Astronomica 4 – CMB, il fondo cosmico a microonde

Ritorna oggi Astronomica. Oggi ho scelto la domanda di Giovanni, che mi chiede di parlare della radiazione cosmica di fondo.

La nostra storia inizia nel 1964, quando due fisici che lavoravano per le Bell Telephone Laboratories, Arno Penzias e Robert Wilson, decidono di testare un’antenna per la microonde che verrà usata per le comunicazioni satellitari.
Breve excursus: cosa sono le microonde?
Risposta: qualcosa per certi versi simile alla luce.
Ok, detta così è triviale, ma rende l’idea. Chiediamoci allora cos’è la luce. Onde elettromagnetiche con una certa frequenza e, di conseguenza, una certa lunghezza d’onda. La lunghezza d’onda è la distanza tra due picchi di un’onda, ossia questo

Lunghezza d'onda

mentre la frequenza è il numero di picchi presenti in un determinato intervallo di tempo.
Ora, sia la luce che le microonde sono onde elettromagnetiche: cosa le rende differenti?
La lunghezza d’onda. Quella delle microonde è più grande di quella della luce visibile. Ho trovato questo disegnino che rende perfettamente l’idea
Spettro elettromagnetico

Come vedete, le onde radio hanno lunghezza d’onda maggiore del visibile (sta al centro, quella specie di occhio stilizzato), e la luce visibile ha lunghezza d’onda maggiore dei raggi X che si usano per fare le radiografie.
Le microonde stanno tra il visibile e la radio.Chiusa parentesi.Torniamo ai nostri Penzias e Wilson. Dicevamo della loro antenna, questa
antenna Penzias e Wilson

I due accendono l’antenna per iniziare a testarla e si accorgono di misurare un segnale alla frequenza di 160.2 GHz, pari ad una lunghezza d’onda di circa 1.9 mm. Pensano ad un qualche errore, o a un disturbo esterno. Spengono, riaccendono, si lambiccano il cervello cercando di eliminare tutte le possibili fonti di rumore. Leggenda vuole che ad un certo punto, disperati, inizino a credere che sia colpa della cacca di piccione che si deposita sull’antenna, e che per questo puliscano ossessivamente lo strumento. Niente. Provano a orientare l’antenna in altre direzioni. E fanno la prima grossa scoperta. Il segnale è identico in tutte le direzioni. Per altro è anche omogeneo cioè uniforme, “senza imperfezioni”, ovunque. E ha anche una forma caratteristica; quella di un perfetto corpo nero. Non scenderò nel dettaglio di cosa sia un corpo nero; a volte un’immagine vale più di mille parole, per cui ve lo faccio vedere direttamente
corpo nero

Questa per altro è proprio la forma del corpo nero misurato da Penzias e Wilson.
La svolta si ha quando i due scoprono che una radiazione identica a quella da loro misurata è prevista da alcuni modelli cosmologici. Non stanno quindi misurando un rumore, ma un segnale di origine cosmologica: il fondo cosmico a microonde, CMB (Cosmic Microwave Background, in inglese) per gli amici, che qualcuno poeticamente chiama l’eco del Big Bang.
Il primo a predire questa radiazione fu Gamow, un fisico geniale di origini russe. Il Nobel però venne conferito solo a Penzias e Wilson, gli scopritori del segnale, e non a lui. Le malelingue vogliono che Gamow fosse russo, e la cosa non piaceva molto in epoca di Guerra Fredda…Comunque. Cos’è questo segnale?
Per spiegarlo occorre tornare indietro nel tempo. Indietro in senso proprio stretto, perché andiamo a collocarci all’origine del tempo: il Big Bang. In quel momento la materia dell’universo, tutta concentrata in un unico punto, inizia ad espandersi violentemente. Dal caos iniziale pian piano emergono forme che conosciamo: le prime particelle (protoni, elettroni, neutrini) e fotoni. Mandiamo in fast forward il videotape della creazione dell’universo, e stoppiamo a 300 000 anni dopo il Big Bang. Siamo ad almeno 13 – 14 miliardi di anni fa, anche se non conosciamo ancora con esattezza l’età dell’universo.
E insomma, a 300 000 anni dal Big Bang l’universo è opaco: vuol dire proprio quel che credete. La materia è ancora molto densa, e per questo i poveri fotoni, le onde-particelle che compongono la radiazione elettromagnetica, rimbalzano impazzite da una particella all’altra. È come stare nella nebbia; in quel caso la luce rimbalza sulle particelle d’acqua e viene diffusa, con l’effetto che non si vede niente. Ma proprio 300 000 anni dopo il Big Bang succede un fatto: l’universo si sta espandendo, la materia diventa meno densa, e contemporaneamente gli elettroni e i neutroni iniziano a mettersi insieme per costituire i primi atomi di idrogeno e elio. L’effetto è che i fotoni trovano meno ostacoli sul proprio cammino, e iniziano a poter percorrere più strada senza andare a sbattere contro nessuna particella. La nebbia si sta diradando. Questo fenomeno si chiama disaccoppiamento, e implica che finalmente l’universo diventa trasparente.
Il fondo cosmico viene da lì. Come voi sapete, la luce viaggia a 300 000 km/s. Questo significa che che se sto a 900 000 km da qualcosa, la sua luce ci metterà tre secondi ad arrivare a me, ossia io non lo vedrò com’è ora, ma com’era tre secondi fa. Questo implica che guardare lontano significa anche guardare indietro nel tempo. Quando un astronomo guarda una stella che dista 50 anni luce da noi (ossia la sua luce impiega 50 anni a giungermi) non la vede com’è ora ma com’era 50 anni fa.
Capirete bene che questo vuol dire che costruendo telescopi sempre più grandi è possibile andare sempre più indietro nel tempo. In teoria, se fossimo abbastanza bravi potremmo vedere il Big Bang? No. Perché fino a 300 000 anni dopo il Big Bang l’universo non era trasparente alla luce, era immerso nella nebbia. Insomma, il fondo cosmico a microonde è la cosa più lontana nel tempo che possiamo “vedere”. Oltre, non c’è letteralmente nulla da vedere.
Mi rendo conto che il concetto è complicato, e sto sudando le sette camicie per mettervela giù semplice. Spero di esserci riuscita :P .
Donc, con gli strumenti attuali, il fondo cosmico appare così
CMB

