Categorie: Galassie Stelle
Tags: campo magnetico effetto dinamo turbolenza vortici
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:18
I campi magnetici “snobbano” l’entropia? **
Questo articolo è stato inserito nella pagina d'archivio "Vortici e Turbolenze", che si trova sia nella sezione "Fisica Classica" che in "Forme ricorrenti nell'Universo"
Forse è stato scoperto il processo che riesce a formare i campi magnetici che si osservano in quasi tutte le strutture macroscopiche del Cosmo, come le stelle e le galassie. E’ un lavoro di unione e di partecipazione che sembra, però, andare contro l’entropia dell’Universo. Staremo a vedere…
Prendete una bella tazza di caffè e aggiungete una abbondante goccia di latte. Velocemente la goccia si frammenta in vari rivoli e si mescola con il caffè dando luogo a un caffè macchiato dal colore un po’ meno scuro. No, non voglio aprire un bar, ma solo dimostrare come funziona la freccia del tempo legata all’entropia dell’Universo.
E’ facile creare il caos, ossia disperdere e mischiare il latte con il caffè, ma è praticamente impossibile (a meno di non utilizzare energia dall’esterno) sperare che il latte torni ad aggregarsi nella goccia iniziale. La stessa cosa capita se date fuoco a una casa e poi vi fermate a vedere se un po’ alla volta mura, legno e materiale vario si ricompongano a formare la casa. La freccia del tempo ha una sola direzione (nel macrocosmo) e tutto segue la regola dettata dall’entropia che deve continuare ad aumentare, ossia a raggiungere il disordine completo.
No, non contradditemi subito… E’ vero che nascono creature non umane e umane e che tutto sono meno che un tentativo di andare verso il disordine (magari il cervello odierno sì…), ma esse si nutrono di energia esterna e velocemente tornano al miscuglio di particelle caotiche da cui erano nate.
Una cosa analoga succede per i tornado. Si formano perturbazioni atmosferiche di piccola entità che spesso riescono a unirsi tra loro per dar luogo a fenomeni ben più giganteschi e organizzati. Fanno di tutto per andare contro l’entropia, ma abbastanza rapidamente i vortici collassano e tutto torna al… disordine. Insomma, tutte le strutture macroscopiche dell’Universo sembrano seguire una regola abbastanza precisa, anche se con brevi tentativi di reazione che presto vengono annullati.
Tutte? Veramente ce n’è una che lotta impavida e riesce a restare organizzata per tempi lunghissimi, pari anche a miliardi di anni. Sto parlando del campo magnetico che si forma sia nelle stelle sia nelle gigantesche galassie. Ciò che si riesce a comprendere abbastanza bene è la formazione di piccoli disturbi magnetici quando un fluido ruota a grande velocità e si originano turbolenze particolari. E’ il cosiddetto effetto dinamo che crea e alimenta un campo magnetico in un fluido ionizzato. Spesso se ne parla come di un processo ben conosciuto e regolare ma, in realtà, come si origini un campo magnetico di grandi dimensioni rimane ancora abbastanza misterioso.
Se già è difficile capire come nascano i piccoli disturbi locali è ancora più difficile capire come questi disturbi si uniscano fino a raggiungere dimensioni gigantesche e a organizzarsi in modo da durare per tempi lunghissimi. Ci si aspetterebbe un rapido collasso come capita per i tornado e invece la struttura si mantiene pimpante per tempi comparabili a quelli dell’Universo stesso.
Uno studio che utilizza sia simulazioni numeriche che approcci analitici sembra aver finalmente compreso come la faccenda possa funzionare. L’importante è che la velocità di rotazione dei disturbi locali che vengono a contatto sia diversa. Questa situazione porterebbe all’unione e alla persistenza. La ricerca è solo all’inizio e i passi da fare per simulare strutture veramente gigantesche sono ancora tanti. Tuttavia, la strada sembra quella buona e l’interesse per un processo che sembra ribellarsi all’entropia non è certo cosa da poco…
Lavoro originario QUI
18 commenti
Molto interessante sarà difficile creare un modello matematico che spieghi il comportamento del magnetismo nel macro cosmo in maniera univoca ma comunque ci si può avvicinare e darsi un'idea del perché l'universo è permeato da queste forze che appunto tendono ad unirsi ed a perseverare nel tempo...
