Rotazione
e traslazione (recessione)
Il “redshift” delle galassie
Edwin Powell Hubble
v=Hd
… la superficie di un palloncino che si gonfia…
… le galassie (i loro ammassi) sembrerebbero risiedere sulla superficie di
sfere vuote, che nelle regioni di massima vicinanza darebbero origine ai
superammassi…
Tempo zero
Nessuna ipotesi, probabilmente il nulla:
non esistono materia spazio (il vuoto) e tempo
Era di Plank
Deboli ipotesi sull’Universo definito SINGOLARITÀ:
materia e energia sono addensate in un punto grande come un atomo
(teoria delle stringhe)
10-43 s
BIG BANG
Inizia la creazione della materia e quindi dello spazio e del tempo
Dimensioni infinitesimali
1033 K
(teoria della superforza)
Espansione svincolata dal tempo
~10-6 s (I° ms)
PARTICELLE ELEMENTARI
COLLISIONI E DISAVANZO DI MATERIA
Formazione delle prime particelle elementari
e particelle esotiche:
elettroni e positroni, quark, antiquark, neutrini e antineutrini
le collisioni tra materia e antimateria trasformano la massa in
energia (ANNICHILAZIONE della materia)
i fotoni prodotti generano nuove particelle di materia
(quark e antiquark)
complessivamente però la materia prodotta supera
quantitativamente l’energia prodotta
a questo disavanzo segue una forte espansione di 1050 volte, a
velocità elevatissime (INFLAZIONE)
+
_
quark
elettroni
positroni
neutrini
~10-2 s (I° cs)
PARTICELLE NUCLEARI
FUSIONI E DECADIMENTI
1011 K
Ammasso di radiazioni e materia dispersa in particelle elementari
Cominciano a formarsi i primi protoni e neutroni per unione di quark,
positroni e neutrini
Protoni e neutroni si formano e si disintegrano continuamente
Si scontrano e decadono in radiazioni, elettroni e positroni e si
trasformano gli uni negli altri
L’espansione è sempre rapida ma si va riducendo
La temperatura continua a diminuire
N  P+ + b - + n
P+  N + b + + n
~10-1 s (dopo 0,11 sec)
DISAVANZO DI PROTONI
I protoni formatisi sono quasi il doppio dei neutroni
1° ANNO LUCE
Dimensioni dell’universo pari a 1 anno luce
1010 K
Densità pari a 380000 volte quella dell’acqua
I protoni continuano a formarsi a sfavore dei neutroni
Primi 3 minuti
NUCLEOSINTESI
109 K (temperature paragonabili a quelle dei nuclei stellari attuali)
Molti elettroni e positroni si annichilano a favore della formazione dei
primi nuclei
Si formano i primi nuclei di deuterio ed elio (NUCLEOSINTESI)
Dopo mezz’ora
PLASMA
DISAVANZO DI ELETTRONI
La temperatura è scesa ulteriormente
I positroni sono tutti annichilati
Il numero di elettroni superstiti alle annichilazioni
è circa pari al numero di protoni
Nuclei, elettroni e energia formano una sorta di plasma
Nebbia provocata dall’istantaneo riassorbimento dei fotoni prodotti
(riassorbimento di energia elettromagnetica)
3x108 K
Finta rappresentazione
Dopo 300000 anni
TRASPARENZA
PRIMI ATOMI
Il raffreddamento ha raggiunto i 3000 K
Si formano i primi atomi stabili
con elettroni che si muovono intorno ai nuclei
I fotoni liberati dagli atomi possono abbandonare il sistema e
percorrere lunghi tratti di spazio
Universo trasparente
Interazioni tra materia e radiazione sempre meno frequenti
La forza gravitazionale comincia ad esercitare degli effetti
Si formano le prime nebulose di gas (ammassi di materia fredda)
Dopo 2-3 milioni di anni
PROTOGALASSIE
La forza gravitazionale induce i primi processi di
condensazione della materia
Si formano le prime protogalassie
La traccia di COBE
COsmic Background Explorer
La traccia di COBE
COsmic Background Explorer
Mappa della radiazione cosmica di fondo:
Debolissimi segnali radio associati ad una
temperatura di 2,7 K riempiono tutto lo spazio
conosciuto.
