Categorie: Cosmologia Le origini Meccanica quantistica
Tags: effetto Casimir energia negativa inflazione mare di Dirac principio di Heisenberg transizione di fase
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:36
Posso esistere, quindi esisto! L’inflazione cosmica. 2 ***
Lo ammetto, cari amici: non è stato facile scrivere questo articolo e non so nemmeno se riuscirà a risolvere molti dubbi. Purtroppo vanno accettate troppe conclusioni derivanti dalla matematica legata alla MQ. D’altra parte, però, è una matematica che ha avuto conferme e applicazioni e quindi è qualcosa di più che una teoria e basta. Ho cercato di sintetizzare e di semplificare, ma temo che molte cose rimangano aleatorie. Non ho nemmeno inserito figure, dato che ben poco potrebbero aiutare la mente, anzi -forse- semplificherebbero eccessivamente la problematica creando false conclusioni.
Consideriamolo un primo passo per investigare una fase che ha dei limiti oggettivi di conoscenza. La discussione porterà stimoli a migliorarla e ad ampliarla (se possibile). Ripeto ancora: stiamo parlando di fasi che in qualche modo “precedono” tutto ciò che oggi riusciamo a capire della fisica quantistica e non solo. E nemmeno possiamo sperare in esperimenti, dato che l’inflazione non sarà mai riproducibile (almeno per adesso e per molto tempo ancora, suppongo).
Vi chiedo, quindi, di accontentarvi e poi di lavorare insieme per arrivare a qualcosa di più completo e -forse- comprensibile.
Permettetemi alcune considerazioni di partenza (prima delle quali, però, consiglio a chi non l'ha fatto di leggere questo articolo)
L’inflazione ha un pregio fondamentale su cui pochi riflettono. Ha legato gli studi sul mondo subatomico a quelli del Cosmo. Una vera inflazione anche in termini conoscitivi. Le due “scienze” erano nate separate e sembravano occuparsi di argomenti del tutto scollegati (oggi sembra un’assurdità, ma non molti anni fa era proprio così…).
Mi spiego meglio. L’abbraccio tra fisica delle particelle e cosmologia ha permesso di “tentare” spiegazioni sull’inizio dell’Universo e sulla descrizione del “come” (il perché è tutta un’altra cosa). Questo abbraccio si deve proprio all’inflazione, il vero legame tra Universo dominato dal microcosmo (non osservabile se non nei laboratori e fino a certi limiti invalicabili) e quello dominato dal macrocosmo (osservabile ovunque). L’inflazione entra prepotentemente nel modello che si basa sull’unione delle forze (o meglio interazioni fondamentali) e sul mondo logicamente illogico della MQ. In parole estremamente semplici, essa permette di passare da qualcosa di dimensione nettamente inferiori a quelle di un protone (già questo ci dice che lavora su distanze e dimensioni ancora fuori dalla nostra portata) a un qualcosa delle dimensioni di un’arancia (contenti?) o poco di più. L’idea dell’arancio non vi tragga in inganno sulla enormità dell’inflazione. Se, all’inizio, l’Universo fosse stato grande 10-9 metri (un nanometro, ossia un milionesimo di millimetro), dopo l’inflazione sarebbe stato di dimensioni pari a 30 000 parsec!
L’inflazione ha basi solide, dato che accetta una delle conclusioni fondamentali della MQ: non può esistere un punto singolare da cui far nascere il Big Bang. E’ un concetto che abbiamo discusso parecchio, girandoci un po’ attorno. Un punto singolare è qualcosa di puramente matematico che si scontra con la fisica quantistica. Niente può esistere più piccolo di un certo valore e la densità NON può essere infinita. La MQ concede una densità limite enorme, ma nettamente più “blanda”, solo 1094 g/cm3. Il problema di fondo, però, rimane: “Come fare a “gonfiare” a dismisura un qualcosa di così denso?”. Tuttavia, il fatto che la densità non sia infinita permette all’inflazione di poter nascere e di agire. Quanto detto non è una fantasia creativa, ma deriva dalla lunghezza di Planck, la più piccola distanza che la MQ possa accettare, ossia 10-35 m. L’inflazione può esistere proprio perché esistono la MQ e i suoi principi.
Parlare di inflazione e della sua nascita vuole dire, allora, parlare proprio di una singolarità iniziale che non è la singolarità matematica, ma quella fisica della MQ. Non basta, perciò, iniziare da lei per spiegare la nascita dell’Universo, ma bisogna fare un passo indietro (anche se l’indietro non ha senso) e descrivere ciò che ha dato origine alla singolarità “fisica”. La MQ ci riesce, usando proprio uno dei suoi capisaldi: il principio di indeterminazione di Heisenberg. Questo pre-Universo (fatemelo chiamare così anche se il tempo non era ancora nato, essendo una prerogativa del macrocosmo o quasi!) è un qualcosa che sembrerebbe quanto di più teorico possa essere pensato: un vuoto-non vuoto. Un qualcosa che non contiene nulla ma che può creare e distruggere “particelle” o onde o fluttuazioni, in modo istantaneo. E qui dobbiamo introdurre anche un’altra grandezza che ci limita enormemente: il tempo di Planck, ossia 10-44 sec. Sotto di lui non sappiamo andare.
Tuttavia, entrambe questi limiti assoluti derivano da una costante che è ormai un dato di fatto: la costante di Planck. Se accettiamo lei, dobbiamo accettare anche gli altri due! Chi, poi, non si fidasse ancora, sarebbe zittito dall’esperimento che ha portato alla verifica sperimentale dell’effetto Casimir, una prova osservativa di questo vuoto-non vuoto dall’apparenza assurda. Difficile? No, basta fidarsi di Heisenberg. A questo punto, tutto si semplifica e i semi per far nascere una bolla inflazionaria ci sono tutti! Magari più di una…
Proviamo a descrivere
Iniziamo il nostro tentativo di spiegazione proprio utilizzando un esempio che si lega benissimo alle caratteristiche probabilistiche tipiche delle particelle-onde della MQ. Prendiamo una moneta e lanciamola in alto, restando in attesa che cada al suolo e ci dica se viene testa o croce. Ci vuole tempo prima che cada, ma le cose si semplificano se il tempo non esiste ancora. O quantomeno esiste solo quando ce n’è bisogno… Stiamo vivendo in uno spazio che sembra un mare perfettamente calmo e tranquillo, dove niente sembrerebbe poter succedere. Non possiamo scendere nei particolari, ma chiamiamolo mare di Dirac. Come tutti i mari che si rispettano, non bisogna mai fidarsi del tutto: un’onda anomala può sempre apparire dal nulla. Normalmente, come già detto, queste onde si annullano subito e tutto continua come prima, mantenendo una perfetta simmetria. Simmetria, simmetria, ecco la grande forza di questo mare o -se preferite- di questo pre-Universo.
