativi, si stanno ponendo questa domanda: e se lo spazio fosse un ologramma?

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