mercoledì 4 maggio 2016

SPECIALE ONDE GRAVITAZIONALI - I CENTO ANNI DELLA RELATIVITA' GENERALE (Parte seconda)



N. Bohr - A. Einstein
Non è possibile palare dei cento anni della Relatività senza parlare di qualche risvolto problematico di questa teoria, se non lo facessimo non sarebbe né scientificamente né storicamente corretto, sarebbe una omissione che non mi potrei perdonare. Sì, la famosa teoria di Albert Einstein, da poco risalita agli onori della cronaca scientifica e mondana per la recente rivelazione delle onde gravitazionali (vedere gli articoli qui pubblicati [1234]), continua ancora ad avere qualche scheletro nell'armadio, problemi di coerenza con la realtà, cose tutt'altro che marginali che a questo punto, proprio grazie a quest'ultima scoperta, invece di attenuarsi si sono amplificati trascinando nell'imbarazzante situazione di essere incoerenti anche altre teorie.


II - RELATIVITÀ E MECCANICA QUANTISTICA: UNA CONVIVENZA DIFFICILE - Capitolo (I)


Il contesto storico-scientifico del XX secolo
Nei primi anni del novecento la fisica era in pieno fermento. Dopo l’invenzione dello spettroscopio fatta da Fraunhofer (1814) e la scoperta delle line di assorbimento, righe scure, visibili sia negli spettri della luce solare e stellare sia nella luce riflessa dalle superfici della Luna e di alcuni altri pianeti più luminosi, gli studi di Kirchhoff e Bunsen portarono rapidamente alla scoperta e allo studio delle righe di emissione negli spettri di luce delle sostanze chimiche. 


Fig. 1

La corrispondenza di alcune delle righe visibili di emissione con quelle di assorbimento, come nel caso della riga fondamentale H-alfa dell’idrogeno (riga rossa in Fig. 5), portarono ad un salto di qualità nello studio del cosmo, aprendo la strada all'analisi della composizione delle atmosfere stellari: era ormai chiaro che la natura, così gelosa nel custodire i segreti della materia, li avrebbe potuti celare ancora per poco.
La scoperta e lo studio della radioattività  naturale (1896) da parte di H. Becquerel e Pierre e Marie Curie e l’anno successivo quella dell'elettrone da parte di J.Thomson, portarono rapidamente a concepire nei primi anni del novecento (1911-1914) dei nuovi modelli di materia formata non più da atomi elementari, quindi indivisibili, ma da atomi con una struttura interna fatta da particelle positive e negative, un modello quello dell'atomo che evolse rapidamente di li a pochi anni, diventando l’attuale modello atomico di Bohr- Shrœdinger (Fig. 2).



Fig. 2 
A seguito degli studi di J.K. Maxwell (1864) sull'elettromagnetismo e a quelli sullo spettro di corpo nero di Kirchhoff (1862) reinterpretato in chiave quantistica da Max Planck nel 1900 cominciò ad emergere la contrapposizione tra una descrizione ondulatoria e una descrizione corpuscolare della luce, una dicotomia destinata a crescere sempre di più fino a cambiare la visione del mondo.

Due fenomeni infatti, continuavano a resistere all'interpretazione ondulatoria della luce. Oltre a non riuscire a spiegare in alcun modo lo spettro di corpo nero, l’elettromagnetismo non riusciva nemmeno a spiegare lo strano fenomeno dell’emissione di cariche elettriche negative da parte di alcuni metalli quando venivano illuminati. L'effetto fotoelettrico evidenziato nel 1887 da Hertz e studiato da Lenard, portava a delle incongruenze insuperabili con la teoria elettromagnetica.

Onde elettromagnetiche o quanti?
La  visione maxwelliana del mondo, oltre a fornire in chiave elettro-magnetica unificata una spiegazione accurata di tutti i fenomeni elettrici e magnetici fino ad allora visti come separati, descriveva la luce visibile e invisibile con una coppia di onde elettrica e magnetica mutuamente indotte, oscillanti in modo sincrono ad una certa frequenza con una velocità di propagazione nel vuoto di circa 300.000 chilometri al secondo.