Quest’immagine è stata presa con un satellite dedicato, WMAP. Come vede, ne risulta una mappa non proprio uniforme come vi dicevo prima. Ci sono piccole disomogeneità. Penzias e Wilson non le vedevano perché avevano la loro antenna non glielo permetteva, ma coi nostri strumenti queste cose si possono misurare. Considerate che le dimensioni di queste disomogeneità sono molto piccole: sono piccole “increspature” del fondo dell’ordine di una parte su centomila. “Ondine” veramente trascurabili. Ebbene, noi veniamo da lì. Tutto ciò che vediamo nell’universo, stelle, galassie, sono nate da quelle increspature microscopiche. Incredibile, eh?
È che quelle piccolissime variazioni di densità sono cresciute col tempo per collasso gravitazionale (ossia in una zona più densa c’è più gravità, di conseguenza altra materia ci viene attirata sopra e così via) fino a dare origine a tutto ciò che vediamo. Vi renderete conto che capire perché si siano originate queste piccole anisotropie, è questo il nome scientifico, è assolutamente fondamentale per ricostruire la storia dell’universo. E di teorie al riguardo ce ne sono svariate.
Il fondo cosmico a microonde è importante per un sacco di cose: ad esempio, le sue caratteristiche sono legate a determinati parametri cosmologici: conoscere con grande dettaglio il CMB significa di conseguenza mettere dei paletti ben determinati ai valori di tali parametri. Per altro, anche il CMB congiura a dimostrare che esiste la materia oscura. In effetti le anisotropie del fondo cosmico a microonde non sono abbastanza grandi da permettere la creazione delle strutture che osserviamo oggi nel cosmo se queste ultime fossero composte solo di “materia normale”. C’è bisogno anche di materia oscura per spiegare quel che vediamo a partire dal CMB.
Tutto qua. 

Qualche fonte
Introduzione alla Cosmologia, Francesco Lucchin, Zanichelli
http://www.mporzio.astro.it/~amendola/cmb.html
Le figure invece sono prese da
http://it.wikipedia.org/wiki/Spettro_elettromagnetico
http://lnx.astrofiliveronesi.it/index.php?pagina=l-origine-del-cosmo
http://physics.infis.univ.trieste.it/~monaco/node31.html
http://www-xray.ast.cam.ac.uk/xray_introduction/Clusters_intro.html
http://it.wikipedia.org/wiki/Lunghezza_d’onda 

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49 risposte a Astronomica 4 – CMB, il fondo cosmico a microonde

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  2. Slan scrive:

    Erano due fisici specializzati in elettronica e tecnologia delle microonde. Lasciala perdere Margherita Hack, scrive libri divulgativi che sono tutti uguali. Se vuoi leggere qualche libro divulgativo di fisica che sia interessante passa a Tullio Regge, altrimenti ci sono gli americani, che in quanto a divulgazione ci stanno avanti anni luce…

  3. Mark scrive:

    mi ricordo di aver letto sul libro della Margherita Hack che Penzias e Wilson erano due ingegneri, non due fisici…

  4. Carlo scrive:

    Babil: non credo di dover aggiungere nulla riguardo alla definizione di “osservabile”: puoi pensarci su… Ti rendi perfettamente conto da solo dell’inconsistenza dei tuoi esempi fatti con buchi neri e fotoni. Sei intelligente abbastanza! :-)

    Secondo, non sto affatto negando che possano esistere dei limiti: solo che al momento non ne vedo proprio, e sicuramente non ne voglio porre a priori (dopo avere visto miriadi di pretesi limiti essere regolarmente abbattuti e superati). Ma spero che tu voglia renderti conto che prendere l’assenza delle “variabili nascoste” come una dimostrazione della nostra limitatezza significa non avere capito Bell e Aspect.

    Sulla religione ovviamente concordiamo (ho letto tutti i tuoi post degli ultimi mesi, e la vediamo proprio allo stesso modo). Poi e’ chiaro: sono sicuro anch’io che se passassimo una giornata a discutere di persona finiremmo con lo scoprire che siamo fondamentalmente d’accordo su tutto (e poi in effetti la nostra discussione non appartiene molto alla scienza vera e propria e lascia un po’ il tempo che trova). Volevo solo avvertirti del rischio: molto spesso dopo avere ucciso un Dio se ne fa un altro. Non vorrei vederti fare questo scivolone – mi crollerebbe un mito! :-)

  5. Babil scrive:

    Carlo: osservabile vuol dire che può essere messo in evidenza con un esperimento (anche solo teorico). I buchi neri sono osservabili eccome, primo perchè puoi vedere i loro effetti gravitazionali, secondo perchè se tu potessi andare vicino ad un buco nero potresti fare tutti gli esperimenti bizzarri descritti nei libri di divulgazione sull’argomento, come quello di Kip Thorne…In effetti, comunque, non è che abbiamo la prova provata che i buchi neri esistano veramente nella forma in cui li ipotizziamo adesso: per adesso possiamo solo dire che osserviamo gli effetti di oggetti estremamente densi e massivi, ma per il resto…

    Per il fotone: ti stavo scrivendo una risposta articolata ma visto che ci sono già state diverse critiche evito di fare un’altra paginata intera di dibattito scientifico…Sul fatto che si possa parlare della traiettoria di un fotone ci sarebbe molto da discutere (e molto è stato discusso ai massimi livelli), in generale la quantistica lo nega. Sul fotone che passa contemporaneamente dalle due fessure: boh, lo sai tu? Lo hai mai visto passare? Se è per questo guarda, remo contro la mia posizione e ti segnalo l’esperimento di Arhonov (spero si scriva così) che è ancora più sconvolgente, ma non dimostra comunque che il fotone passi per tutti i punti dello spazio…