Intanto, però, la moneta continua a girare nel mare senza creare problemi. A un certo istante cade al suolo o su quello che è… Si sente addirittura un “tac”, un rumore, una forma di energia (o almeno ci sembra). La situazione è diventata insostenibile: si è rotta la simmetria! La moneta ha detto “croce” e questo è un risultato che non può lasciare dubbi, un po’ come l’elettrone che è stato osservato ed è diventato particella. Anche se localmente, la situazione degenera, la fluttuazione assume una forma inaspettata e causa un cambiamento di fase… l’inflazione ha via libera e può ingigantire la sua bolla infinitesima. Approfitta di un’energia che può esistere nel mare, l’energia negativa. E’ necessaria, per poter bilanciare immediatamente situazioni con energia positiva. Energia negativa vuole dire espansione incontrollata. Vi sembra strano? Pensate all’energia gravitazionale. Che forma di energia ci vuole per portare un oggetto sempre più lontano dalla massa che lo attrae? Proprio un’energia negativa, ossia che ha un verso opposto a quello della forza che agisce (la forza di gravità), come ben spiegato nella Fisica addormentata nel Bosco.
Se la bolla ha a disposizione questa energia negativa non ha problemi ad usarla e opporsi a ciò che cerca di tenerla in condizioni microscopiche e ad annullarla completamente. L’energia positiva si dedica, allora, alla materia. Sì, basta, in fondo, che ci sia qualcosa che rompa la simmetria, che dia il via. Non è molto diverso da ciò che Hawking ha suggerito vicino ai buchi neri: si creano particelle e antiparticelle, ma una delle due riesce a essere “ingoiata” prima che si annulli con la sorellina. L’altra rimane isolata e può vivere da sola… Una rottura di simmetria può avvenire in tanti modi, così come la creazione di un’energia negativa capace di espandere la fluttuazione e di lottare contro la forza che cerca di tenerla unita.
Ma… attenzione! Anche la forza si sta evolvendo e si scinde in altre forze, proprio ciò che ci si deve aspettare durante una transizione di fase. La nostra bolla ha ormai via libera per costruire la materia utilizzando l’enorme energia che possiede. Non ha bisogno di tanta massa, molto meno di quella che si attribuiva al Big Bang senza inflazione… Là era necessaria una massa iniziale di 1030 masse solari, con l’inflazione basta meno di un grammo. Non abbiate paura per la legge di conservazione dell’energia: la MQ e i cambiamenti di fase riescono a mantenerla comunque. L’energia totale è sempre zero, solo che abbiamo di fronte un’enorme energia positiva legata alla materia che si sta formando e un’altrettanta enorme energia negativa di tipo gravitazionale. I due valori sono enormi e permettono di costruire e di ingigantire il tutto, ma la somma resta zero. Nel frattempo, si creano piccolissime variazioni di densità (niente è veramente perfetto) attraverso le fluttuazioni quantistiche che vengono mostruosamente ingrandite dall’inflazione: i semi delle future concentrazioni di massa.
Durante la transizione di fase si libera energia, proprio come fa l’acqua che si trasforma in ghiaccio. In un terribile inverno in Florida, gli alberi di arancia furono spruzzati abbondantemente con acqua. Perché? L’acqua si trasforma velocemente in ghiaccio liberando energia, ossia calore per le foglie e la frutta. L’energia rilasciata durante la transizione di fase fornisce l’energia per avere l’inflazione (una vera e propria energia oscura…).
La nascita dell’inflazione viene prevista teoricamente attraverso l’introduzione di un campo scalare, qualcosa di simile al campo di Higgs, tanto per intenderci. Alcuni prospettano anche l’esistenza di una particella associata al campo, chiamata inflatone. Ma, fermiamoci… perché la teoria dei campi va oltre ciò che potrei tentare di spiegare con semplici parole. Sicuramente le transizioni di fase sono collegate alla separazione delle forze fondamentali. La gravità è la prima a separarsi, subito dopo il tempo di Planck. La seconda è la forza nucleare forte, proprio all’inizio dell’inflazione. Essa, ha, quindi, la possibilità di espandere uno spazio-tempo collegato alla gravità (attraverso l’energia negativa) e di creare la materia.
Quando nasce allora l’Universo? Si potrebbe dire al tempo di Planck, quando in pratica nasce lo spazio-tempo come lo intendiamo noi. Ma la parola nascita perde di significato se si ammette un vuoto quantico preesistente, senza tempo. Un mare in cui un’onda anomala crea una fluttuazione tale da poter innescare una transizione di fase e l’espansione dello spazio-tempo. Una bolla piccolissima che è diventata l’Universo di oggi. Una bolla quantica, delle dimensioni comparabili alla lunghezza di Planck, che contiene tutta la massa e l’energia del nostro Universo. Sembra impossibile, ma la MQ non fa fatica a dimostrarlo conservando l’energia uguale a zero. Una bolla, però, che sarebbe solo una fugace apparizione e che si richiuderebbe sotto l’azione della gravità. L’energia negativa, però, in associazione con la transizione di fase che la crea e la sostiene, proprio quella che è nata per conservare la simmetria, si scatena e vince la gravità. L’Universo non può più tornare indietro, come viene dimostrato perfettamente dalla sua piattezza e dalla sua omogeneità.
E’ facile, quindi, porsi un’ovvia domanda (basata, però, sui principi della MQ): “Perché solo UNA bolla? Ve ne possono essere state moltissime, infinite”. Ed ecco come nasce l’idea base del multiverso. Bolle nate in tempi diversi? Si e no… Il tempo nel vuoto non esisteva, ma solo all’interno della bolla. Come confrontare tempi del tutto separati? Cosa separa le bolle, ossia gli universi? Il vuoto non-vuoto. Ma, attenzione! Non pensiamo a bolle che si allargano dentro a qualcosa come l’etere. Quel qualcosa ha leggi fisiche diverse, dato che le forze fondamentali sono ancora unificate. Si può allora pensare a un incontro tra universi diversi? Forse sì e forse no, ma le risposta ce la può dare solo una trattazione puramente matematica, che è poi analoga -in qualche modo- all’esistenza dei buchi neri e dei corrispondenti buchi bianchi. Insomma, per lanciarsi in interpretazioni del tutto personali è necessario conoscere perfettamente la matematica associata ai principi della MQ e sapere manipolare con grande dimestichezza la teoria dei campi. Vi assicuro… non è cosa da imparare in quattro e quattr’otto e nemmeno da poter evitare e lanciarsi comunque in dipinti incomprensibili sentendosi Picasso. Nessuno di noi (io per primo) è in grado di conoscere così a fondo la teoria dei campi e tutti i risvolti più fini della matematica legata alla MQ. Rischieremmo di passare dalla speculazione scientifica alla speculazione fine a se stessa, senza alcuna base. Parole, parole, parole, ma senza alcun concetto…
Vi propongo un esempio in più per capire come si fa a rompere la simmetria e a dare l’occasione a un campo quantico di creare una bolla senza freni di grandezza. Immaginiamo una tavola imbandita in modo perfetto. Ognuno dei commensali ha davanti a sé il suo piatto, ma si trova davanti due bicchieri, uno a sinistra e uno a destra. Tutto perfetto, ordinato, simmetrico, ma … incerto come solo la MQ sa essere. Un solo bicchiere può appartenere a due commensali, così come ogni commensale può scegliere quale bicchiere usare. Questa situazione è una “buona” rappresentazione di uno spazio in cui non esiste tempo e che ha una simmetria perfetta. Appena, però, un commensale decide di bere e sceglie un bicchiere, immediatamente tutti SANNO quale deve essere il loro bicchiere. La simmetria si è rotta. Ogni volta che si rompe la simmetria ne segue un cambiamento di fase. Ad esempio, il pranzo può cominciare e tutto cambia sulla tavola. E si crea energia dal niente…
Lo stesso può capitare in una bolla quantica, un piccolo gesto di rottura che viene ingigantito e trascinato via dalla transizione di fase. Come già detto, i segnali per questi cambiamenti di fase (o magari proprio l’origine) sono legati al disaccoppiamento delle interazioni fondamentali. Cosa esisteva tra l’istante zero e l’inizio dell’inflazione? Sicuramente si era già rotta la simmetria, dato che la gravità se ne era andata per i fatti suoi.