Ho fatto una ricerca e riporto un'approfondimento su quanto già ha ben spiegato Enzo, poi mi fermo qua....
Il nostro universo è fortemente magnetizzato, ma nessuno sa esattamente perché. La teoria attuale è che le turbolenze cosmiche amplifichino "semi" di minuscoli campi magnetici fino a creare i potenti campi che oggi governano le galassie. Gli astrofisici stanno ancora lavorando per capire appieno questo processo, ma un recente esperimento di laboratorio in cui sono state simulate le collisioni galattiche potrebbero permettere una migliore comprensione delle misteriose origini del magnetismo cosmico.
Nel nostro universo la materia forma una ragnatela di ammassi di galassie densamente popolate e di filamenti di collegamento separati da vasti spazi vuoti, interrotti solo da qualche occasionale galassia "randagia".
Quando gli astronomi hanno iniziato a osservare i campi magnetici nello spazio, hanno notato qualcosa di strano: l'universo è magnetizzato. Gli scienziati si aspettavano di trovare questi campi magnetici nelle regioni attive, dove le correnti di plasma come quelle all'interno delle stelle possono generarli.
Ma a quanto pare anche i tratti cosmici più vuoti, dove gli scienziati si attendevano che potesse accadere ben poco, sono intessuti di magnetismo.
Poiché i campi magnetici cosmici sono fra i protagonisti principali del movimento e dell'evoluzione di stelle e galassie, gli scienziati sono molto interessati a capire come sono nati e come sono diventati così forti.
Gli astrofisici sospettano che il magnetismo intergalattico sia nato sotto forma di campi magnetici primordiali che sono fondamentalmente i campi magnetici "nonni" di tutti i campi magnetici che si trovano in giro.
Gli scienziati hanno ricreato da zero questi cosiddetti "semi" di campo magnetico con un processo chiamato "meccanismo a batteria
di Biermann". In sostanza, generando una fortissima onda d'urto, i ricercatori possono produrre i campi magnetici in laboratorio. Ma i loro "semi" sono circa un quadrilione di volte più deboli di quelli visti negli ammassi di galassie.
Per spiegare l'incredibile forza dei campi magnetici nello spazio, gli scienziati hanno ipotizzato che i semi di campi magnetici possano essere amplificati da turbolenze cosmiche.
Gli ammassi (cluster) di galassie, che sono strapieni di galassie che vomitano getti di materiale e che si schiantano l'una contro l'altra, sono ambienti piuttosto turbolenti. Quando il plasma che si trova in questi cluster si sposta, i campi magnetici associati a quel plasma dovrebbe torcersi e allungarsi. Una parte dell'energia cinetica delle particelle in movimento si trasforma in energia magnetica, aumentando i campi magnetici.
Per verificare questa teoria, gli astrofisici hanno voluto vedere se le turbolenze potevano amplificare i semi di campi magnetici in laboratorio.
In uno studio pubblicato il 22 giugno sui "Proceedings of the National Academy of Sciences", Meinecke e colleghi hanno tentato di replicare la fusione tra galassie usando nubi di plasma prodotte con laser, per poi osservare come la turbolenza risultante influisse sui campi magnetici del seme.
Per il loro esperimento, il gruppo di Meinecke ha usato il laser Vulcan del Rutherford Appleton Laboratory, in Inghilterra, uno dei più potenti laser del mondo.
Gli scienziati hanno collocato due sottili lamine di carbonio parallele a circa sei centimetri di distanza l'una dall'altra, in una camera riempita di gas, concentrando poi più fasci laser sulla superficie esterna di ciascun foglio. I laser hanno prodotto uno shock che ha attraversato ognuno dei fogli, generando un getto di plasma proiettato dalle superfici interne di entrambi i fogli. "Questi due getti si sono diretti uno verso l'altro per poi incontrarsi al centro", dice Meinecke. "Al momento della collisione, hanno creato una sorta di palla turbolenta che si è espansa, qualcosa di davvero bello da vedere."
Questa turbolenza ha aggrovigliato e amplificato i semi di campi magnetici che il gruppo di Meinecke aveva generato fra le due lamine, fornendo una prova sperimentale a sostegno dell'attuale teoria su i meccanismi che rendono così forti i campi magnetici cosmici.