    La variabili nascoste: è un bel problema, mi sembra strano che tu non lo veda. C’è un grosso salto concettuale nel dire che i risultati strani che vediamo sono il frutto di leggi fisiche ancora ignote, e dimostrare invece che è impossibile costruire un modello deterministico dei fenomeni quantistici.
    Poi chiaramente, siccome gli oggetti esistono (non sono così cartesiano da dubitare dell’esistenza di una foglia…) qualcosa sotto ci sarà…La mia idea è che sia falso il presupposto della località: non si può parlare di due particelle in sovrapposizione di stati tra loro, ma bisogna considerarle come un tutto unico anche se sono molto distanti tra loro. Comunque, questa è un’idea che mi sono fatto io, e non è priva di problemi. Comunque di queste questioni me ne sono occupato tanto…

    Sui preti: mi sembra che tu non colga quanto realmente subdola sia la religione: è vero, da un lato umilia l’uomo attribuendone tutti gli insuccessi alla natura corrotta di quest’ultimo e sottraendo nel contempo ad esso tutti i successi, attribuendoli alla provvidenza, all’ispirazione divina ecc. In questo modo la religione insegna che da soli non si può arrivare da nessuna parte equindi bisogna appoggiarsi ad una guida divina, che guarda caso è rappresentata in terra dallo stregone/sacerdote/prete di turno…Fin qui siamo tutti d’accordo. Nel contempo però la religione lavora solleticando la vanità dell’uomo, dicendogli che l’universo è stato creato a posta per lui, che è fatto ad immagine e somiglianza del creatore, che il creatore si sarebbe addirittura scomodato a scender giù e dargli delle regole ecc…Oltre ad appoggiarsi alla vanità e narcisimo dell’uomo quest’impostazione allena anche quella particolare forma di arroganza che è l’arrendersi senza nemmeno tentare, e va quindi a rinforzare l’iniziale lavoro di svilimento dell’uomo. Quindi la religione da un lato educa l’uomo alla dipendenza, dall’altro grazie all’adulazione fa in modo che la dipendenza non gli pesi: non sei capace di fare niente da solo, hai bisogno di una guida, ma sei il signore del creato e se fai il bravo bambino avrai la tua ricompensa.

    Invece, l’atteggiamento di chi vuole progredire è avere l’umiltà di vedere i propri limiti, e poi lavorare duro per superare o aggirare questi limiti. Io trovo eccezionale che l’uomo abbia saputo tirar fuori un concetto come la funzione d’onda che descrive qualcosa che l’uomo non è in grado di capire e che non somiglia a nulla di cui l’uomo abbia esperienza…Che pur non essendo in grado di immaginarsi una distanza di un anno luce, abbia messo a punto i concetti matematici e gli strumenti per misurare la distanza delle stelle e delle galassie, che pur avendo una durata della vita assai limitata e dei riflessi discutibili riesca a studiare fenomeni che durano miliardi di anni, e che costruisca dispositivi che lavorano in tempi nell’ordine dei dieci alla meno venti secondi…
    L’uomo è limitato, c’è poco da fare, ma ai suoi limiti ha saputo costruire delle stampelle ed è riuscito a fare cose che erano ben oltre le sue possibilità…

    boh, Carlo, penso che se potessimo stare una giornata a discutere di persona alla fine scopriremmo di essere d’accordo quasi su tutto…Del resto la comunicazione via blog ha i suoi limiti…

    Tra l’altro, mi sa che l’intervento è venuto comunque troppo lungo… :-(

  6. Carlo scrive:

    Babil: non e’ questione di aver bisogno di energia infinita per infiniti universi. C’e’ un bello zero, qui all’inizio: se riesco a creare 1 da zero, riesco tranquillamente a creare quanti “uni” vuoi, da zero. Il problema di creare infiniti universi e’ ugualmente “impossibile” a crearne uno solo.

    Poi: tu dici che non è vero che il fotone esiste su tutti i percorsi possibili… Eccome se e’ vero. Ad esempio, quando un fotone parte da una sorgente, si riflette su uno specchio, e raggiunge un detector, diremmo che ha rimbalzato su un determinato punto dello specchio, e non sugli altri punti. Ma se oscuri opportunamente parti dello specchio (creando un reticolo) scopri che tutte le parti dello specchio contribuiscono. Ancora piu’ facile: come fa un _singolo_ fotone a passare attraverso DUE fenditure e interferire con se’ stesso? Un fotone esiste su tutti i percorsi possibili, credimi… :-)

    Tu dici che nè la funzione d’onda, ne tanto meno i cammini, sono osservabili… ma chissa’ cosa vuol dire per te “osservabile”: dopotutto conosciamo la stragrande maggioranza delle cose (anzi tutte, vedi oltre) solo per via indiretta, attraverso catene di astrazioni sempre piu’ raffinate. E la prima astrazione e’ proprio il nostro cervello, dove avvengono “cose” che diciamo essere provocate da una realta’ esterna – ma che portando il tuo ragionamento all’estremo potremmo dire che non esiste per niente (cadendo nel solipsismo, che come sai e’ una idea inconfutabile – e pertanto di valore all’incirca zero). Io vedo le teorie scientifiche come organi di senso in piu’ che espandono la nostra percezione di una realta’ che esiste. Una realta’ materiale.

    Poi scrivi:

    Per quello che riguarda la mia visione della scienza, mi sembra anzi molto ortodossa e terra terra: noi possiamo studiare solo ciò che è osservabile [...]

    Di nuovo – che cosa significa esattamente _osservabile_? I buchi neri non sono osservabili per definizione: non esistono? Esistono, perche’ ne vediamo le conseguenze. Le traiettorie di un fotone esistono? Esistono, perche’ ne vediamo le conseguenze (con una accuratezza mai raggiunta da alcuna teoria scientifica). Una foglia esiste? Esiste perche’ ne vediamo le conseguenze sulla chimica del nostro cervello, e queste conseguenze le chiamiamo “foglia”. Ma chissa’ che cosa c’e’ “la’ fuori”, veramente, eh?

    Poi dici:

    Il fatto che la fisica sia una rappresentazione, una descrizione della realtà,

    … e cio’ che avviene nel nostro cervello non e’, forse, una _rappresentazione_ e una _descrizione_ della realta’ – e certamente NON la realta’ stessa? Concordo pienamente che l’autore delle leggi della fisica è l’uomo; e dubito anch’io che siano scritte in un fantomatico libro dell’universo come sosteneva Galileo…
    E con cio’?

