25 agosto 2014

MATERIA ED ENERGIA OSCURA NELL'UNIVERSO ED ULTIMA FRONTIERA DELLA FISICA.


A mio modestissimo parere, uno dei più grandi geni dell'umanità fu il chimico Antoine Lavoisier. Avere intuito prima e realizzato dopo che "nulla si crea nulla si distrugge tutto si trasforma" è assolutamente geniale. Nel 1772, Lavoisier non ha enunciato soltanto la legge naturale di conservazione della massa, forse senza rendersene conto, ha scoperto la legge universale che regola e mantiene l'esistenza dell'universo. L'ho chiamata "Prima legge universale", o "legge dalla trasformazione universale".
Egli dimostrò sperimentalmente che la materia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata.
Successivamente, nella seconda metà del 1800 le scoperte di diversi scienziati, tra i quali Joule, Carnot, Thomson, Clausius e Faraday, svelarono che lo stesso principio valeva per l'energia, pervenendo ad una compiuta descrizione dei primi due principi della termodinamica.
Fino ai primi anni del novecento si è pensato che la materia e l'energia fossero due grandezze separate, prive di alcun punto di contatto, finché nel 1905 il fisico Albert Einstein scoprì che l'energia e la massa sono i due aspetti della stessa realtà fisica e, più esattamente, che la materia non è altro che una forma molto concentrata di energia. Molti fisici hanno capito l'antifona, tutte le volte che nuove osservazioni astronomiche mandano in crisi ciò che si credeva fosse esatto, cercano un nuovo anello mancante della catena. Fu così che si scopri che la materia e l'energia dell'universo non apparivano in equilibrio, a volte una delle due sembrava maggiore dell'altra, altre volte pareva in difetto. Avere scoperto che le stelle esterne di una galassia, che dovrebbero essere più lente all'esterno rispetto a quelle all'interno, in realtà hanno la stessa velocità orbitale. Qualcosa le attrae ed interagisce accelerandole: è la materia oscura, invisibile ma esistente. I calcoli matematici tornano e l'ipotesi della materia oscura è confermata. Stephen Hawking ha menzionato che dopo il Big Bang lo spazio si è espanso molto velocemente. Ma dato che all'interno dello spazio troviamo materia che crea attrazione gravitazionale, questa tende a rallentarne l'espansione. Poco più di dieci anni fa due gruppi di fisici e astronomi hanno cominciato a misurare la velocità con cui l'espansione dell'universo stava rallentando. Quanto più lenta è l'espansione oggi rispetto a, per esempio, un miliardo di anni fa? La risposta stupefacente ottenuta da questi esperimenti è che lo spazio si sta espandendo più rapidamente adesso rispetto ad un miliardo di anni fa. Quindi la velocità con cui lo spazio si espande sta aumentando. Questo fu un risultato assolutamente sorprendente. Non c'è nessuna teoria scientifica che giustifichi perchè questo accade. Nessuno avrebbe potuto prevedere che i risultati sarebbero stati quelli. E' successo esattamente l'opposto di quello che ci si aspettava. Quindi avevamo bisogno di qualcosa per spiegarlo. E viene fuori che, nei calcoli, c'è un termine che si può inserire che rappresenta un'energia; ma è un tipo di energia completamente diverso da tutto quello che conosciamo al momento. La chiamiamo energia oscura ed è la causa dell'espansione dello spazio. Ma non abbiamo ancora una spiegazione valida per inserirla nei calcoli. Quindi il problema è che non sappiamo perchè dobbiamo inserirla. Ci sono in realtà due misteri là fuori che compongono la maggior parte dell'universo, ed hanno effetti molto diversi. La materia oscura, per il fatto che crea attrazione gravitazionale, tende ad incoraggiare la crescita delle strutture. Quindi si tenderanno a formare ammassi di galassie a causa di questa attrazione gravitazionale. Al contrario, l'energia oscura sta creando sempre più spazio tra le galassie. Fa in modo che l'attrazione gravitazionale tra di esse diminuisca, impedendo quindi la formazione di strutture. Quindi studiando gli ammassi di galassie - il loro numero e la loro densità, quante ce ne sono in funzione del tempo - possiamo capire come la materia oscura e l'energia oscura competono l'una contro l'altra nella formazione di strutture. In tutto ciò la gravità gioca un ruolo non secondario, abbiamo quindi bisogno di indagarla più da vicino, per conoscere le leggi che la regolano e gli effetti meno appariscenti; ci sono già in orbita sofisticate apparecchiature, contenute nelle sonde che indagheranno la gravità.
Abbiamo dei candidati attendibili per la materia oscura, ciascuna predice l'esistenza di una nuova particella che interagisce in modo molto debole. Ma non sappiamo se e quale di queste particelle sia per davvero il candidato per la materia oscura. Una? Ambedue? Chi lo sa? Potrebbe anche essere qualcosa di completamente diverso. Noi siamo alla ricerca di queste particelle di materia oscura perchè, in fondo, sono qui intorno a noi e non sono entrate dalla porta. Passano semplicemente attraverso le cose. Passano attraverso gli edifici, attraverso il pianeta; ecco quanto poco interagiscono. Un modo per cercarle è costruire dei rilevatori estremamente sensibili alle particelle di materia oscura che li attraversano e li urtano. Ora, visto che interagiscono così poco, in realtà usciranno dai rilevatori quindi la loro firma sarà dell'energia mancante. Purtroppo c'è molta fisica nuova che lascerebbe la stessa firma di energia mancante, quindi sarà difficile capire la differenza. Si stanno progettando telescopi specifici per affrontare le domande sulla materia oscura e sull'energia oscura. Questi sono installati a terra. E ci sono anche tre telescopi spaziali che sono in competizione al momento per essere lanciati ad investigare la materia oscura e l'energia oscura. Quindi le due domande fondamentali sono: Cos'è la materia oscura? Cos'è l'energia oscura? Sono le grandi domande che la fisica deve affrontare.
In tutto ciò che fin qui ho scritto, si è perso completamente di vista la "Prima legge universale", o "Legge dalla trasformazione universale". Le realtà materia ed energia oscura, non possono essere realtà isolate ed esistere separatamente, devono in qualche modo interagire tra loro, in altre parole trasformarsi. Sono a contatto, se non esattamente fisico, quanto meno dimensionale, non dimentichiamo che l'universo è tridimensionale, capire come possa avvenire tale trasformazione rappresenta l'ultima frontiera della fisica, ma siamo realmente sicuri che sia proprio l'ultima?








