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Gravità Quantistica a Loop e Big Bounce | BLOG - Julian's WebSite Gravità Quantistica a Loop e Big Bounce

Gravità Quantistica a Loop e Big Bounce {5}

Una delle cose che più mi affascinano è, come ho già scritto su altri articoli, l’universo e di questo mi intrigano sempre le teorie astrofisiche sulle cose più lontane e remote. Questa volta vorrei parlarvi di come il mondo in cui viviamo possa essere nato o si sia evoluto.

earth

Ho scritto evoluto non a caso perché è possibile che questo universo non abbia un inizio e neanche una fine, è possibile che faccia parte solamente di un ciclo. Questa teoria di Martin Bojowald (ricercatore astrofisico e membro dell’Institute for Gravitation and the Cosmos alla Pennsylvania State University) e del suo team di ricerca all’avanguardia nel settore, viene chiama teoria del Big Bounce.

Già gli antichi greci, con Leucippo, immaginarono che la materia fosse costituita da unità elementari che chiamarono atomi (indivisibile), a cui Rutherford nel 1911 diede un modello ad orbitali successivamente migliorato da Bohr nel 1913 con gli orbitali di energia.

atomo

Dopo Bohr ci vollero una trentina di anni  prima che tutta la comunità scientifica accettasse questa visione degli atomi, cambiamento dovuto sopratutto alle nuove equazioni degli orbitali di Schrodinger negli anni ’20 e al principio di indeterminazione di Heisenberg che descrissero molto più dettagliatamente la struttura atomica. Infine, dopo le deduzioni e gli esperimenti dei più grandi padri della quantistica citati prima,si ebbe la prova definitiva con la visione dell’atomo al microscopio nel 1951 da parte di Erwin Muller.

Il percorso della materia costituita da atomi e lo stesso di quello teorizzato da Bojowald per lo spazio e per il tempo, anch’essi secondo lui caratterizzati da una struttura a piccola scala costituita dai cosiddetti “atomi di spazio-tempo”. Questi si ritiene misurino sull’ordine dei 10^-35 m, parecchi ordini di grandezza più piccoli di elettroni, leptoni , quark e altre particelle subatomiche e quindi non osservabili con i moderni strumenti che arrivano fino a 10^-18 m.

gravity

Seppure scettica a molti studiosi, questa teoria promette molto soprattutto perché spiega paradossi della moderna astrofisica e del big bang dove pure la relatività generale fallisce. Infatti, la teoria del big bang dice che il tutto sia iniziato (spazio e tempo) con l’esplosione di una singolarità primordiale avente, secondo la teoria della relatività generale (ampiamente accettata come moderna teoria della gravità), temperatura e densità infinite. Il termine infinito però convince molto di più un matematico che un fisico (soprattutto se quantistico), a cui viene naturale ed istintivo dubitare di certi stati.

dice

Quello che si sta cercando di fare oggi è di andare oltre la relatività di Einstein ed elaborare una teoria della gravità “quantistica” che riunisca questi due mondi per ora molto diversi (per chi fosse interessato rimando al famoso dissidio tra Bohr ed Einstein con quest’ultimo erroneamente scettico sulla teoria quantistica).

Si sono formulate alcune teorie basate su questi principi come la Teoria delle Stringhe o le Triangolazioni Dinamiche Casuali ma quella che desta maggiormente il nostro interesse è la Gravità Quantistica a Loop, ricavata da una riformulazione matematica della relatività generale resa simile alla teoria classica dell’elettromagnetismo. Questa teoria prevede esplicitamente l’esistenza degli atomi dello spazio-tempo, concetto tra l’altro estraibile anche dalle altre precedenti due che ammettono distanze sufficientemente piccole indivisibili.

string

Il punto di forza della gravità a loop sta nel fatto che è molto più intuitiva nel spiegare fenomeni in cui la gravità è molto forte e nella sua capacità di descrivere la fluidità dello spazio-tempo, due fenomeni in continua evoluzione. Gli atomi dello spazio-tempo formano una fitta rete apparentemente continua (relatività generale e spazio continuo) ma nei casi di grande energia (singolarità del Big Bang) la struttura discreta diventa molto importante.

Per applicare ai modelli matematici questa teoria, Bojowald e il suo gruppo hanno dovuto semplificare molte le cose, trascurando fenomeni poco importanti nella risoluzione di equazioni che in questo caso sono equazioni alle differenze (trattandosi di modelli discreti), versione discreta delle equazioni differenziali.

I risultati emersi da queste simulazioni hanno sorpreso non poco. Generalmente la gravità è una forza attrattiva. Un corpo tende a collassare sotto l’azione del suo stesso peso, e se la massa è abbastanza grande, il tutto collassa in un punto chiamato singolarità esattamente come in un buco nero. I risultati delle equazioni alle differenze suggeriscono che nelle condizioni di altissima densità ed energia di una singolarità la gravità si trasforma in una forza repulsiva. Per capire meglio facciamo l’esempio di una spugna porosa (lo spazio) che imbeviamo di acqua (massa ed energia). La spugna può raccogliere fino ad una certa quantità di acqua ed arrivata al limite oltre a non raccoglierne più ne respinge. Così la singolarità del big bang aveva sì una densità elevatissima tale da far rientrare nello spazio di un protone la massa di una galassia ma era una densità finita. Arrivati al limite di porosità energetica e di massa dello spazio è scoppiato il big bang e la gravità è divenuta repulsiva accelerando l’espansione dell’universo.

spugna_sequoia

La forza della gravità a loop sta anche nel fatto che non ha bisogno di introdurre concetti altrimenti non prevedibili dalla teoria perché il tutto viene spiegato dalle equazioni alle differenze e della struttura porosa ad atomi dello spazio-tempo.