    Per concludere: non hai bisogno di ricordarmi (per la seconda volta, oltretutto) il teorema di Bell e l’esperienza di Aspect: sono cose che ho ben presente, e non danno per nulla forza al tuo argomento. Semplicemente ora sappiamo che non esistono “variabili nascoste”, e che quindi non ne abbiamo bisogno – tutto qui. Qual e’ il problema?

    E’ proprio sbagliato quello che scrivi qui:

    invece, dei vuoti delle possibilità umane io non sono affatto contento, semplicemente, sono una prova della nostra limitatezza. d’altronde, cosa c’era da aspettarsi da delle insignificanti forme di vita che vivono sulla sottilissima buccia di un granello di sabbia in un universo le cui dimensioni possiamo solo esprimere in numeri, dato che nessuno di noi è in grado di immaginarsi veramente quanta distanza è un anno luce o, se è per questo, un’ unità astronomica?

    Continui a parlare di “limitatezza”, mostrando implicitamente che dopotutto tu _credi_ che ci siano delle “variabili nascoste” che noi “insignificanti forme di vita” non riusciamo a vedere, o raggiungere… Ma se queste variabili nascoste _non_ci_sono_, sarebbe una nostra limitatezza? Sara’ semmai una “limitatezza” della realta’ (sorvolando sul fatto che e’ semplicemente assurdo dirlo…). No: abbiamo imparato un casino di roba sulla realta’, e continuiamo a impararla. Che siamo “insignificanti” lo lascerei solo dire ai preti che ci vogliono umiliare e rendere schiavi timorosi dell’Ineffabile…

  7. Slan scrive:

    Piccolo fraintendimento: ovviamente non ce l’ho con Licia, ci mancherebbe, ma con chi avrebbe diffuso queste storielle, che peraltro più che un pettegolezzo mi sembrano una ingenuità. Tra l’altro non ero nemmeno a conoscenza che negli ambienti “alti” girassero queste voci… Incrociamo le dita per Glast…

  8. giuliano scrive:

    Slan: Perchè “Mah…” ?

    Era una semplice battuta, per inciso una battuta che circola nell’ambiente universitario (almeno in quello che ho frequentato io), non una illazione o una invenzione di Licia.
    Si può anche fare una battuta ogni tanto, non vedo dove sia il problema.

  9. Licia scrive:

    Slan: infatti l’ho citato come mero pettegolezzo, credevo fosse chiaro

  10. Marcello scrive:

    Questo fatto del vedere le cose non come sono ma come erano mi ha sempre affascinato… come se qualcuno piazzando un telescopio di adeguata potenza e a debita distanza dalla terra potesse, che ne so, vedere ‘in diretta’ la battaglia di Waterloo, Cesare attraversare il Rubicone, etc… Naturalmente è un ragionamento per assurdo, ci vorrebbero mezzi tecnici di una potenza allucinante…
    Una piccola osservazione: da non addetto ai lavori trovo gli articoli di Licia sempre interessanti… il fatto è che spesso poi nei commenti mi trovo di fronte a scambi di punti di vista tra ‘esperti’ che a volte sono più lunghi dei post stessi… chiaro che uno li può saltare a piè pari, ma secondo appesantiscono un pò la lettura…

  11. Slan scrive:

    Il fatto che Gamow non avesse vinto il nobel perchè russo è una scemenza, anche perchè fu naturalizzato statunitense. In realtà il premio nobel fu asseganto a Wilson e Penzias quando Gamow era già morto e il nobel non può essere assegnato postumo. E comunque uno dei più grandi fisici teorici della storia, il sovietico Landau, il premio nobel l’aveva vinto già da un pezzo…

  12. MAX scrive:

    fab: eh eh, invidioso dello scudetto? XD no cmq ha vinto il migliore…è stato un bel campionato. chi l’ha vinto conta poco ( almeno per me, sono felice che abbia vinto l’inter, ma se vinceva la roma nn mi cambiava la vita )

  13. mechanikwing scrive:

    Ok, stavolta non ci ho capito granchè ma so che è colpa mia, la location (univ) e la svegliation (presto, troooppo presto) non aiutano…
    Però non scrivi male la robbbba scientifica! ^^

  14. Babil scrive:

    Carlo: PS: Una precisazione sulla frase ““una parte della natura e’ PER SEMPRE sottratta alla nostra conoscenza”.
    E’ chiaro che è un concetto difficile da mandar giù, ma la rivoluzione della meccanica quantistica è proprio questo: essa sancisce la rinuncia a descrivere in maniera deterministica certi fenomeni, accontentandosi di sviluppare strumenti che consentono di predirre correlazioni molto precise tra i risultati degli esperimenti.
    Come saprai, Einstein non sopportava questa cosa, ed ha impiegato una parte considerevole delle sue energie a cercare di confutare Bohr e gli altri…Non c’è mai riuscito, e dagli anni ’60 in poi il teorema di Bell e l’esperimento di aspect hanno dimostrato che è impossibile sviluppare una fisica che descriva in maniera deterministica la meccanica quantistica. Quindi c’è poco da fare. Come quando Michelson e Morley non riuscirono a misurare la velocità della Terra rispetto all’etere, costringendoci a buttare via sia l’etere sia l’idea di un sistema di riferimento assoluto (e lasciandoci tutt’oggi a chiederci che cavolo sia veramente un sistema di riferimento inerziale, peraltro…), e a sviluppare la teoria della relatività. Come in quel caso, quando il nostro modo di pensare cozza contro la realtà sperimentale, non possiamo far altro che resettare la nostra mente in modo da prendere atto dell’esperimento. Questo non c’entra nulla con la posizione della Chiesa, la quale è contenta che nel sapere umano ci siano dei vuoti perchè li possono riempire con le loro entità immaginarie…invece, dei vuoti delle possibilità umane io non sono affatto contento, semplicemente, sono una prova della nostra limitatezza. d’altronde, cosa c’era da aspettarsi da delle insignificanti forme di vita che vivono sulla sottilissima buccia di un granello di sabbia in un universo le cui dimensioni possiamo solo esprimere in numeri, dato che nessuno di noi è in grado di immaginarsi veramente quanta distanza è un anno luce o, se è per questo, un’ unità astronomica?

