Avrei voluto completare l’intero passaggio da Galileo a Lorentz, ma sarebbe stato abbastanza lungo, soprattutto se spiegato con dovizia di particolari e di esempi (magari ripetitivi). Dato che, inoltre, alcuni concetti “preparatori” devono essere compresi perfettamente, e non sono così banali come possono sembrare a prima vista, inizio con una specie di “antefatto”. Infine, un passo in avanti piccolo piccolo permette di rimettersi in linea con quanto scritto “molto” tempo fa. Chi va piano va sano e va lontano…
In tre (o quattro) articoli affrontiamo l’importantissimo argomento della radioattività. Benché sia ormai di dominio pubblico e venga associata normalmente a processi più o meno pericolosi per l’uomo, essa è una delle trasformazioni fondamentali che avvengono all’interno dei nuclei atomici e si attua attraverso diversi meccanismi. Iniziamo con quello, forse, più famoso. Ovviamente c’è sempre lo zampino della MQ, anche se sembra lavorare di nascosto. Perdonate se ho abbandonato, momentaneamente, la relatività speciale, ma vorrei veramente affrontarla con la massima chiarezza e lucidità. Accontentiamoci di qualcosa di più semplice, ma sempre di estremo interesse.
Iniziamo, lentamente, la descrizione e le varie conseguenze della relatività ristretta. Dopo un piccolo esame fatto a Newton e a Einstein, affrontiamo un argomento che sembra banale ma che è, invece, concettualmente, tra i più complicati : la simultaneità di due eventi. Senza dimenticare di sincronizzare gli orologi…
Il verbo restringere ha un doppio senso: limitare gli argomenti trattati e restringere la ... relatività. Senza relatività ristretta, la relatività generale e i suoi attori principali rischiano di restare misteri troppo ... misteriosi. Insomma, basta con i palloncini e gli imbuti, le sfere piatte e i piani sferici! Mettiamoli da parte tirandoli fuori quando avremo imparato a disegnare lo spaziotempo.
Prima di proseguire con lo sviluppo della relatività speciale, vediamo di confermare il suo secondo postulato: la costanza della velocità della luce. Lo facciamo, però, con un metodo osservativo veramente geniale ideato e verificato da De Sitter, una grande mente troppo poco conosciuta.
Iniziamo la relatività speciale sfruttando i viaggi spaziali e andando a cercare qualche “scoop” tra i responsabili di un astronave, che si sono appena risvegliati dall’ibernazione, resasi necessaria per spingerli fino a distanze fuori dalla nostra immaginazione. La confusione che nasce nell’equipaggio può essere risolta solo grazie a Einstein.
Questo articolo risponde al quiz sul buco della Terra. Ma, in realtà, va ben oltre e ci insegna a valutare sempre meglio la semplice genialità di Newton oltre che darci uno spunto per capire, ancora una volta, cosa s’intende per curvatura spaziotemporale. Questo è il bello della fisica: ogni argomento riesce a collegarsi strettamente a un altro e poco importa se siamo vicini alla Terra o in prossimità di un buco nero. Devo complimentarmi con alcuni di voi (non faccio nomi) che hanno quasi completamente risolto il problema e che, quando ci si sono avvicinati soltanto, hanno mostrato di aver compreso appieno il concetto di fondo su cui lavorare. Le leggi della fisica e la loro eleganza e generalità si imparano un po’ alla volta. Siamo tutti studenti che cerchiamo di aggiungere continuamente un mattoncino alla nostra costruzione, che, se ha le basi solide, non rischierà più di cadere.
Chi non ha mai visto una delle figure più usate in letteratura per rappresentare i buchi neri come deformazioni dello spazio-tempo? Mi riferisco ai celebri “imbuti”. Una geniale descrizione grafica che deve essere, però, capita con tutti i suoi enormi limiti. Cerchiamo di costruirla e di capire quanto sia “fittizia” e quanta confusione potrebbe creare se non interpretata correttamente.
Questo è un breve articolo a sé stante che, però, mette in evidenza un problema normalmente sottovalutato o -addirittura- dimenticato, che ha un’importanza enorme nel comprendere la differenza tra meccanica newtoniana e relatività generale. Vale la pena richiamarlo, dato che i buchi neri stanno “strapazzando” il nostro povero spazio-tempo.