Gli scienziati hanno anche effettuato una simulazione del loro esperimento con un modello al computer, che ha prodotto risultati simili, "Di fronte a queste cose a volte la persone dicono: 'È ridicolo, lo spazio è enorme rispetto al laboratorio, come può essere la stessa cosa?'", osserva Joseph Cross, astrofisico del laboratorio di Meinecke, che non ha partecipato alla ricerca.
"Ma sono davvero molti gli studi che dimostrano che le equazioni che determinano come avviene tutto questo possono essere formulate in un modo che non dipende dalla scala." Secondo Cross, il lavoro di Meinecke dimostra che, nonostante l'enorme differenza di dimensioni tra le fusioni di galassie del mondo reale e le collisioni di plasma del laboratorio, valgono gli stessi principi di amplificazione dei campi magnetici.
Andrii Neronov, astrofisico dell'Università di Ginevra non coinvolto nello studio, avverte però che un modello dell'amplificazione dei campi magnetici attraverso le turbolenze non coglie necessariamente tutte le sfumature dell'ambiente dei veri cluster di galassie.
Secondo Neronov, la creazione dei campi magnetici cosmologici è un processo a più stadi controllato da molti parametri fisici sconosciuti.
Eppure, dice Neronov, è rassicurante che il gruppo di Meinecke abbia dimostrato questa amplificazione turbolenta in un esperimento di laboratorio e con simulazioni: il risultato "dimostra che una particolare fase del processo funziona come previsto. In questo senso, è un passo importante verso la comprensione della generazione dei campi magnetici nei cluster".
Anche se i ricercatori possono replicare questi eventi giganteschi solo su piccolissima scala, si può imparare molto sul magnetismo che regge l'universo restando sulla Terra.
Ok... ma alle eventuali domande rispondi tu
Io ossignur!!!
Mi dispiace ma ho il PC che fa i capricci
Per secoli la protagonista dell'universo è stata la materia.Più leggo di fisica e più mi convinco che il vero deus ex machina sia l'universo,inteso come spazio.Sembra quasi un organismo vivente,con le stelle che fanno da cellule e i campi magnetici,tutori di strutture.Più leggo,più mi sento piccolo
e dispero che l'umanità riesca a venire a capo di questa infinita infinità e pensare che nel secolo scorso c'erano scienziati che pensavano che non c'era più niente da scoprire 
.Lo spazio si espande,mentre si muove,magari si contrae in un altro posto come da noi a livello locale si contorce camminando, come una scarpa.Attraverso la MQ sembra che spari le potenzialità e poi sia quella che noi crediamo è la realtà,a scegliere.Non è l'acqua a scegliere dove andare,ma le mille potenziali lacune a decidere.
L'entropia del campo magnetico è comunque legata alla vita dell'astro/galassia, quindi non mi sembra in disaccordo con la teoria di Boltzmann
"Deus ex machina" si incarna, si personifica nella gioia profonda che dà la contemplazione (scientificamente orientata) della natura e la conoscenza delle sue leggi ha in se l’ardente desiderio di conoscere "sia pure limitato a qualche debole raggio dello splendore rivelato dall’ordine mirabile dell’universo".
Esprime in se un sentimento profondo, ancorato ad una visione cosmica della natura: quello che anima la poesia di Lucrezio, di fronte alla visione dell’infinito e allo stesso tempo della mente dell’uomo che ne rivela i segreti o che anima i testi filosofici medioevali di ispirazione platonica, che leggono la natura come specchio, o Palazzo Reale, di Dio, in cui si esprime lo stesso impulso che ha dato vita alle cattedrali gotiche (si pensi alla metafisica della luce).
Si manifesta come la più bella sensazione è il lato misterioso della vita, come sentimento profondo che si ritrova anche nella culla dell’arte e della scienza pura....
Quindi chi non è più in grado di provare né stupore né sorpresa è per così dire morto, i suoi occhi sono spenti.
Chi invece ha occhi per il lato misterioso della vita e tenta di scoprire il mistero attraverso la mente: non si accontenta di nulla di meno che della verità, non sogna, non dà spazio ad antropomorfismi che soddisfano bisogni elementari.
Costruisce una "immagine del cosmo" con gli strumenti della pura ragione portando avanti la ricerca scientifica o con gli strumenti dell’arte che è figlia dello stesso impulso volto al superamento dell’io verso la contemplazione delle cose...