  15. Babil scrive:

    Carlo: Per quello che riguarda l’energia del nostro universo, ovviamente è un’ottima domanda, infatti ci sono fior di fisici che ci si arrovellano da decenni…Però presumibilmente l’universo ha energia finita, mentre per infiniti universi ci vorrebbe un energia infinita e tutti i paradossi connessi all’infinito (oltre al fatto che con energia infinita potresti far apparire cariche elettriche isolate dal nulla ecc…)

    Per il discorso dello scegliere: ho capito quello che volevi dire, ed infatti la tua precisazione è proprio ciò che confutavo: non è vero che il fotone esiste su tutti i percorsi possibili! (questo non è altro che il paradosso dei pesci solubili) Quello che succede è che usando gli strumenti matematici della funzione d’onda o dell’integrale di cammino, i conti tornano se si fa in modo di conteggiare tutti i percorsi possibili…Ti faccio però presente che nè la funzione d’onda, ne tanto meno i cammini, sono osservabili…
    Insomma, è come sostenere che una particella di spin 1/2 in una coppia in stato di singoletto è “contemporaneamente up e down” o peggio che è up la metà del tempo e down l’altra metà…O che il gatto di Schroedinger è contemporanemante vivo e morto, se è per questo…Non è un caso che venga che venga chiamato paradosso!
    Per quello che riguarda la mia visione della scienza, mi sembra anzi molto ortodossa e terra terra: noi possiamo studiare solo ciò che è osservabile (anche se magari, per adesso o forse per sempre, soltanto in via puramente teorica)…Su ciò che non è osservabile non abbiamo diritto di dire nulla. Anzi, di più, per quello che concerne la razza umana, ciò che non è osservabile a tutti gli effetti non esiste. Mi sembra una visione del tutto irreligiosa…
    Il fatto che la fisica sia una rappresentazione, una descrizione della realtà, e non come la realtà funzioni effettivamente mi pare una cosa che nemmeno lo scienziato più razionalista si sentirebbe di negare…L’autore delle leggi della fisica è l’uomo; dubito che siano scritte in un fantomatico libro dell’universo come sosteneva Galileo…
    Il nostro mestiere è descrivere in maniera quantitativa i fenomeni in modo da poter sviluppare modelli matematici che ci permettano di ottenere risultati predicibili.

  16. Carlo scrive:

    Babil: so bene che un fotone non “sceglie” niente – era solo una espressione per indicarti brevemente a cosa mi stavo riferendo. Dopotutto il verbo “scegliere” l’ho messo tra virgolette, no? Stavamo parlando di universi paralleli, e hai ben capito che quello che stavo dicendo e’ che il fotone _esiste_ lungo tutti i percorsi possibili, in parallelo. Poi tutti i percorsi possibili interferiscono negativamente fra di loro, lasciando sopravvivere solo quando osserviamo. Il principio di minima azione e’ “superato”, nel senso che non e’ piu’ un principio, ma e’ un derivato di leggi ben piu’ semplici che se applicate conducono (ohibo’) a traiettorie di minima azione. E non ti preoccupare della pallina – e’ ovvio che anche in questo caso esistono infiniti percorsi possibili e solo la geodetica (altra parola per dire “minima azione”…) sopravvive.

    La tua visione della scienza mi sorprende, nel senso che non me l’aspettavo da te. E’ estremamente religiosa. Ad esempio quando dici che “una parte della natura e’ PER SEMPRE sottratta alla nostra conoscenza”. Scusa, ma e’ un discorso da prete (cioe’ un discorso che i “preti” stanno ripetendo – inutilmente, per fortuna – da circa quattromila anni, e nonostante tutte le botte che hanno preso insistono ancora a ripeterlo). Quando scrivi:

    Di fronte a questo, è inutile pestare i piedi o inventarsi spiegazioni immaginarie come fanno i religiosi, ma avere l’umiltà di dire: “più in là di così non posso arrivare”

    … sei proprio tu a essere decisamente “religioso”.

    Riguardo alla dualita’ onda-corpuscolo: non esiste piu’, e lo sai meglio di me. Dopo Feynman e compagnia bella non se ne parla piu’ – se non nei libri di scuola, che tradizionalmente sono sempre in ritardo di qualche decennio. La luce e’ un corpuscolo, punto.

    E ancora: nemmeno io sono un fan del principio antropico – e ci mancherebbe altro. Concordo completamente con te quando dici che non siamo in nessun modo necessari all’universo.

    Per concludere: non capisco davvero la tua argomentazione contro gli universi paralleli, dove ti chiedi da dove dovrebbe arrivare l’energia per creare tutti questi nuovi universi. Ma scusa, dimmi prima dove troveresti tutta l’energia per crearne anche uno solo…

  17. Nimrodel scrive:

    “licia l’argomento lo ha spiegato in modo semplice anche per quelli che come me conoscono solo poche nozioni di fisica ”

    Quoto!

  18. costanza scrive:

    licia l’argomento lo ha spiegato in modo semplice anche per quelli che come me conoscono solo poche nozioni di fisica , voi invece lo avete reso complicato trasformando un articolo di divulgazione in un dibattito scientifico

  19. odry keynes scrive:

    Ciau licia!! è da un sacco che non lascio un commento!! ho visto solo ora il talismano che ti hanno ragalato!! oddio è stupendo!! Un’opera d’arte! serve solo che adesso qualcuno ti forgi la spada di nihal!! XD

  20. Babil scrive:

    franco: naturalmente, tutto è possibile…Purtroppo per il principio di Heisenberg ci sono poche speranze…Ai tempi, ho dedicato un bel pezzo della mia tesi a presentare le prove sia teoriche che sperimentali che dimostrano che non è possibile giungere ad un modello deterministico della meccanica quantistica…Naturalmente sarà meglio che ti citi qualcuno di più autorevole di me: guardati la disuguaglianza di Bell, l’esperimento di Aspect, il libro di Asher Peres di cui purtroppo non ricordo il titolo, tutti i vari fenomeni legati all’entanglement ecc…
    Per venirne fuori, bisognerebbe rigettare tutta la meccanica quantistica e sviluppare una teoria completamente nuova, senza garanzia che non si sbatta di nuovo nello stesso limite (Feynman credeva di aver fatto una cosa simile quando ha inventato gli integrali di cammino, poi è venuto fuori che la sua teoria è del tutto equivalente a quella originaria).
    Comunque, come ti dicevo credo che questo problema esista in tutti i campi della fisica, semplicemente la quantistica ce lo sbatte in faccia…