Fig.3 Onda elettromagnetica
Questa evidenza sconvolgeva di per sé la visione settecentesca della propagazione per onde, infatti questa richiedeva la presenza di un mezzo materiale, non del vuoto che essendo vuoto per definizione, non poteva in alcun modo essere considerato un mezzo nel quale un’onda avrebbe potuto propagarsi. Ad ogni modo trascurando solo per poco questo dilemma, c'è da dire che nella teoria di Maxwell il trasporto dell'energia e della quantità di moto può avvenire in modo continuo, cioè qualunque valore di energia e impulso può essere emesso dalla materia, trasportato nello spazio da un punto A a un punto B e assorbito da altra materia. 


Fig- 4 Spettro di corpo nero. L'intensità corrisponde al numero di quanti emessi ad un dato valore di frequenza. La lunghezza d'onda è inversamente proporzionale alla frequenza e corrisponde alla distanza tra due massimi dell'onda.  

La spiegazione dello spettro di corpo nero proposta da Planck, richiedeva invece di accettare senza motivazione alcuna che gli scambi di energia e quantità di moto tra radiazione elettromagnetica e materia in equilibrio ad una certa temperatura kelvin, avvenissero in modo discreto, cioè non per valori qualunque come Mxwell vorrebbe, ma per multipli dei valori di energia e impulso di uno stesso quanto, entrambi proporzionali alla frequenza dell’onda. Nella teoria elettromagnetica invece, l'energia trasportata dall'onda e ceduta alla materia è necessariamente proporzionale al quadrato del campo elettrico e magnetico dell’onda stessa, quindi dipende dal quadrato dell'intensità dell'onda e non dalla frequenza come l’ipotesi di Planck prevede. Ad ogni modo nonostante queste incongruenze teoriche, l'elettromagnetismo consentì a Guglielmo Marconi di sviluppare la radio, mentre la teoria dei quanti oltre alla spiegazione dello spettro di corpo nero, permise ad Einstein di spiegare l'effetto fotoelettrico, a Bohr e Sommerfeld di formulare un modello di atomo in grado di prevedere l'energia e la lunghezza d'onda di tutte le righe osservate negli spettri di emissione e assorbimento, tutti passi fondamentali per arrivare con l'ipotesi del dualismo onda-particella proposta da L. Broglie all'interpretazione di Copenaghen del 1927, una interpretazione della Meccanica Quantistica ancora attualmente accreditata ma non l'unica. 


Fig. 5 Spettri di emissione dell'idrogeno e del ferro. Le righe sono dovute alla diseccitazione atomica prodotta mediante il passaggio di un elettrone da un'orbita atomica più energetica ad una meno energetica. I differenti colori sono associati a differenti frequenze. L'energia e la frequenza crescono dal rosso al viola.

A questo proposito di notevole interesse è l'interpretazione quantistica di de Broglie-Bohm che per le sue proprietà di non-località verificate nell'entanglement, si apre ad interessanti sviluppi in riferimento al paradosso EPR e al teorema di Bell violato in molti esperimenti anche recenti, in contraddizione con il realismo locale relativistico tipico della meccanica relativistica di Einstein che vorrebbe che due sistemi anche molto distanti fra loro non possano comunicare istantaneamente.