Si risolve anche il problema dell’entropia. Si dice, spesso, che è assurdo che l’entropia tenda ad aumentare (ossia si vada verso il caos), quando all’inizio tutto era caos. La simmetria ci dice che potrebbe essere vero proprio il contrario. Il pre-Universo (lasciatemelo chiamare così) nella sua veste caotica era quanto di più ordinato ci potesse essere. Massa uguale a zero, energia uguale a zero, un unica forza che regolava il tutto. Cosa si poteva volere di più? La rottura di simmetria ha invece iniziato a creare caos in quell’ordine quantico e la freccia del tempo è nata per indicare la strada all’entropia che non poteva ormai che tendere a diventare massima.
Tutto questo pandemonio, che sembra più un racconto di fantascienza che di scienza, sembrerebbe un quadro fatto da un qualsiasi falso-Picasso. E, invece, è un dipinto di un vero Picasso, dato che si basa saldamente sulle leggi dei campi scalari e sul principio di Heisenberg. Se introdurre la fisica dei campi è un problema praticamente irrisolvibile al nostro livello, possiamo però dare un’idea del perché Heisenberg ci permette di lanciarci in un racconto così illogicamente logico. Basta interpretarlo nel modo giusto.
Noi sappiamo che esso dice che è impossibile conoscere con accuratezza sia la velocità che la posizione di una particella o onda che sia. Se si definisce esattamente la posizione, la velocità resta molto vaga e viceversa. Nel caso, andate a rileggervi l’articolo relativo. Tuttavia, le grandezze che subiscono questo effetto non sono solo velocità e posizione, ma anche, ad esempio, energia e tempo. …..
Possiamo fare un esempio abbastanza semplice riferendoci al fotone. Esso ha un certo valore di energia che è funzione della costante di Planck e della frequenza dell’oscillazione. Da ciò si deriva che per misurare l’energia è necessario conoscere la frequenza, ossia aspettare che si compia una oscillazione completa. Ciò vuole anche dire fare una determinazione di un intervallo di tempo relativamente ampio. In altre parole, per conoscere l’energia è necessario che trascorra un periodo di tempo, ossia avere un valore molto impreciso dell’istante in cui avviene il fenomeno. Tuttavia, se siamo interessati a sapere cosa succede a un fotone in un istante preciso, istantaneo, lo posso fare a scapito della misura della sua frequenza e quindi della sua energia. In poche parole, misurare esattamente il tempo rende imprecisa la determinazione dell’energia e viceversa.
Ciò vuole anche dire che più si limita l’intervallo del tempo e più risulta indeterminata l’energia. Ne consegue che nel vuoto quantico possono avvenire fluttuazioni di energia di durata brevissima. Ossia, proprio le fluttuazioni o -se preferite- la creazione di coppie che si annichiliscono in tempi infinitesimi. Si può, però, dimostrare che l’applicazione del principio porta anche alla creazione di energia positiva ed energia negativa, senza ledere il principio di conservazione dato che la somma è zero. Proprio le due energie che nella nostra transizione di fase hanno dato luogo all’espansione gigantesca (energia negativa, contraria alla gravitazione) e alla creazione della materia (basata su energia positiva).
Tutte illazioni teoriche? Nemmeno per sogno come ci dimostra l’esperimento che prende il nome di effetto Casimir.
Attraverso il principio di Heisenberg si dimostra che il vuoto possiede un'energia, determinata dalle fluttuazioni che creano particelle virtuali. A livello macroscopico questa situazione deve produrre una forza. Mettendo due piastre metalliche quasi a contatto (solo pochi micron di separazione) in un ambiente in cui è stato fatto il vuoto assoluto e non agisce nessuna forza elettromagnetica, la teoria prevede che, all’ interno delle piastre, solo particelle virtuali con una lunghezza d’onda (ricordiamoci sempre che parlare di onde o particelle è la stessa cosa) che sia un sottomultiplo della distanza tra le piastre, possono essere attive. In poche parole, solo “poche” particelle manifestano una forza derivante dall’energia del vuoto. La situazione è ben diversa all’esterno delle piastre, dove qualsiasi particella è possibile. La forza esterna è quindi maggiore di quella interna e la teoria si aspetta che le due piastre tendano a unirsi tra loro. In altre parole, la spinta verso l’esterno è minore della spinta verso l’interno. Alla fine degli anni ’90 si ottenne finalmente una verifica sperimentale dell’effetto proposto teoricamente da Casimir nel 1948. La Fig. … mostra in modo molto semplicistico l’effetto. Le forze all’interno sono minori di quelle esterne e quindi le piastre devono avvicinarsi. Facile a dirsi, ma molto difficile a provarsi…
Tenterò una specie di riassunto di quanto detto e aggiungerò qualche “ovvia” deduzioni successiva. Scusate la ripetizione, ma sapete già che la giudico sempre utile per riassumere le idee e magari chiarire qualche angolo buio. Prendetelo per quello che è: una rozza e semplificata esposizione…
Nel pre-Universo, ossia nel vuoto quantico, esistono continue fluttuazioni previste e dimostrate dl principio di Heisenberg. L’introduzione della teoria dei campi dimostra che possono realizzarsi delle rotture di simmetria e delle transizioni di fase, legate strettamente ai momenti in cui le forse fondamentali si disaccoppiano. Una di queste transizioni di fase utilizza l’energia negativa che si crea (come succede all’acqua che si trasforma in ghiaccio) per gonfiare in modo parossistico la fluttuazione corrispondente. E’ probabilmente relativa al momento in cui la forza nucleare forte abbandona le amiche e dà il via alla creazione della materia che ben conosciamo. Ovviamente, all’interno della bolla che si gonfia rapidamente in un tempo infinitesimo, la temperatura comincia a scendere e poi tutto continua secondo le regole dettate dalla normale teoria del Big bang. Ormai è passato un tempo più che sufficiente, ben 10-32 secondi e siamo nel mondo della fisica macroscopica governata da tre forze fondamentali(l’ultima, la forza debole se ne andrà per la sua strada solo dopo 10-10 sec o giù di lì). Si possono creare i protoni, i nuclei, gli atomi, le stelle e le galassie… un gioco da bambini!