  21. franco scrive:

    Per Babil
    non mi piace la conclusione che HEISENBERG garantisce che per sempre una parte della natura è sottratta alla nostra conoscenza. Questo somiglia all’IPSE DIXIT che vigeva prima de Galileo. Sarebbe più corretto dire che “allo stato della conoscenza dobbiamo concludere che una parte ella natura è esclusa …”. La scienza non può che basarsi sulla messa in discussione delle tesi acquisite, altrimenti non esisterebbero nemmeno la teoria della relatività l la meccanica quantistica.

  22. Altair scrive:

    acceso nel senso d’incalzante,non di violento !
    comunque questo non è il luogo adatto !

  23. Babil scrive:

    Altair: boh, non mi sembrava che il dibattito fosse acceso, finora mi è sembrato che la discussione fosse molto rilassata e almeno per quello che mi riguarda, divertente…

  24. Babil scrive:

    Carlo: Un fotone non sceglie proprio un bel niente, è un entità che è fatta come è fatta e fa quello che deve fare, senza curarsi del fatto che abbiamo immaginato una funzione matematica detta “azione” la quale risulta essere minima lungo il percorso del fotone. Del resto, questo è vero anche per i corpi classici: come fa una pallina sopra una sfera a sapere che strada scegliere per cadere giù seguendo una geodetica? (Se ti sembra che in questo caso non ci siano infiniti percorsi, prova ad immaginare di usare il principio dei lavori virtuali) Il discorso è ovviamente assurdo: è la geodetica che è stata inventata per descrivere il comportamento della pallina. Io mi attengo all’interpretazione classica della fisica quantistica (Bohr e scuola di Copenhagen): la funzione d’onda è uno strumento matematico che permette di predirre con grande precisione, per quanto in termini probabilistici, il risultato degli esperimenti, e più non dimandare.
    Con la fisica classica non ci rendiamo conto della differenza tra la natura e la fisica, ovvero la rappresentazione che della natura ci siamo costruiti noi umani, semplicemente perchè descrive oggetti che sono vicini alla nostra esperienza di tutti i giorni. Pertanto, la nostra mente possiede gli strumenti necessari a capire questo tipo di fisica, o perchè ne abbiamo esperienza diretta, oppure perchè abbiamo dei concetti astratti innati che sono adatti a descriverla. Pensa al concetto di retta, punto o insieme…Non esistono in natura, ma noi li abbiamo innati perchè tutti sanno cosa significa camminare diritto, stare fermi in un punto e, ehi, anche gli scoiattoli sanno raggruppare le noci. Per la quantistica la cosa cambia drasticamente: il mondo quantistico è fatto di oggetti che sono completamente slegati dalla nostra esperienza e quindi alla nostra mente mancano gli strumenti per capirlo. Se vivessimo in un mondo in cui i fenomeni quantistici fossero visibili a livello macroscopico (come nel libro “Alice nel Paese dei Quanti” di Gilmore), stai tranquillo che molte delle stranezze della quantistica ci sembrerebbero la cosa più normale di questo mondo, e per le cose controintuitive avremmo pronti dei modelli astratti che ci permetterebbero di descriverla, con un pò di ingegno. Così non è, e alla nostra mente menomata tocca cercare di descrivere i fenomeni quantistici mediante concetti che sono inadatti, ma che almeno possiamo capire. Pensa alla tanto decantata dualità onda-corpuscolo: la luce è onda oppure corpuscolo? La risposta è che la luce è quello che è, semplicemente a noi conviene descriverla di volta in volta come onda o come corpuscolo a seconda del problema che stiamo affrontando. La quantistica è il campo della conoscenza in cui veramente ci si accorge che la differenza tra noumeno e fenomeno non era una sega mentale di Kant, ma un problema reale e drammatico. Semplicemente, c’è una parte della natura che è PER SEMPRE sottratta alla nostra conoscenza (ce lo garantisce Heisenberg). Di fronte a questo, è inutile pestare i piedi o inventarsi spiegazioni immaginarie come fanno i religiosi, ma avere l’umiltà di dire: “più in là di così non posso arrivare” e vedere che cosa si può fare di buono con gli strumenti, comunque notevoli, che abbiamo a disposizione: funzioni d’onda, integrali di feynman e quant’altro…Oppure cercare di mettere a punto strumenti migliori come dovrebbero fare i teorici.
    Come avrai intuito non sono un grande fan del principio antropico: la natura se ne strafrega che ci sia un bipede implume che la osserva; noi non siamo in nessun modo necessari all’universo.

    Per tornare alla questione degli universi paralleli, non ho mai capito da dove dovrebbe arrivare l’energia per creare tutti questi nuovi universi, oltre ad altre obiezioni più ovvie che sicuramente ti sarai fatto anche tu…
    Se hai letto Alice nel Paese dei Quanti, per i problemi circa il collasso della funzione d’onda ecc. io sarei propenso ad appoggiare la spiegazione del Brutto Anatroccolo (sarà per questo che alla fine si trasforma in un cigno? non ho mai capito se Gilmore voleva fare una satira oppure se anche lui preferiva quella teoria)…Il Re ovviamente va decapitato, della Sirenetta abbiamo discusso finora…

  25. Altair scrive:

    comunque la teoria degl’universi paralleli spiegherebbe molto cose !
    anche le apparizzioni di fantasmi(tipo quelli che si vedono solo in foto)

  26. Altair scrive:

    non pensavo di provocare un dibattito così acceso !
    però ob torto collo non esagerate !
    sic et simpliciter calmatevi !
    non mi pare che l’argomento sia improcrastinabile !
    se volete far discussioni accese ci sono altri argomenti misteriosi al mondooltre i viaggi nel tempo !
    se volete parlar di codesto argomento fatelo altrove !
    comunque mi piacerebbe che licia facesse un post sulle tempeste solari !
    ps:in compendio calmatevi,please !