Il nostro universo potrebbe non essere partito da zero nel Big Bang ma derivare da un universo precedente collassato dalla gravità attrattiva che arrivata al punto massimo di energia dello spazio si è trasformata in gravità repulsiva espandendo lo spazio fino ad arrivare ai giorni nostri. Se questo fosse vero, bisognerebbe rivedere l’effettiva età del nostro universo che potrebbe essere conseguenza di molteplici mutazioni gravità attrattiva-gravità repulsiva, salti di gravità riassunti nel termine inglese “Big Bounce” ( grande rimbalzo ).

big-bounce

Dalle prime simulazioni è emerso che questi rimbalzi sono molto simmetrici, tali da farci risalire all’universo precedente. Simulazioni più dettagliate però fanno rivelato che nella miscela della singolarità le leggi quantistiche mescolavano in modo praticamente casuale il tutto, distruggendo la storia precedente. I risultati indicano che l’universo attuale è l’immagine riflessa dell’universo precedente. Questo però non permette di ricavare tutte le informazioni perché certe particelle elementari non sono perfettamente simmetriche rispetto alla riflessione.

I prossimi traguardi da raggiungere sono sicuramente quelli della scoperta ovviamente per via indiretta degli atomi dello spazio-tempo dalle loro proprietà risultanti dalle equazioni alle differenze. Essi, infatti, deflettono pure i fotoni della luce a seconda della loro lunghezza d’onda. Lo studio di onde gravitazionali e neutrini sono allo stesso modo importanti per risultati in questo settore a causa della loro debole interazione con la materia e quindi alla loro capacità di trasportare informazioni sulla singolarità del big bang, se non su quello che avveniva prima.

Fonti: Martin Bojowald da LeScienze 12/08 e vari siti internet

per approfondire sulla gravità a loop : wikipedia ( sembra fatta bene ) a dispetto della fama di questo sito

5 Commenti

  1. alessandro
    30 Ott 2009 @ 16:26:09

    Oggi è deceduta una delle teorie candidate a spiegare la struttura della spaziotempo!
    Ne danno il triste annuncio le scienze (vedi articolo)

    http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/Niente_schiuma_per_lo_spazio-tempo/1340753

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  2. Julian
    30 Ott 2009 @ 16:45:34

    Sì ho appena letto…grazie per la segnalazione. 😉 Penso che comunque la teoria di Bojowald non prevede il cambiamento della velocità della luce e quindi rimane ancora in parte valida.
    edit: Ho riguardato meglio e la teoria di uno spazio tempo schiumoso prevede variazioni di velocità della radiazione a seconda dell’energia. La gravità quantistica a loop viene messa sotto dura prova di resistenza, come del resto lo era anche prima da altre constatazioni teoriche e verifiche sperimentali apparentemente contrarie.

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  3. Lore
    08 Nov 2009 @ 19:47:54

    Ma questo non contraddice lo stato in cui si trova ad oggi l’universo,cioè in accellerazione e non in decellerazione (stato, quello della decellerazione, previsto da ogni teoria del big crunch, e quindi anche da quella del big bounce)?

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  4. Julian
    09 Nov 2009 @ 10:18:18

    Bella domanda!! Lo strano fenomeno espansivo e le sue cause sono ancora una frontiera degli studi atrofisici. La teoria del Big Bounce non preclude la possibilità di una iniziale espansione accelerata dell’universo frutto della spinta provocata dall’esplosione del Big Bang. Se la causa fosse davvero questa, soltante stime più precise sulla quantità di energia e materia oscura realmente presenti ci potranno dire quanto durerà questa espansione accelerata. Ci sono poi diverse teorie che riescono a fare a meno dell’introduzione di questa misteriosa grandezza chiamata energia oscura. Una di queste ipotizza l’esistenza di un gigantesco vuoto cosmico nei dintorni del gruppo locale di cui fa parte la nostra galassia. Questo vuoto modificherebbe la radiazione elettromagnetica dandole un accelerazione verso lunghezze d’onda più grandi ed a minore energia come quelle del rosso, tecnica tra le più utilizzate per stimare la distanza dei corpi celesti più lontani.
    Comunque, al giorno d’oggi non è possibile esculdere la teoria del Big Bounce dalle possibili teorie del “tutto” anche perchè è “vincente” su molti aspetti.

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  5. Davide
    23 Giu 2012 @ 14:04:17

    sono passati tre anni, però avrei una domanda, sempre che Lei ritenga ancora valido questo articolo e non lo abbia superato con un altro. Come è spiegato il fatto che l’universo collassi nuovamente nella “singolarità”, se i buchi neri, massima espressione della forza di gravità e dunque della tendenza all’unione singolare, emettono particelle, come dimostrato da Stephen Hawking e altri ricercatori?

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