Quante fluttuazioni ci sono state? Una sola? Difficile… ma importa veramente molto saperlo? Le altre fluttuazioni hanno creato universi inosservabili per definizione, essendo separati dalla nostra bolla. Ognuno di essi può avere caratteristiche diverse, costanti diverse e disomogeneità diverse. Cosa separa una bolla dall’altra? Il mare di Dirac, il vuoto non-vuoto, il pre-universo? Probabilmente sì, ma non potremo saperlo mai essendo fuori dal nostro orizzonte. Non solo però. Le cose sono molto più complicate. Anche lo spazio-tempo “nostro” è facilmente diverso dagli altri e questo complica ancora di più qualsiasi connessione. Ci si potrebbe affidare ai buchi bianchi? Teoricamente sì, sotto certe condizioni matematiche. Ma qui le cose diventano sempre meno scientifiche e, secondo me, è meglio fermarsi fino a che la MQ non tiri fuori qualche altra carta vincente, illogica, inaspettata e quindi risolutiva…
In un certo senso potremmo dire che il nostro Universo (come anche gli eventuali altri) non è contenuto all’interno del vuoto quantico, ma è scritto su di lui. In altre parole, è solo uno dei tanti modi di leggerlo…
Questa specie di sunto, mi stimola a fare un’ulteriore considerazione sulla quale vi prego di riflettere profondamente, dato che apre modi di pensare forse del tutto nuovi. Ancora una volta si basa sulla MQ… ovviamente! Lasciatemelo chiamare principio antropico quantistico.
Mi riferisco al fatto che esiste l’Universo. Mi spiego meglio: potrebbe anche non esistere e invece esiste. Perché? Sembra una domanda senza logica o troppo impegnativa. La risposta, però, ce la regala la MQ in un piatto d’argento. Il vuoto quantico segue una legge che abbiamo imparato a conoscere assaggiando la MQ: tutto ciò che può accadere, sicuramente accade! In altre parole, nella MQ se qualcosa ha la pur minima possibilità di verificarsi, sicuramente lo fa. Pensiamo, ad esempio, all’effetto tunnel e cose del genere. Basta avere il tempo e il tempo non manca al vuoto quantico… anzi, in un certo senso, non esiste.
Estrapolando questa semplice considerazione, si può dire che la possibilità che nasca almeno un Universo dal vuoto quantico esiste dato che la teoria della MQ ce lo assicura. Ne segue, quindi, che l’Universo deve esistere. E noi ne abbiamo la prova, vivendoci dentro. Un principio antropico molto speciale, frutto di una banale e “logica” applicazione della MQ. Ricapitolando: l’Universo esiste certamente perché può esistere.
Fermiamoci qui e cerchiamo di non voler viaggiare troppo con la fantasia. In fondo, in fondo, potremmo benissimo accontentarci di capire cosa è successo a partire da 10-32 sec dopo l’inizio (o qualcosa del genere) e conoscere tutto ciò che ci offre il nostro piccolo ma non trascurabile orizzonte. Siamo già stati fortunati… dato che non saremmo ancora nati se nessun commensale avesse ancora scelto il suo bicchiere.
Per riassumere tutto in una sola frase: la MQ e i suoi principi dimostrano che dal vuoto quantico si può creare una fluttuazione di energia tale da una bolla contenente tutta la massa-energia del nostro Universo. Tuttavia, essa dovrebbe sparire immediatamente e tutto collasserebbe nuovamente nel … vuoto. A questo punto, però, una rottura di simmetria (che può avvenire e quindi avviene sicuramente) può dar luogo, attraverso o a causa della separazione delle forze, a un transizione di fase che permette alla bolla di essere ingigantita dall’energia negativa, mentre quella positiva dà il via alla materia.
Semplicissimo… non vi pare?
36 commenti
Caro Enzo, oggi, che è anche il mio compleanno, ho deciso di regalarmi la lettura del tuo articolo e lo stò facendo più volte. Sappi comunque che non sei assolutamente difficile e tanto meno noioso. Vediasmo dove si arriva e poi , come ho spesso detto, a mio parere la MQ ci vuole eccome e va' esplorata a fondo.
Tanti Auguri amico!!!!!!
Auguri Mario!
Grazie per il bellissimo articolo Enzo.
)?
E' sicuramente un argomento affascinante e stimola molte riflessioni sui diversi attori che hanno recitato in questa frenetica ouverture dell'universo.
La cosa piú affascinante per me é impostare la riflessione su questi avvenimenti adottando il punto di vista dei concetti che ultimamente mi intrigano di piú : Il movimento in ogni suo aspetto, la determinazione del "confine" degli oggetti e le leggi di conservazione.
La domanda che voglio porre é questa : Possiamo considerare come "confine" di un oggetto il punto in cui il movimento dei suoi "componenti" smette di essere una sorta di "sistema coerente"(un campo in cui il moto é ordinato in un certo modo insomma
E, nel caso questa non fosse una tremenda idiozia (:mrgreen:) , nel contesto dei primi momenti dell'universo, mi viene da chiedermi quando e come si é passati da un singolo sistema a diversi sistemi e quali siano le conseguenze di questo, considerando appunto i meccanismi delle leggi di conservazione.
Chiedo scusa fin da ora se magari ho scritto idiozie, ma questo punto di vista é quello che ultimamente mi sta conivolgendo di piú
Grazie!
mamma mia
.... non ce la posso fare. da leggere almeno una decina di volte.
ci sentiamo più avanti
caro Andrea,
più che risponderti... posso commentare
"Possiamo considerare come “confine” di un oggetto il punto in cui il movimento dei suoi “componenti” smette di essere una sorta di “sistema coerente”(un campo in cui il moto é ordinato in un certo modo)"
Beh ... che dirti, può essere sicuramente uno dei tanti modi possibili, anche se il movimento può trasmettersi anche ad altri oggetti . Vedi ad esempio, il moto orbitale e il caso in cui la rivoluzione sia sincrona con la rotazione del corpo principale. Io sarei più propenso a parlare di massa o densità. Ad esempio, quando la densità cambia di un certo numero di ordini di grandezza. Facciamo il caso di una stella e di una galassia. La stella è sicuramente un oggetto a sé stante, ma fa anche parte di una galassia, che ha un suo confine, magari aleatorio, ma sicuramente reale.
Se andiamo nella MQ le cose si complicano ancora di più... l'elettrone, o i suoi amici, sono "oggetti"? Hanno un movimento che li contraddistingue (anche se composti da un solo componente), ma sono assimilabili con un'onda. L'onda è un oggetto?
Insomma, non so... ma una definizione precisa non è cosa banale e forse il movimento non è la scelta migliore. Ci penso su....
Capisco meno cosa intendi per "passare da un sistema a tanti sistemi". Se intendi la nascita di un Universo da un qualcosa che può considerarsi già universo... beh... direi che è qualcosa di simile alla nascita di una creatura da un'altra... una fluttuazione porta a una transizione di fase e la bolla vive in modo autosufficiente... seguendo regole anche diverse. Per la conservazione dell'energia nessun problema, come detto chiaramente nell'articolo. Ti chiederei di spiegarti meglio...