  27. Il Sarto scrive:

    Bene, non ci resta che aspettare che Stephen Hawking finisca di lavorare al motore a curvatura… ^_-

  28. Babil scrive:

    Il Sarto: si, così pare, l’astrofisica non è il mio campo e purtroppo il tempo è poco quindi sono ben lungi dall’aver letto tutti gli articoli scientifici sui wormhole…Pare comunque assodato che serva questa fantomatica materia con energia negativa…
    Del resto, anche l’altra teoria degli universi paralleli si guarda bene dallo spiegare come ci si fa a spostare da un universo parallelo all’altro e come si fa a scegliere proprio l’universo che fa al caso nostro tra tutti quelli disponibili…

  29. Mad Dog scrive:

    Salve, sono Mad Dog il demone ribelle!

    Vi volevo far sapere, gustosi umani, che gli universi paralleli esistono, che si può viaggiare nel tempo, ecc… , non chiedetemi come, io mangio soltanto. Ah… non credo che quel Titor si farà più vivo… ehm… avevo fame… e… così… l’ho mangiato sia nel presente, che nel passato, che nel futuro, che nel congiuntivo… in tutte le realtà possibili… una sorte simile toccherà a chi oserà dire che sono ingordo… quindi state attenti….

    gnam…

    uhm… credo che sia ora di tornare ad Helsinki… un mio amico è lì… l’aiuterò a mangiare le renne… MUAHAHAHAHHAHAHAHH e forse magnò pure lui!! MUAHAHAHHAHA

    p.s.: Val aspettami con la grappa… MUAHAHAHHAHAHAHAHAHHHAH

    p.p.s.: Licia se non rispondi a quella cavalo di e-mail giuro che mi mangio imp! è insopportabile quando aspetta qualcosa…

    p.p.p.s.: secondo voi se mangio il mio stesso “creatore” cosa succede? MUAHAHAHAHHAHAHAHAHHAHAHAHAHH

  30. Il Sarto scrive:

    Babil, tra l’altro mi pare di ricordare (rispolvero nozioni di fisica vecchie di un decennio) che per rendere stabile un wormhole occorra materia esotica (la cui esistenza è tutt’altro cheverificata) che almeno in un sistema di riferimento abbia energia negativa, giusto?

  31. imp.bianco scrive:

    @mike: non avevo nemmeno letto il tuo commento quando ho scritto il mio ^^

    X-Bye

  32. Valberici scrive:

    @JTitor: non ho capito cosa devo fare con ‘sto IBM 5100 che mi hai mandato.
    Devo schiacciare il tasto 1 ? :D

    Comunque mi son dimenticato di pagare il bollo della panda…non è che puoi passare tu a gennaio 2008 in tabaccheria? Così evito la multa :D

  33. mike scrive:

    imp: ho la coda di paglia :D e non so se ti riferisci a me ma non intendevo assolutamente giudicare come spiega Licia. Anche perchè per me l’astrofisica è un buco nero :o .
    Era solo una battuta(ccia) :)

    Anzi queste letture mi appassionano anche :)

  34. Licia scrive:

    Ehm, vorrei avvisare John Titor, che venendo dal futuro forse non lo sa, che i miei commenti son moderati, quindi ci vuole un po’ di pazienza prima di veder apparire il primo che si posta :P

  35. Carlo scrive:

    Licia, articolo davvero straordinario. Come al solito. Mi e’ piaciuto soprattutto come hai spiegato “la nebbia”.

    Giuliano: ma certo che si puo’ viaggiare avanti nel tempo – e non occorre nemmeno far nulla per riuscirci, ah, ah, ah, ah!

    Babil: Di primo acchito gli universi paralleli non piacciono per nulla neppure a me, ma e’ un fatto che il mondo sembra proprio comportarsi cosi’. O se no, come fa un fotone a “scegliere” fra gli infiniti percorsi possibili quello di minima azione?

  36. Fabrizio scrive:

    Ho trovato questo oscuro messaggio su un forum, con la data di IERI.
    Dice:

    “Babil:
    aaaaaaaaahhhhhhhhh, maccheppalle questi maledetti scettici. Voi di questo universo non credete mai ad una cippa di nulla.
    Ma come sarebbe a dire che la mia storia è fiction?!

    Babil, ti faccio fare un giro sulla mia macchina, così vedi se non è possibile, DIFFAMATORE!

    MAX: secondo te se non avessi cambiato la vostra linea temporale, l’INTER avrebbe vinto lo scudetto? MADDAI…

    Saluti dalla città dove si registra Voyager…

    John Titor”

    MA ALLORA è TUTTO VERO!

  37. J Titor scrive:

    Babil:
    aaaaaaaaahhhhhhhhh, maccheppalle questi maledetti scettici. Voi di questo universo non credete mai ad una cippa di nulla.
    Ma come sarebbe a dire che la mia storia è fiction?!

    Babil, ti faccio fare un giro sulla mia macchina, così vedi se non è possibile, DIFFAMATORE!

    MAX: secondo te se non avessi cambiato la vostra linea temporale, l’INTER avrebbe vinto lo scudetto? MADDAI…

    Saluti dalla città dove si registra Voyager…

    John Titor

  38. giuliano scrive:

    Max: Viaggiare AVANTI nel tempo (quindi andare nel futuro) è sicuramente possibile, basta viaggiare a velocità elevate per rallentare il proprio tempo (relatività ristretta).
    E questo è stato provato con un esperimento.
    Il problema è che per andare avanti nel tempo anche solo di qualche minuto, servono velocità irraggiungibili con le nostre attuali tecnologie.

    Andare INDIETRO nel tempo è decisamente roba più complessa, e Babil ne sa certamente più di me.

    In ogni caso è certo che si possa viaggiare nel tempo (almeno in avanti) non si tratta di opinioni.