24 agosto 2014

ACQUA E FUTURO.









Nel nostro mondo, sta velocemente aumentando il consumo di etanolo come combustibile alternativo al petrolio ed ai suoi derivati. La coltivazione di palma sta subendo un enorme incremento, per lo stesso motivo, con vertiginoso incremento della deforestazione per far posto alle nuove coltivazioni.  I nuovi combustibili vegetali non potranno sostituire il petrolio, per coltivare i vegetali dai quali derivano, occorrerebbe talmente spazio da occupare buona parte delle terre emerse. E' evidente che non sarà questa la soluzione al problema energetico. Sappiamo anche che le scorte planetarie dei giacimenti di petrolio si esauriranno nel corso dei prossimi decenni e che l'energia prodotta dal sole attraverso pannelli solari e fotovoltaici, o dal vento mediante pale eoliche, rappresenterà solo una minima parte del bisogno energetico globale. Le alternative al petrolio sono scarse ed improbabili, l'unica grande fonte di approvvigionamento energetico è rappresentata dall'acqua, o meglio, dalla scissione di alcuni elementi che la costituiscono: idrogeno ed ossigeno. Verrà dall'acqua il nuovo combustibile del futuro e diventerà essa l'elemento più prezioso del pianeta? E' molto probabile che sia esatta l'ipotesi che circa metà dell'acqua presente sul nostro pianeta, sia dovuto all'impatto di innumerevoli comete nel corso di centinaia di millenni, in tempi assai remoti. Ma l'acqua oggi presente sul pianeta non si rinnova e non arriverà più dallo spazio come in passato. Tenderà invece ad esaurirsi, per l'aumento dei consumi dovuti al crescere della popolazione, alle sempre più vaste coltivazioni ed al suo probabile utilizzo come combustibile.  Ma questo non è un problema attuale, lo sarà per le prossime generazioni di là da venire.   

21 agosto 2014

UNIVERSO E UOMO - come li conosciamo nel nostro tempo: 2014 d.C. -


Citando dati certi o approssimativi, ipotesi e descrizioni al limite della fantascienza, questo lavoro fa il punto su alcune conoscenze umane ad oggi, ovvero sull'universo e gli oggetti conosciuti che ne fanno parte.