Scusami Enzo, intendevo il passaggio dallo stato di particelle "libere" a quello di strutture organizzate (atomi, molecole, stelle, galassie etc..) e come sia cambiato il "movimento" dei componenti fondamentali come conseguenza di questo cambiamento........Maledetta fretta
Grazie per il commento e per la pazienza.
figurati Andrea...
direi che la risposta sta nella separazione delle interazioni fondamentali. Nel mare ognuna poteva vivere libera sotto un'unica forza. Le separazioni e i cambiamenti di fase hanno dato il via alle forze di coesione della materia... l'inflazione ne sa qualcosa... Sai, i movimenti sono in fondo dominati soltanto (su distanze non microscopiche) dalla gravità. Quelli microscopici dalle altre forze come la nucleare forte e la stessa elettromagnetica. Prima di allora, forse non esisteva nemmeno il movimento come lo intendiamo noi, ma vai a immaginare un mondo con un'unica forza...
I miei più sinceri complimenti per questo bellissimo articolo, Enzo.
Ancora una volta sei riuscito, con il tuo metodo didattico ed i tuoi esempi, nella "riduzione a termini fondamentali" di concetti che sono sempre stati, almeno per il sottoscritto, difficilmente digeribili. (sono di natura ottimista)
Rileggere questo articolo senza venirne disorientato, grazie al fatto di vedere affiorare nella mente concetti che abbiamo trattato e compreso in questo blog, almeno per me è stata una fonte di immenso piacere e soddisfazione.
Ancora una volta Grazie.
Chiaramente lo stimolo è grande e nella mente si profilano domande...
Questa descrizione su come possano essersi succeduti gli eventi dai primi attimi dopo la rottura della simmetria, in quella schiuma quantica già ipotizzata da weeler, generando la transizione di fase che noi percepiamo come inflazione cosmica, è veramente affascinante.
Questo mi porta a riflettere nuovamente sulla misura discreta di spazio e tempo, ho letto qualche tempo fa il lavoro di J.D.Bekensein sulla possibilità di rilevarlo.
Qui il link in merito.
http://astronomicamens.wordpress.com/2012/12/07/la-struttura-a-forma-di-schiuma-dello-spaziotempo-quantistico/
Il mio dubbio più grande a questo punto è sul fattore T, che non solo percepiamo con freccia positiva ma anche continuo e costante. E se fosse il tempo a rallentare, ossia la durata di ogni singolo secondo si fosse dilatata dal BB ad oggi?
In questo caso, i famosi oggetti al capo opposto dell' universo si sarebbero potuti scambiare le informazioni, esistendo in un Universo giovane nel quale il tempo scorreva molto più velocemente. Forse la dilatazione dello spazio-tempo non ha coinvolto solo le dimensioni spaziali, ma anche temporali "allungando" ogni singolo secondo.
Chiaramente lungi da me voler apparire il novello Picasso, sicuramente i fisici si saranno fatte le stesse domande un secolo fa o quasi! Probabilmente sono ancora abbastanza ignorante.
Collegandomi alla domanda di Andrea, a mio parere definire il confine netto degli oggetti, che essi siano atomi o stelle, è difficilmente definibile in quanto legato all'approssimazione matematica delle forze in questione e al sistema di riferimento adottato.
Ad asempio raggi cosmici generati dalle supernovae, dopo avere percorso spazi immensi, arrivano sino a noi e pare che influenzino il clima facendo addensare le nubi.
Poi probabilmente noi esseri umani percepiamo la "realtà"in maniera incompleta, ed il fenomeno dell'entanglement sta lì a suggerircelo, a dirci che ogni parte è collegata col tutto.
E allora dov'è il confine vero ed invalicabile?
caro Luciano,
innanzitutto grazie per le belle parole e -soprattutto- per aver detto che quanto ho scritto fino ad ora è servito ad avvicinarsi a un problema veramente ostico come l'inflazione e non solo. Questa tua considerazione mi aiuta a credere che quanto fatto sia servito a fare germogliare un po' di fiori. Quale migliore soddisfazione?
Veniamo al tempo. Io la vedo in modo forse un po' semplicistico, ma che mi sembra plausibile nel contesto appena descritto. Il tempo nasce solo quando nasce l'entropia. Esso è la freccia che l'entropia sta seguendo. Verso di entropia vuol dire nascita di fenomeni irreversibili e quindi mondo macroscopico. Prima, che bisogno c'era del tempo? Tutto era simmetria e ordine, entropia uguale a zero. Né spazio (o almeno uno spazio diverso dominato da un'unica forza), né tempo. Il tempo nasce e muore durante le fluttuazioni. Nasce in modo continuo quando la fluttuazione crea una rottura, una transizione di fase e la creazione della materia. Nascono le forze e tutto deve essere guidato verso un'unica direzione. Non per niente, dentro i buchi neri il tempo perde nuovamente il suo significato.
Riguardo all'articolo, permettimi di avere qualche dubbio. L'esistenza dei mini buchi neri, bilanciati dai buchi bianchi è un modo di descrivere il pre-Universo ed è più che plausibile. Tuttavia, con la nascita dell'Universo terra-terra, ossia il nostro, i mini buchi neri che rimangono in vita, come fluttuazioni, disomogeneità della materia superdensa, devono annullarsi in tempi rapidissimi. Così almeno dicono le teorie più avanzate. E poi, fosse così semplice assistere a un movimento pari alla lunghezza di Planck... mah... comunque in questo campo, mai dire mai...
Concordo in pieno sulla visione delle interazioni su qualsiasi scala. Il movimento e -se permetti- la probabilità di essere in un certo punto in un certo tempo dà poco valore a limiti basati su di esso... Dove finisce un buco nero? non certo con l'orizzonte degli eventi, dato che lo spazio tempo è deformato al suo esterno. Dove finisce la gravità? all'infinito, dato che sola là si raggiunge energia potenziale uguale a zero... (rispetto a un'unica massa... figuriamoci con infinite masse...). Accetterei la constatazione che l'Universo deve essere considerato come un unico oggetto che, al suo interno, ha particelle di ogni grandezza in continuo movimento. per definire oggetto a livello "umano", direi che è meglio basarsi sulle forse di coesione o su qualcosa di più "materiale".
Ciao Enzo, l'articolo è bellissimo ed è spiegato molto chiaramente e mi sorge spontanea una considerazione:
è praticamente impossibile che questi altri universi bolla possano essersi sviluppati come il nostro dato che le variabili in gioco sono così delicate e imprevedibili. Sarebbe più facile vincere alla lotteria...
Caro Enzo, che bella descrizione e quante belle riflessioni!
Lasciami perdere un attimo in alcune considerazioni: l'entropia è disordine e caos, e questi dipendono dalle probabilità e dal numero.
Per capirci: maggiore è il numero delle cose che esistono, maggiori saranno le combinazioni possibili.
Le leggi fisiche, poi, guidano le probabilità delle combinazioni: alcune più probabili, altre meno. Ma dai tempo al tempo e ogni combinazione possibile si verificherà, prima o poi.
Non ci vedi un bel legame con la MQ? Che siano due diverse facce della stessa moneta?