Vuoto o pieno? Solo spazio-tempo
Torniamo al problema della propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto. I tentativi di riempire lo spazio vuoto con un mezzo materiale denominato Etere, attraverso il quale le onde elettromagnetiche avrebbero potuto effettivamente propagarsi proprio come un'onda meccanica in un mezzo fallirono tutti, l'ultimo esperimento, il più importante realizzato da Michelson e Morley non fallì però invano. Ci fu chi interpretò la prova della non esistenza dell'Etere come un valido risultato e non come un fallimento. Albert Einstein fu uno di questi. Infatti l'esperimento ebbe il grande merito di dimostrare inequivocabilmente che l’Etere non è un mezzo che riempie lo spazio vuoto ma è lo spazio-tempo in cui la luce si propaga. Nel caso di moto relativo tra sorgente e osservatore, lo spazio-tempo subisce una deformazione in base alla loro velocità relativa permettendo alla luce di avere sempre la stessa velocità per tutti gli osservatori. Lo spazio-tempo non ha però solo questa proprietà, infatti si deforma anche in presenza di energia curvandosi in modo tale che una traiettoria lungo una geodetica diventi curva perché segue la curvatura dello spazio-tempo. Per fare un semplice esempio, se lanciamo una pietra in una certa direzione con una data velocità, in assenza di gravità e di altre forze questa proseguirà indefinitamente il suo moto rettilineo a velocità costante. Se la stessa pietra la lanciamo nella stessa direzione di prima e con la stessa velocità partendo dalla superficie terrestre, dove l'energia di massa della Terra curva lo spazio-tempo locale, questa si muoverà lungo una traiettoria parabolica fino a toccare nuovamente terra in un altro luogo, non perché attratta, ma perché segue la geodetica dello spazio-tempo curvata per effetto dell'energia di massa della Terra. In questo senso se la rivelazione delle onde gravitazionali è l'ultima verifica della teoria della Relatività Generale, si è anche dimostrato che la forza di gravità non è una vera forza come nella gravitazione universale di Newton, ma solo la manifestazione di una curvatura locale della trama dello spazio-tempo alla quale persino la luce non sfugge.

Modello bidimensionale della curvatura dello spazio-tempo in presenza di energia di massa.

Quando un raggio luminoso passa vicino ad un corpo massivo come una stella o una galassia, invece di proseguire in linea retta percorre una traiettoria curva non perché attratto gravitazionalmente dalla massa ma perché segue le geodetiche curve dello spazio-tempo, le numerose immagini di lenti gravitazionali che distorcono o moltiplicano le immagini di galassie lontane ne sono la prova.


Immagine distorta di una galassia per un effetto di lente gravitazionale. (Credit: NASA/ESA/STScl)

La croce di Einstein del quasar G2237 +0305, visibile nei quattro punti di luce periferici, prodotta dall'effetto di lente gravitazionale della galassia ZW 2237 +030 (centro) (Credit: NASA/ESA/STScl)

(continua)
II - RELATIVITÀ E MECCANICA QUANTISTICA: UNA CONVIVENZA DIFFICILE - Capitolo (II)


Altri articoli pubblicati:
I - LE ONDE GRAVITAZIONALI ESISTONO DAVVERO

Prossimo articolo:
III - RELATIVITÀ GENERALE: COSA CI ASPETTIAMO PER IL FUTURO DELL'UNIVERSO? 






   

martedì 3 maggio 2016

FAMELAB ITALIA: LA FINALE DEL PRIMO TALENT DELLA SCIENZA IN DIRETTA DALL'AGENZIA SPAZIALE ITALIANA

Domani 4 maggio dalle 9.30 in diretta streaming su ASI TV la gara tra i 14 giovani scienziati finalisti di FameLab Italia 2016.


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Si svolgerà domani mattina 4 maggio a Roma presso l’Auditorium dell’Agenzia Spaziale Italiana la finale nazionale della quinta edizione di FameLab Italia, l’X factor per giovani ricercatori scientifici col talento della comunicazione coordinato da Psiquadro, società di comunicazione della scienza in collaborazione con British Council Italia. Sul palco si sfideranno i 14 concorrenti che hanno superato le selezioni locali in sette città italiane: Trieste, Torino, Padova, L’Aquila, Ancona, Perugia e Napoli tra febbraio e marzo.




I finalisti sono stati i migliori tra circa 100 ricercatori che hanno gareggiato in tutta Italia e domani si sfideranno a suon di parole cercando di affascinare il pubblico in sala con brevissime presentazioni di tre minuti e senza usare immagini, queste sono infatti le regole speciali di FameLab, il primo talent internazionale della scienza.


lunedì 2 maggio 2016

A BELLUNO GUERRA FREDDA E CHERNOBYL: CONTATORI GEIGER IN MOSTRA

Meeting pubblico sabato 4 giugno 2016 in Val di Zoldo (Belluno) al Geiger Counter Museum. Interverranno vari esperti e pionieri della divulgazione della materia Italiani a spiegare il mondo della radioattività oltre alla visita al museo.