Lo, lo so, non picchiatemi. Avevo promesso di scrivere articoli brevi e invece ve ne propino uno piuttosto lungo. Tuttavia, ci sono almeno tre ragioni per non avere mantenuto la promessa. Innanzitutto, la prima parte riprende tale e quale quanto già scritto non molto tempo fa e quindi è né più né meno che un ripasso. La seconda è estremamente intuitiva e banale, soprattutto dopo aver seguito l’avventura di CE & Co. La terza, un po’ più “complicata”, non è divisibile: lo spazio-tempo galileiano deve essere mandato giù tutto assieme come una medicina… Non fatevi ingannare dall’apparente semplicità del diagramma. Deve diventare un amico fraterno e senza segreti se vogliamo proseguire verso quello di Minkowsky.
Mentre andiamo avanti piano piano con la relatività ristretta, voglio riproporre ai più esperti un metodo elegante e “osservativo” per risolvere il paradosso dei gemelli, basandosi solo sulla teoria che stiamo costruendo. Gli altri possono già leggerlo, ma diventerà del tutto comprensibile quando ne sapranno di più. Magari lo metterò in evidenza al momento opportuno e lo inserirò all'interno della relatività. Ancora una volta vedremo quanto sia importante la meccanica classica e lo studio delle funzioni. Tra velocità della luce variabile e orologi che perdono “colpi”, cerco di accontentare un po’ tutti… Ah... state tranquilli che non ho dimenticato il momento angolare e nemmeno la matematica. Che bello essere in pensione e non avere niente da fare!
No, non illudetevi… non introduciamo ancora nessun argomento legato alla velocità della luce e alle trasformazioni di Lorentz. Bisogna prima preparare per bene il terreno. Innanzitutto, capire cos’è lo spazio-tempo, inteso come sistema di riferimento quadrimensionale in cui è possibile identificare perfettamente un evento. In altre parole, ciò che normalmente chiamiamo posizione di un punto nello spazio a tre dimensioni deve trasformarsi in evento nello spazio-tempo a quattro dimensioni. La matematica lo permetterebbe facilmente, ma noi preferiamo arrivarci con il ragionamento. Vedrete che non è “tempo” perso!
Non ce la caveremo con poche puntate… potete esserne certi. Sia perché voglio andare avanti con i piedi di piombo (un po’ come se il mio orologio rallentasse…), sia perché di materiale da esporre ce n’è veramente tanto. Alla fine metterò tutto assieme, ma sarebbe molto meglio seguire le singole puntate, in modo da evidenziare subito eventuali problemi interpretativi. Ricordatevi, però, che tutto ciò che dirò, cercando di esprimerlo con una semplice geometria, è basato solo e soltanto su un approccio squisitamente matematico. Insomma, non amare la matematica vuol dire non amare la Scienza…
In questo articolo cercherò di eliminare la confusione che si fa tra effetto doppler e redshift cosmologico (spesso una differenza non compresa da tanti divulgatori non professionisti). Provo, perciò, a spiegare in modo semplice (senza formule che ci porterebbero troppo in là) la profonda e fondamentale differenza concettuale. Essa va tenuta sempre in conto anche quando si applicano al redshift le formule dell’effetto doppler. Ciò si può anche fare, vista la somiglianza “pratica”, ma con estrema cautela: le cause e le grandezze fisiche coinvolte sono, infatti, completamente diverse. La stessa legge di Hubble va compresa e applicata con la dovuta attenzione. Tanto che ci sono, dico due parole anche sul redshift gravitazionale (un’altra cosa ancora). Per maggiori chiarimenti invito tutti ad andare a rileggere i molti articoli dedicati allo Spazio-Tempo e all’espansione dell’Universo.
Cosa c’entra mai Urano, un piccolo pianeta vicino di casa, con un effetto normalmente associato alla rilevazione di quasar lontanissimi, altrimenti invisibili? C’entra, c’entra… Anche se in questo caso, l’effetto lente viene usato praticamente al … contrario. Per dimostrare quanto sia versatile questa "apparecchiatura" cosmica comunico anche la scoperta della galassia lontana, con la più precisa misura di distanza. Da Urano alla rinascita dell'Universo: un bel salto, non c'è che dire!
Una nuova particella, tanto attesa, è entrata nel microcosmo della materia. A ipotizzarla era stato un grande italiano, scomparso nel nulla: Ettore Majorana. Non c’è stato bisogno di acceleratori di particelle, ma solo di piombo e di ferro… Nel frattempo, gli acceleratori di particelle sono riusciti a riprodurre la prima forma di materia dopo l’inflazione, una zuppa caldissima di quark e gluoni. Non c’è male direi!