Il pre-universo, allora, era sì ordinato: massa zero, energia zero, ma anche nessun tipo di particella. Quindi, nessun numero e nessuna probabilità, e ancora niente disordine e niente caos.
Ma anche niente tempo? Ho letto di alcuni esperimenti che sembrano indicare che il tempo sia una proprietà emergente (vedi QUI https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/d5d3dc850933). Come si può percepire il tempo senza cambiamenti percepibili? Come puoi farlo senza interazioni e numero (particelle in relazione tra loro)?
Ecco, allora, che le fluttuazioni quantistiche generano numero, probabilità, caos e tempo. Nasce l'universo!
Scusa, forse ho fatto troppi castelli in aria....
Però permettimi: alla tavola che hai imbandito, nessuno sa quale bicchiere scegliere prima che qualcuno non faccia la prima scelta. La rottura di simmetria è la scelta.
Ma chi l'ha fatta, questa scelta? (Una scelta presuppone un atto di volontà, e una volontà un QUALCUNO che la esercita... )
Piccola provocazione.... Perdonami!
Naturalmente il bicchiere pieno
ma allora la rottura della simmetria si è avuta riempiendo il bicchiere...
Ti dirò che faccio un po' di fatica, io sono nato chimico, con il motto nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma. Provo a scrivere cosa ho capito insieme agli innumerevoli dubbi...
Posso accettare la fluttuazione quantistica da cui sarebbe nato l'intero Universo, ma a quel punto con tutta l'energia necessaria alla sua sopravvivenza che per noi è positiva; non voglio sapere che fine a fatto l'equivalente energia negativa se no impazzirei!
dopo di che è avvenuta la trasformazione di fase con relativa inflazione, materia ed antimateria che si annichiliscono, solo una manciata di quark sopravvivono per formare elettroni, protoni ed una manciata di neutroni in un mare di raggi gamma e neutrini di tutti i colori. Il resto è storia...
Certo che la genesi di Francesco Guccini la faceva molto più facile
Ciao Enzo!
in primo luogo grazie per il bellissimo articolo che tratta molti argomenti che mi stanno particolarmente a cuore.
Alcune considerazioni:
1) ho capito il discorso sull'energia negativa e contraria a quella gravitazionale, però se la intendiamo come una costante cosmologica, quella che dà la propulsione continua all'espansione, non dovremmo chiamarla energia positiva?
2) entropia e freccia del tempo: che il secondo principio della termodinamica sia verificato è un dato di fatto, l'entropia in un sistema isolato tende a crescere o a rimanere costante. Dalle condizioni di bassa entropia dell'Universo primordiale nasce la freccia del tempo, dal passato si va verso il futuro: da un uovo posso ottenere una frittata, brucio la benzina e ottengo il gas di scarico, ma non il viceversa, ecc... sono tutti processi irreversibili. Il problema principale è capire perché l'entropia iniziale fosse così bassa, visto che sarebbe stato immensamente più probabile trovarci in un spazio vuoto di massima entropia. Da quello che ho potuto leggere finché non ne saperemo di più sulla gravità quantistica sarà difficile dare una risposta, anche se alcune teorie (predizioni) sul multiverso sembrano plausibili.
cari amici,
tutti ottimi commenti che cerco di ... commentare (ma non certo risolvere)...
ok con Georgia e -aggiungerei- impossibili, secondo me, da fare interagire.
caro Red, si arriva al solito, vecchio problema. La teoria dei campi ammette che possa nascere una rottura di simmetria in una situazione del genere. Potrei risponderti con il mio principio antropico quantistico. se la MQ ammette che possa verificarsi una rottura di simmetria, essa DEVE prima o poi avvenire....
caro Beppe, l'energia negativa è quella che ha permesso l'inflazione, ossia è riuscita a portare gli "oggetti" (o meglio lo spazio-tempo) a distanze enormi in tempi rapidissimi, contrastando la gravità.
caro SMA, l'energia necessaria per espandere qualcosa, ossia per allontanare andando in verso opposto al collasso, è energia negativa. Se vuoi allontanarti da qualcosa hai bisogno di energia che cresca, ma l'energia potenziale è negativa e quindi devo usare energia negativa. Negativa vuol dire che va in verso opposto alla forza...
L'ordine iniziale? Mah... come vuoi chiamare qualcosa in cui regna la completa simmetria e dove ogni tentativo di increspatura viene immediatamente cancellato in un "tempo" inferiore a quello di Planck? Fino a che, però, capita ciò che può capitare e che quindi deve capitare. Il Paradiso è finito e si entra nel mondo reale con tutte le sue miserie come un'entropia che continua a crescere...
Grazie ragazzi per i commenti sempre precisi, ragionati e stimolanti... a cui non posso certo rispondere in maniera esauriente (altrimenti sarei una particella-onda con tutte le mie scelte davanti...).
Quindi la costante cosmologica (o energia del vuoto), volendo essere rigorosi, andrebbe chiamata "negativa" anziché "positiva" ?
direi proprio di sì...
Grazie Enzo per il fenomenale articolo, questa sarà sicuramente la tua serie più "estrema", la considero un regalo personale
Avrei mille domande, ma mi rendo conto che quando si parla di inflazione, e dunque si tocca il tema dell'origine dell'universo, si fa fatica a separare la scienza "assodata" dalla scienza speculativa e, come tu ben dicevi, l'inflazione non si può sperimentare in laboratorio (per ora). Risposte complete dovranno aspettare la agognata GUT che finalmente ci spieghi per filo e per segno com'è andata e come funziona il mondo.
Mi limito allora ad alcune domande specifiche e - spero - di rapida risposta:
1) l'universo parte ad energia zero, l'energia negativa diventa "espansione" quella positiva diventa "massa". Ma allora, così non si spiega anche il problema del predominio della materia sull'antimateria?
2) la "fluttuazione" iniziale che avvia l'espansione: grazie al cielo è stata sufficientemente 'ampia' da creare un universo abbastanza grande per noi? Potrebbero esistere degli "universini" nati da fluttuazioni più contenute? Oppure da una fluttuazione, per quanto piccola, si crea un effetto valanga che la amplifica sempre di più?
3) questo "vuoto quantico" in cui si è verificata la "fluttuazione iniziale": ma non ci insegnate che l'universo crea da sé il suo proprio spazio man mano che si espande - la famosa analogia del palloncino? Oltre l'universo non esiste il nulla - né spazio, né tempo? Ok per il mare di Dirac, effetto Casimir, ma... che vuoto quantico può esistere nel nulla, se nel nulla non c'è spazio? E' un "nulla quantico"? Scusami, questo è uno dei miei dubbi più atroci.
4) tutta la massa dell'universo dentro un'arancia: non è un buco nero (forse qualcuno ha già sollevato il tema). E se sì, come può un buco nero espandersi?
4b) tutta la massa dell'universo dentro un'arancia: mi pare chiaro che a questo stadio la materia come la conosciamo non potrebbe in nessun caso starci... cosa c'era dunque dentro quest'arancia?
Thx!
(scusa, forse serve più una T.O.E. che una G.U.T.)
bravo Mik... io ti faccio un regalo e tu mi investi di domande!!!
Sto ovviamente scherzando
e spero di risponderti adeguatamente...