Riproduzione per didattica della Little Boy

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C'è chi colleziona francobolli. Chi ama piante e giardini. E chi invece si è appassionato di tutto quello che riguarda la radioattività. In Val di Zoldo è nato il "Geiger Counter Museum", il primo e l'unico museo in Italia di contatori geiger.

Sì, proprio quegli strumenti che si vedono nei film, con un ago che si muove su una scala numerata e che gracchiano in presenza di radiazioni.

domenica 1 maggio 2016

GOVERNO: 2 MILIARDI E MEZZO PER LA RICERCA E UNO PER I BENI CULTURALI

Dal Cipe due miliardi e mezzo di euro per investimenti nella ricerca e nel capitale umano, un miliardo di euro per i beni culturali. Inoltre il Cipe ha assegnato circa 290 milioni di euro per programmi e azioni finalizzate al sostegno alle imprese e alla crescita. 

Progettisti al lavoro - Shutterstock


Si è svolta oggi a Palazzo Chigi la riunione del Comitato interministeriale per la Programmazione economica (Cipe), presieduta dal presidente del Consiglio, Matteo Renzi. Di seguito le decisioni assunte.  Qui l'Esito


Il Comitato ha approvato il Programma nazionale per la Ricerca per il periodo 2015-2020. Il programma prevede investimenti complessivi nel primo triennio 2015-2017 pari a 2.428,60 milioni di euro, di cui 

  • 1,9 miliardi di euro a carico del bilancio del MIUR e del PON ricerca 
  • 500 milioni di euro a carico Fondo sviluppo e coesione (FSC) 2014-2020. 



È prevista una proiezione complessiva in via programmatica dell’impiego di risorse finanziarie fino al 2020, per un ammontare di 4,16 miliardi di euro totali.

IT INNOVATION CONTEST 2016 CON INTESA SANPAOLO

Partecipa al contest presso il grattacielo Intesa Sanpaolo e ottieni un contratto di lavoro!




20-21 maggio 2016
Presso il nuovo centro direzionale (grattacielo di corso Inghilterra, 3 a TORINO)
1° posto: 5 offerte di lavoro su progetti innovativi
2° e 3° posto: 10 inserimenti in stage
Attestato di partecipazione per tutti    

L’information Technology Department di Intesa Sanpaolo, uno dei primi gruppi bancari dell’eurozona e il numero uno in Italia, ricerca giovani neo-laureati o laureandi da inserire nella propria realtà. 

Intesa Sanpaolo vuole selezionare e assumere i candidati più interessanti, attraverso un innovativo evento assimilabile allo strumento HACKATHON.

Il contest a squadre verterà sui seguenti 4 temi: 
BIG DATA, USER EXPERIENCE, COGNITIVE COMPUTING e BLOCKCHAIN.

Per partecipare è necessario inviare la propria candidatura via email all’indirizzo stage.job@polito.it indicando il nome dell’evento (IT INNOVATION CONTEST 2016), il tema di interesse, il proprio nominativo e la matricola, allegando il proprio CV.
E’ possibile iscriversi anche come squadra (team da 5 partecipanti), inserendo le medesime informazioni, corredate anche dal nome prescelto per il team.

Il candidato deve essere in possesso di una laurea triennale o magistrale o essere laureando nel corso di laurea magistrale (telecomunicazioni, elettronica, gestionale, informatica e matematica). 
Scadenza candidature: 16 maggio 2016

Programma:

1° GIORNO
12.00 - 15.00 Registrazione, avvio lavori e testimonianze management ISP
15.00 - 22.30 Analisi business case, ricerca e definizione soluzioni e disegno piano d’azione 
(ore 20.00 APERICENA)

2° GIORNO
8.00 - 13.30 Disegno del prodotto, coding e preparazione speech
14.00 - 18.00 Presentazione lavori, premiazione e meeting finale
Non perdere questa occasione!

LOCANDINA (PDF)