Si tratterebbe della radiazione residua (“fossile”)
del Big Bang.
Cos’è l’universo?
E=
2
mc
La velocità della luce
“…Cos’è più
accettabile: che la luce
viaggi a velocità
imprevedibile, o che il
tempo non sia
oggettivo?...”
“…il tempo che osserviamo subisce
l’effetto dei moti relativi…
La velocità della luce
La deformazione del tempo
…il tempo e’ nato col BIG BANG.
La luce NON HA TEMPO.”
Legge della RELATIVITà SPECIALE
“…Il tempo si direbbe piuttosto un
effetto del RALLENTAMENTO…”
L’ascensore
“…il principio di equivalenza di einstein…”
La legge della RELATIVITà GENERALE
“…La gravità dipende anche dal raggio…”
Il raggio di Schwarzschild
Il tempo è solo una funzione
“…Se vogliamo conservare
l’assunto che la velocità della
luce è costante, allora…”
“…ciò che ci separa dalla velocità della luce
È una accelerazione (negativa)… ma anche la gravità
produce moti di accelerazione…”
Lo spazio-tempo
I buchi neri
Nel 1917 Karl Schwarzschild calcolò gli effetti stravaganti della relatività
nell’intorno di un raggio gravitazionale critico.
oggi viene chiamato “orizzonte degli eventi”
Nel 1928 uno studente indiano di 19 anni
Subrahmanyan Chandrasekhar,
calcolò che una massa di materia pari a circa 1,5 volte il sole non può opporsi
alla legge di repulsione di Pauli
Solo negli anni ’60, però, Robert Oppenheimer, Roger Penrose e John Wheeler
Arrivano alla conclusione che i buchi neri ESISTONO.
Esistono e sono sfere praticamente perfette.
I buchi neri
Durante la caduta, la materia raggiunge altissime temperature ed
emette raggi X: è proprio attraverso questa radiazione che un buco
Cygnus
nero può essere rivelato. Al centro della fotografia è visibile la
X-1 (ASI) sorgente di raggi X detta Cygnus X-1, che si trova nella costellazione
del Cigno. Si tratta di una coppia di stelle: una gigante e un buco
nero.
I buchi neri
Le leggi sulla relatività descrivono scenari apparentemente impossibili nei dintorni
di un buco nero,
una specie di “orizzonte ultimo”
degli eventi fisicamente possibili
I buchi neri
L’attrazione infinita di materia genera una curvatura “infinita” dello spazio-tempo
presso questo “orizzonte”,
indicando un apparente congelamento degli eventi.
Il paradosso di Zenone non è un impedimento
Il paradosso di Zenone… forse è
solo un fatto “relativo”!
Scenari quantistici
Ma la materia, Esiste?
Stravaganze dell’interferenza
Evento
Termodinamico
irreversibile
Frange
D’interferenza
la materia di De Broglie
“…Le particelle subatomiche si comportano come onde…”
l = h/mv
La materia indeterminabile
“…non possiamo conoscere contemporaneamente la posizione e l’energia o il
moto di una particella…” WK Heisenberg
Il ragionamento astratto
Il fotone esce dalla scatola lasciando la scatola più leggera. Di quanto? La
relatività generale NON CONSENTE DI SAPERLO
Il gatto di Shrodinger
“L’interpretazione di Copenhagen…”
L’esperimento di
John Wheeler
50%
Lo specchio divisore
50%
L’esperimento di
Mandel
Le stravaganze dell’interferenza nel
cosmo che percepiamo
Il cerchio di Einstein
A volte le immagini prodotte da una lente
gravitazionale sono più di due. In questa fotografia
si vede l'immagine multipla di un oggetto
lontanissimo dello spazio, detto "quasar". Una
lente gravitazionale particolarmente massiccia si
trova tra noi e il quasar, producendo quella che
viene detta "croce di Einstein".
Chi decide cosa farà il fotone?
…Possiamo davvero rendere reali eventi accaduti 10 miliardi di anni
fa??...