1) no, sono due cose diverse. Qui si parla di una rottura di simmetria che comporta la creazione di un "grumo" in cui si forma energia negativa e positiva e non di creazione di particella e antiparticella.
2) non è tanto la fluttuazione in sé (ce ne sono tante) ma la rottura di simmetria che porta alla transizione di fase ed è questa che scatena l'inflazione. Tuttavia, nessuno può sapere cosa potrebbe succedere. Noi possiamo solo verificare la "nostra" inflazione.
3) il vuoto quantico non è il nulla. Tu hai comunque ragione. Spesso si indica come nulla, il vuoto quantico, ma non è vero. Tutto l'universo è vuoto quantico, dove nascono sotto-universi o, ancora meglio, dove si possono scrivere universi in cui si è rotta la simmetria e si è creata una bolla spazio-temporale. Il vero nulla è ciò che sta "fuori" dal vuoto. Ma, dato che è nulla, non ci possono essere confini stabiliti. L'universo, che sia vuoto o no, resta sempre il tutto...
4) No, non è un buco nero (ha pochissima massa). E' una bolla di energia, sia positiva che negativa in modo da non rompere la conservazione. Le due energie lavorano proprio per costruire materia e per escludere il collasso verso un buco nero. Al limite, se ne possono formare localmente di molto piccoli (disomogeneità, comunque...).
Dovrei anche aver risposto alla 4a)...
Spero che ti siano servite, almeno un poco... per adesso...
l'ho letto tre volte,qualcosa ho capito....comunque enzo dici:
’l'energia negativa è quella che ha permesso l’inflazione, ossia è riuscita a portare gli “oggetti” (o meglio lo spazio-tempo) a distanze enormi in tempi rapidissimi, contrastando la gravità"
"mentre quella positiva dà il via alla materia".
questa energia negativa è la stessa che fa espandere l'universo anche ora,no? se si è creata la materia con un valore finito,e tale rimarra per sempre,(non vi è immissione di nuova materia nell'universo) anche l'energia negativa dovrebbe per forza di cosa avere un valore finito e preciso o non necessariamente?
bella la definizione di principio antropico quantistico,comunque rimane sempre il fatto di definirlo forte o debole....immagino che tu sia per quest'ultimo no?comunque vabbè non portiamo l'argomento su terreni metafisici
Riallacciandomi alla domanda di davide1334 provo a dire la mia: lo spazio è permeato da campi, quando un campo vibra dà origine alle particelle, ma esistono anche campi che non vibrano, ossia hanno un valore costante nello spazio e nel tempo (pur nella indeterminazione quantistica). I campi, come tutti i sistemi fisici, tendono ad andare verso il livello minimo di energia. Quindi immaginiamo il campo "inflatone" che si trova in cima ad una discesa, (quindi in uno stato di "falso vuoto") scendere a valle, liberando energia (una sorta di super-energia oscura) che crea materia e radiazione. Una volta raggiunto il minimo, abbiamo la transizione di fase, il campo ha cambiato le sue proprietà e la super-energia oscura si è trasformata nell'energia oscura che oggi "conosciamo" e che è responsabile dell'espansione dell'Universo ed eterna inflazione. Quindi direi che l'energia (il campo) è la stessa, ma con un valore diverso.
cari amici,
direi che non ho problemi ad andare veramente in pensione completa: SMA mi batte su tutta la linea ed è stato bravissimo a condensare la situazione. Ho, invece, qualche dubbio che la supposta energia oscura di adesso sia un residuo di quella inflazionistica. Quando termina una transizione di fase, l'energia si libera e non dovrebbe restare a lungo. Se l'accelerazione fosse vera forse siamo davanti a una nuova transizione di fase. Comunque, le teorie sono tante e anche l'inflazione continua ha la sua validità...
Comunque, bravissimo SMA!
caro Davide,
io lo definirei principio FORTE, ma anche DEBOLISSIMO, a seconda di come si vuole interpretare. L'Universo esiste in quanto può esistere. La possibilità, che nel nostro modo di vedere passa la "palla" a una decisione superiore o cose del genere, diventa invece un obbligo a creare. possibilità=realtà. Non vi è una decisione, uno schema, un disegno,ma una sicurezza derivante solo dalle possibilità. Diventa forte, in quanto tutto è scritto, contemporaneamente, dato che noi ci siamo. Ed è logico che sia così... In fondo, l'esistenza di un Dio che ha dato il via a una rottura di simmetria, diventa quasi un di più, una forzatura. Ci sarebbe stata comunque. Dovremmo dare a Dio (per chi giustamente ci crede) solo l'inserimento nella MQ dei sentimenti umani o -se volete- l'anima. A meno che l'esistenza di un Dio non faccia parte delle possibilità e allora deve esistere anche Lui.
Va beh, va beh... torniamo alla Scienza...
Grazie mille Enzo!
Però non pensare nemmeno per scherzo alla pensione, ci ritroveremo sperduti nel bosco dell'astronomia senza la nostra bussola e senza la nostra preziosa guida. Purtroppo ti toccherà lavorare ancora per molti anni!
Caro Enzo prima di tutto grazie infinite per l’articolo.
Sto cercando disperatamente di capirne più che posso ma è comunque dura.
Comunque ringrazio subito perché sono bastate poche righe per capire un errore che facevo sempre:
quando leggevo che l’universo era nato da una fluttuazione quantistica pensavo che fosse una definizione errata nata dal tentativo di spiegare a noi comuni mortali cose eccessivamente complicate.
Infatti mi chiedevo come faceva a nascere una fluttuazione quantistica (che risponde alle regole della MQ) nel nulla ante big bang (inteso come non esistente) dove appunto, non esisteva nulla, tanto meno la MQ.
Con il mare di dirac invece ho scoperto che oggi si ritiene che esisteva un qualcosa, anche se era un particolarissimo vuoto quantico.
Certo non mi entusiasma come idea perché a questo punto anche se un giorno, con sforzi enormi, riuscissimo a spiegare il big bang ci rimarrebbe ancora da spiegare come e perché esisteva questo mare di dirac al posto del nulla (non esistente)!
Per il resto però sto cercando, anche via internet, di approfondire degli argomenti che pensavo di aver digerito dopo le lezioni di MQ e invece come al solito…
Tanto per fare un velocissimo ripasso, ma queste definizioni che riporto in calce secondo te sono corrette?
STATO QUANTICO
Lo stato quantico è descritto dalla funzione d’onda che è a sua volta è definita in un particolare sistema vettoriale che porta in se tutte le informazioni di una particella (o di un sistema).
Rientrando nel campo della meccanica quantistica, la funzione d’onda è però anche l’insieme degli stati probabilistici in cui si può trovare tale particella o sistema (e che poi collassano in un unico stato definito al momento di una eventuale osservazione)
FLUTTUAZIONE QUANTISTICA
Sono mutamenti temporanei di energia dello spazio vuoto quantistico,
L'indeterminazione quantistica permette l'apparizione dal nulla di piccole quantità di energia, sempre a condizione che esse scompaiano in un tempo molto breve.