Per avere una idea approssimativa della dimensione generale dell'Universo conosciuto, ovvero osservato dall'uomo mediante sofisticati strumenti di indagine, si consideri che il Sole, astro per noi uomini gigantesco (rispetto alla Terra, il Sole è ben 1,3 milioni di volte più grande in volume), è una stella classificata come nana gialla di tipo spettrale G2 V (G2 indica che la stella ha una temperatura superficiale di 5 504 °C), di dimensioni piccole rispetto a miliardi di miliardi di stelle, con dimensioni anche molto più grandi, che formano l'universo.
Un insieme di stelle forma una GALASSIA, le galassie, a loro volta, si raggruppano in AMMASSI, costituiti anche da migliaia di galassie, gli ammassi si raggruppano in SUPER AMMASSI.
Il Sole appartiene alla galassia denominata Via Lattea, che ha un diametro di circa 100 000 anni luce e uno spessore, nella regione dei bracci, di 12 000 anni luce. Si stima che la Via Lattea possa contenere da 200 a 400 miliardi di stelle. Questi numeri non sono molto precisi, le approssimazioni, anche del 100%, sono dovute a distorsioni ed interferenze che intervengono durante le misurazioni. Rimane comunque confermato il numero più basso.

Occorre tenere presente che la luce viaggia a 300 000 Km. al secondo e che un anno è formato da 31 536 000 secondi, la luce quindi percorre in un anno 9 460 800 000 000 di Km. (novemila-quattrocentosessanta-miliardi-ottocento-milioni di chilometri), questa è la misura in Km. di un solo anno luce, basta moltiplicare questo numero per gli anni luce indicati, per ottenere dei numeri enormi, quasi illegibili. Alla luce dei precedenti riscontri dimensionali, fatti i dovuti raffronti, si può tranquillamente affermare che la dimensione fisica dell'individuo uomo sia di gran lunga al di sotto di quella che indichiamo come microscopica. E' comprensibile che si ritengano infinite le dimensioni dell'universo, sia mettendole a confronto con quella umana che per la sua estensione, che va ben oltre la portata dei più sofisticati strumenti e metodi di osservazione, che scandagliano distanze fino a milioni di anni luce. Proprio di questi giorni è la notizia della scoperta di una galassia che dista dalla Terra ben 700 milioni di anni luce. Le leggi della fisica indicano che, stante le continue trasformazioni al suo interno, l'universo, per continuare ad esistere, deve mantenersi in equilibrio, materia ed energia devono controbilanciarsi persistendo in eguale misura. Ma qui i conti non tornano, i calcoli indicano che l'energia sopravanza di molto la materia, in altre parole, manca materia. I casi sono due, o i calcoli sono sbagliati, oppure le esatte leggi della fisica, non valgono se applicate a sistemi oltre certe dimensioni. Il mistero rimane.

Nonostante la sua sconfinata dimensione, è opinione diffusa che l'universo sia stato "creato", che abbia avuto cioè un creatore. Se ci soffermassimo sul significato del termine "creare", dovremmo fare due considerazioni, la prima: creare significa rendere reale, ovvero far comparire dal nulla qualcosa di tangibile e visibile; la seconda, che l'uomo non ha mai osservato nulla che possa essere assimilato anche lontanamente a "creazione", solo e soltanto "trasformazioni", osservate o realizzate dall'uomo stesso. Ne deriva che il termine "creare" sia un termine di pura fantasia, senza alcun significato concreto e tanto meno verificabile. Speculare sul termine "creazione", arrivando persino ad ipotizzare l'esistenza di un creatore dell'universo, non può che essere considerata: sconfinata presunzione umana. Sarebbe forse opportuno sostituire il termine "creare" con "generare". Generare corrisponde a "far nascere da", che implica necessariamente una trasformazione ed è termine più concreto e meno fantasioso.