Gli atomi certo non si disposero in ordine
né per volere né per fisso disegno
né s’accordaron fra loro sui moti
che avrebbe ciascuno impresso al suo corso.
Ma in mille maniere da tempo infinito
muovendosi, gli atomi urtati da corpi
e spinti e portati dallo stesso loro peso,
in mille maniere si unirono
tentando, aggruppati, forme di vita.
In un certo senso Lucrezio ipotizzò 2000 anni prima (!) lo scenario proposto da Boltzmann, secondo cui la creazione del nostro universo (che ai tempi di Boltzmann coincideva con la nostra galassia) fu dovuta ad una fluttuazione casuale dell'entropia.
In un certo qual senso....
"se ogni moto è legato sempre ad altri e quello nuovo sorge dal moto precedente in ordine certo, se i germi primordiali con l'inclinarsi non determinano un qualche inizio di movimento che infranga le leggi del fato così che da tempo infinito causa non sussegua a causa, donde ha origine sulla terra per i viventi questo libero arbitrio, donde proviene, io dico, codesta volontà indipendente dai fati, in virtù della quale procediamo dove il piacere ci guida".
che bei commenti ragazzi! avanti così...
Oggi sull'Espresso: "Einstein,bello e impossibile".Articolo di Pietro Greco sull'aniversario della" teoria della relatività generale".
Non ho letto l'articolo, ma sono certa che se Pietro Grasso facesse una giratina in questo Circolo, il titolo diventerebbe "Einstein, bello e POSSIBILE"!!
Beh... Daniela, sulla Generale non ho ancora detto molto...
Lo so, ma non ho dubbi che sarà comprensibile...!
come sempre... troppo buona, cara Dani... per adesso penso agli integrali
A mio parere non c'è da meravigliarsi affatto del paventato contrasto campi magnetici ed entropia se, come piace più a me considerarla, questa rappresenta il livello di condivisione dell'energia. In tal caso il CM, che non è altro che un vortice auto indotto da particelle in moto interagenti con forze gravitazionali e/o elettriche, è una forma di conservazione dell'energia in una zona finita dello spazio.
Attenzione a considerare il CM come entità autonoma che esiste isolatamente. Esso è una entità derivata dovuta alla contemporanea presenza di almeno due corpi/cariche che interagiscono con un forza gravitazionale/elettrica mentre sono in moto con velocità aventi retta d'azione diversa da quella della forza.Le tre condizioni devono coesistere; baste che venga meno una di esse, il CM scompare.
Il CM non è dovuto solo agli ioni ed elettroni ma viene creato anche da corpi materiali che interagiscono gravitazionalmente. Stranamente i "meccanici", che pure sono stati tanto scrupolosi e pignoli nell'analisi della dinamica dei corpi materiali, si sono limitati, nello studio del moto rotazionale, alle relazioni causa/effetto del trascinamento in rotazione del punto materiale e della sua quantità di moto ed ignorando completamente che anche la forza centripeta viene trascinata in rotazione. La componente rotazionale della sua derivata temporale è il prodotto vettoriale omega x forza, opposta alla velocità, che genera rispetto al centro di rotazione la coppia rotante raggio x omega x forza resistente al trascinamento in rotazione della forza. Essa viene controbilanciata dalla coppia rotante velocità x forza che gli "elettrici" chiamano CM. Ciò spiega più che sufficientemente la presenza degli enormi CM galattici e intergalattici.
Un'ultimo accenno. Se consideriamo la galassia costituita da due soli anelli concentrici di raggio diverso ruotanti nello stesso verso osserviamo che l'anello esterno non attrae quello interno ma viene attratto da questo e crea la coppia rotante di trascinamento (CM) che provoca sui corpi dell'anello interno la forza di Lorentz diretta verso il centro. L'anello esterno è in equilibrio dinamico a causa della forza gravitazionale, quello interno a causa della forza magnetica. I due anelli sono in equilibrio dinamico senza che al centro vi sia alcuna massa. Non è necessario andare a caccia di streghe come il buco nero o materia oscura.
Che ne dite: sono un eretico?
la fai un po' troppo facile, Michele...
La fisica si basa sulla semplicità ma noi vogliamo complicarci la vita ad ogni costo!