A volte possono determinare la nascita di particelle e antiparticelle, nel caso del pre big bang ovviamente no ed erano solo variazioni di energia.
In caso affermativo mi viene una domanda: Ma come fa una fluttuazione quantistica a variare lo stato quantico di un sistema che per definizione dovrebbe portare già in se tutti gli stati in cui si può trovare il sistema stesso?
Si è mica creato una specie di collasso della funzione d'onda?
Ho cercato di esser chiaro ma non so se sono riuscito ad esprimere correttamente cosa volevo dire, è un po’ dura nella pausa pranzo…
Caro Alexander,
dobbiamo ricordarci sempre che alla base della MQ c’è il principio di Heisenberg. Esso dice, come sappiamo bene, che tutte le quantità misurabili possono subire fluttuazioni del loro valore. Questo fa parte proprio della visione probabilistica e non causale del vuoto non-vuoto. Nessun problema quindi che appaia un pacchetto d’energia immediatamente annullato da una quantità contraria. Analogamente vi può essere una rottura di simmetria che porta a una decisiva transizione di fase, dove ogni fluttuazione viene ingigantita dando origine all’Universo. In fondo, la “mia” visione antropica dice proprio questo: la teoria quantistica e il principio di Heisenberg dicono proprio che se qualcosa può accadere prima o poi accade. Questo vale per ogni fluttuazione e per ogni rottura di simmetria. Ovviamente, i tempi di durata delle fluttuazioni devono essere all’interno del tempo di Planck per non causare problemi alla conservazione. Tutto ciò finché un campo non produca una transizione di fase, dove l’energia prodotta (bilanciata da una sorella gemella) faccia nascere la bolla irreversibile (nasce anche l’entropia e il tempo come lo pensiamo noi).
Non è facile dare una sequenza dei tempi, quando il tempo non esiste e quindi non possiamo nemmeno dire che il vuoto-non vuoto esisteva prima dell’origine dell’Universo, perché in tal modo definiremmo il tempo. Scusa lo scioglilingua, ma bisogna entrare all’interno del tempo di Planck e pensare a qualcosa che non ha una durata infinita, ma soltanto che non ha durata. Questo è in fondo quello che chiamo pre-universo… dove, però, regna sovrano il principio di Heisenberg. Nulla si crea e nulla si distrugge anche lì … Se invece si rompe qualcosa, vuol dire che siamo entrati nel tempo e siamo trascinati dalla freccia dell’entropia crescente. Ricorda, infatti, che i fenomeni della MQ nel microcosmo non hanno verso e sono tutti reversibili (proprio per mancanza di tempo). In questo contesto non è difficile (?!) vedere uno stato quantico in cui il principio di Heisenberg dà vita a fluttuazioni.
Magari torneremo prima o poi sopra questo problema. Tuttavia, bisogna prendere ancora più dimestichezza con la MQ e con quello che veramente descrive. Proprio per questo sto dedicandomi alla elettrodinamica quantistica, seguendo il modello dei modelli (Feynman), proprio quella che spiega tutto ciò che esiste nel mondo della forza unificata elettromagnetica, base di ogni processo esterno al nucleo, con la sola esclusione della gravità (almeno per adesso). La luce assume il suo vero ruolo e tutto diventa facile (facendo un po’ di fatica) e la MQ assume in pieno il ruolo che solitamente rimane un po’ lacunoso. Ce la metto tutta, ma ci vorrà pazienza e poi torneremo al vuoto-non vuoto. Facciamoci guidare da una particella senza massa che è propria la migliore guida possibile per il mondo di Alice.
Su irreversibilità e fluttuazioni ho trovato questo articolo di Feynman, da leggere assolutamente
http://blogs.discovermagazine.com/cosmicvariance/2008/12/29/richard-feynman-on-boltzmann-brains/#.U76WmZR_suc
grazie enzo e grazie sma per le risposte.
comunque rimane un fatto: che sia con una rottura di simmetria e successiva transizione di fase,noi il nostro universo(materia e energia) lo abbiamo "sottratto" da qualche parte,e se si presuppone che nulla si crea e nulla si distrugge, questo dovrebbe valere anche nel preuniverso o come lo vogliamo chiamare. con il big bang un secchio di acqua del mare di dirac ce lo siamo preso noi,no?
Grande Feynman! Hai pienamente ragione GMA
Mi convinco sempre più che sia doveroso parlare di elettrodinamica quantistica, il capolavoro di Feynman!
caro Davide,
ma noi siamo sempre parte del mare! Siamo scritti su di lui, non ce ne siamo staccati...
Se la teoria dell'inflazione è corretta direi che tutto può essere creato dal nulla
Purtroppo in questi giorno sono presissimo e solo ora riesco a fare un altro piccolo intervento.
Ho notato che hai fatto molta attenzione a chiarire subito che il mare di dirac è diverso dall'etere però io sono caduto lo stesso in tentazione...
Fermo restando che il mare di dirac è al di la della mia comprensione ma che sicuramente non è un qualcosa di fisico, dovrebbe pur sempre essere un particolare campo, e quindi un particolare stato energetico di un sistema all'interno del quale si è sviluppata la mia bolla di universo.
Allora perchè non è stato preso come sistema di riferimento privilegiato?
Perchè al di fuori della nostra bolla?
In tal caso però un essere iperdimensionale (congettura ovviamente solo di fantasia) potrebbe avere un sistema di riferimento privilegiato no?
caro Alex,
il mare di Dirac ha energia zero. La nostra bolla non è esterna, ma è interna, come già ho puntualizzato e come dici anche tu. Come si fa a prendere come sistema privilegiato qualcosa che non ha tempo e spazio secondo il nostro metro? O, forse, non ho capito cosa intendi dire per "sistema privilegiato". In qualche modo lo è... e in lui sono ammesse anche molte più dimensioni. Ma a noi interessa la nostra bolla con le sue dimensioni... e con il suo spazio-tempo.
Caro professore, lei si supera cosi spesso che il presente articolo non fa eccezione, ma si mantiene alla regola. É senz'altro l'argomento, talmente intenso ed affascinante, anche filosoficamente, che Le conferisce una qualità di divulgatore difficilmente eguagliabile. Anche perché chi insegna deve prima 'capire'...
La ringrazio.
Caro Alberto... mi fai arrossire!
Caro Enzo,
col mio ormai noto ritardo, ti faccio anch'io i più sinceri complimenti per questo splendido articolo che ho appena finito di leggere.
"MERAVIGLIOSO", questo è il termine più adatto a questo articolo, perché questa è l'emozione che ho provato mentre lo leggevo: MERAVIGLIA!
Unica nota: quando descrivi l'effetto Casimir, scrivi: [I]"Alla fine degli anni ’90 si ottenne finalmente una verifica sperimentale dell’effetto proposto teoricamente da Casimir nel 1948. La Fig. … mostra in modo molto semplicistico l’effetto. Le forze all’interno sono minori di quelle esterne e quindi le piastre devono avvicinarsi."[/I]
Probabilmente hai dimenticato d'inserire l'immagine, tuttavia l'ho trovata qui: http://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Casimir#mediaviewer/File:Effetto_Casimir.png
Un carissimo saluto
Alex.