In verità, sappiamo poco sull'universo ed abbastanza sull'uomo, ma nulla sul motivo della loro esistenza. Sulla genesi dell'universo, denominata Big Beng (esplosione primordiale dalla quale furono generate materia ed energia), sappiamo diverse cose che spiegano alcuni "come", ma nessun "perchè". Riguardo alla genesi umana, possiamo ben accettare che l'uomo sia una delle tante forme di vita, presenti sulla Terra, con una singolarità: l'intelligenza superiore, che distingue l'uomo da tutti gli altri animali. L'intelligenza umana non è l'unica singolarità, nell'universo sono state osservate un numero considerevole di singolarità, tutte attinenti a cose. Fino ad oggi, è l'uomo stesso ad essere una singolarità; per quanto ci è dato sapere, sembra che nell'universo non ci sia vita, non come la conosciamo noi. Secondo un nuovo studio USA, i pianeti potenzialmente abitabili all'esterno del Sistema Solare sarebbero miliardi. Per esattezza: 8,8 soltanto nella nostra galassia.
                                                                                                               
Anche le stelle si trasformano e si dissolvono nello spazio dopo il loro lunghissimo periodo di esistenza. La proprietà più importante per determinare il destino di una stella è la sua massa. Stelle con una massa simile a quella del nostro Sole vivono MILIARDI di anni, dopo una complessa evoluzione, si trasformano in nana bianca. Le stelle più grandi da otto a dieci volte la massa del Sole, hanno una vita più breve ed un destino più violento, vivono MILIONI di anni ed a fine vita, gli strati più esterni della stella prima collassano e poi vengono eiettati nello spazio dal nucleo molto denso, in un’esplosione gigantesca: una supernova di Tipo II. Nei processi evolutivi di una stella, vengono coinvolti eventuali pianeti o sistemi planetari che le gravitano intorno e che subiscono la stessa sorte finale della stella. Tutto il materiale eiettato nello spazio dalle esplosioni stellari, formerà a sua volta nuove stelle. In un certo senso, anche l'uomo è figlio delle stelle, tutti gli elementi che lo costituiscono provengono da nove e supernove.

Le comete sono pezzi infinitesimi di astri che vagano senza meta nello spazio interstellare, fino a quando non impattano su un corpo cosmico, attirate dalla forza di gravità di quest'ultimo. Possono essere costituite da un nucleo roccioso ed in gran parte da ghiaccio d'acqua esterno ad esso, mantenuto nel suo stato dalla bassissima temperatura dello spazio interstellare. L'universo è estremamente freddo, la temperatura media è -270° C, i corpi stellari che contiene, sono estremamente caldi, alcune stelle possono raggiungere la temperatura superficiale di 32.726,85 °C. Tutto ciò è estremamente affascinante, stelle caldissime sospese dentro lo spazio freddissimo, vivono, si trasformano, muoiono e dalle loro ceneri nascono altre stelle, pianeti e comete, questo ciclo si ripete all'infinito.                                                                                                                  
Una delle tante ipotesi sulle origini della vita, che affascina anche diversi astronomi, considera le comete artefici della "Panspermia", diffusione della vita nell'universo mediante i "mattoni della vita" contenuti nelle comete. Pare che una buona metà dell'acqua presente sul nostro pianeta, si sia formata dall'impatto di innumerevoli comete nel corso di milioni di anni. Ne consegue che la vita sulla terra, potrebbe essere conseguenza diretta di tali impatti, che hanno apportato i mattoni della vita, successivamente combinati tra loro ed evolutisi grazie alle favorevoli ed opportune condizioni ambientali di umidità, ossigenazione e scariche elettriche. Da tutto ciò si può dedurre o immaginare che dalla enorme quantità di elementi chimici presenti nel cosmo e dalle molteplici condizioni ambientali in esso presenti (temperature che vanno da -270° fino a 32.726,85°, potentissime onde gravitazionali e cariche elettriche di segno inverso), si possa formare "altro", diverso dalla vita conosciuta.

Dallo studio delle ere geologiche del pianeta Terra, risulta che diverse forme di vita si siano succedute e lo abbiano popolato per lunghissimi periodi di tempo, ad esempio l'era dei dinosauri. Attualmente, la specie dominante è l'uomo, prima specie dotata di intelligenza largamente superiore a quella di altre forme di vita animale che popolano il pianeta. Sicuramente la specie umana non è eterna, non si può quindi escludere che in una futura era geologica del pianeta, possa comparire una nuova specie dominante. Questo fatto, potrebbe a buon diritto rientrare nella logica del generale processo di trasformazione che coinvolge l'intero universo.


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