  39. MAX scrive:

    mah, secondo me viaggiare nel tempo è impossibile, e spero in un futuro di non dover ricredermi…voyager poi…mi sembra un programma stupido…

  40. imp.bianco scrive:

    Licia tu spieghi benissimo, dovresti fare le Cronache del Mondo Astrofisico XD Altra cosa oggi sono andato in un bellissimo negozio di fate e draghi, ecc…, di qui, di Monterotondo, assolutamente fantastico! Ed indovina? Le due ragazze che lo gestiscono sono tue fans! XD Veramente stupendo, quando vieni qui è d’obbligo farci un salto, a proposito… (sono assillante lo so :P ) risponderesti all’e-mail che ti ho mandato il 14 ^^

    X-Bye

    p.s.: Mad Dog mi chiede se lui può mangiare l’universo, vorrebbe sapere cosa succede…. XD

  41. mike scrive:

    gran bel pezzo d’antenna … :)

    In realta Penzias e Wilson erano dei buongustai e volevano costruire una pistola a microonde con la quale cuocere “al volo” qualcosa.

    Testimonianze dimostrano che con i primi esperimenti hanno ottenuto solo … escrementi :P

    P.S.: Quando scrivi stai attenta ai maliziosi ;) hahaha

  42. Valberici scrive:

    Ho capito tutto perfettamente…e deduco che per scongelare un kg di pane lo devo sottoporre alle microonde per circa 6 minuti…ora provo :)

  43. Babil scrive:

    Licia: Boh, io ho fatto copia e incolla, infatti il pezzo è ancora lì…
    Comunque chissene dai, non volevo certo polemizzare…

  44. Babil scrive:

    Altair: in effetti ci sono degli astrofisici, come Kip Thorne e Norikov, che hanno dimostrato che le leggi della fisica attualmente note non vietano che sia possibile viaggiare nel tempo attraverso dei wormhole. Quindi sarebbe teoricamente possibile costruire una macchina del tempo…Il problema è che una simile macchina avrebbe pesanti limitazioni:
    -Anzitutto, richiederebbe capacità ingegneristiche pressocchè divine: un wormhole largo abbastanza da non triturare chi vi passa attraverso per le sue forze di marea dovrebbe avere una massa-energia pari a quella di un pianeta di medie dimensioni, il che tra l’altro vuol dire che per non fare danno dovrebbe essere costruito come minimo ai margini del sistema solare e quindi ti servirebbe un astronave ed un bel viaggetto per poterlo usare…
    -Una simile macchina del tempo non può riportarti in un tempo precedente alla sua attivazione…Ad esempio, se adesso qualcuno mettesse in funzione una simile macchina, e questa rimanesse in funzione per 100 anni, gli abitanti del 2108 potrebbero al massimo tornare indietro al 20 Maggio 2008
    -Siccome in questo modello (che è il più sensato a mio avviso) esiste una sola linea temporale, non è possibile cambiare il passato: la storia che conosciamo è già comprensiva di eventuali interventi di crononauti provenienti dal futuro.

    Il modello proposto a Voyager dal sedicente John Titor invece sfrutta la discutibile (secondo me…Ed io ho fatto la tesi di laurea sull’entanglement quantistico, non sono certo uno che odia la quantistica o che cerca le fantomatiche variabili nascoste) interpretazione della fisica quantistica secondo cui l’universo si sdoppia in tanti universi quanti possono essere i possibili risultati della misura di un fenomeno quantistico tutte le volte che un fenomeno quantistico accade. Come tale, esistono infiniti universi paralleli pressocchè uguali.
    John Titor in realtà non viaggia nel tempo, ma si sposta in un universo parallelo che è del tutto analogo al passato del suo universo di partenza: per questo può cambiare la storia, perchè in realtà non sta cambiando un bel niente, sta interagendo con un altro universo che è uguale al suo passato ma non è il suo passato. Quando poi torna nel suo universo, trova che la storia non è cambiata per lo stesso motivo: in realtà lui non ha mai interagito con il vero passato del suo universo.
    Naturalmente, questa interpretazione del viaggio nel tempo si presta molto di più ai lavori di fiction (come è la storia di John Titor) che non quello dei wormhole…Tra l’altro, è anche il modello usato da Toriyama per spiegare i viaggi nel tempo in Dragon Ball Z…
    Naturalmente, ha il difetto di fondarsi sull’esistenza di universi paralleli, che sono un concetto eccezionale per il fantasy, ma sulla cui legittimità scientifica sono da sempre violentemente scettico…Dopo che hanno trovato il buco nella radiazione cosmica di fondo (a proposito Licia, potresti delucidarci un pò di più su quell’argomento?), parlare di universi paralleli non è più ridicolo come lo era prima, ma comunque si tratterebbe di universi ben diversi da quelli inventati “ad hoc” per cercare di spiegare la fisica quantistica…

  45. Licia scrive:

    Babil; a parte che c’era scritto nuclei e non atomi, come dovrebbe essere…e come è ora dopo la correzione

  46. Pera scrive:

    MI sono perso a metà cioè quando il cervello ha realizzato che : mentre ci sono cervelli che arrivano a supporre ipotesi su ciò che c’era migliaia di anni fa, lui (my brain) si azzera davanti ad un comune professore che gli chiede che c’è in quella stupida provetta in questo dannatissimo momento…
    Cmq è notevole il tuo sforzo di portare in chiave leggibile argomenti difficili: sia da capire che da spiegare.

  47. Babil scrive:

    Ciao, scusa se mi permetto, ma mi sa che ti è scappato qualcosa durante la trascrizione:”e contemporaneamente gli elettroni e i neutroni iniziano a mettersi insieme per costituire i primi nuclei di idrogeno e elio.” dovrebbe essere qualcosa tipo “gli elettroni, i protoni e i neutroni ecc. ecc.” oppure “gli elettroni e i protoni ecc. ecc.” . Comunque visto il grado di analfabetismo scientifico in Italia la tua è un’iniziativa estremamente lodevole…

  48. Altair scrive:

    wow !
    mi stai facendo appassionare all’astofisica,ma l’egittologia è la mia vita !
    cmq mi piacerebbe un post sui viaggi nel tempo:domanda derivata dalla puntata di ieri di voyager,
    poi anche un post sulle tempeste solari sarebbe interessante:in special modo su quella del 2011.
    poi mi piacerebbe un post su che cosa succederbbe se l’asse della terra cambiasse.

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