C'è Spazio | I misteri del Cosmo
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I misteri del Cosmo

I misteri del Cosmo

Puntata del 10 novembre 2016

Dalla materia oscura alle onde gravitazionali, dai buchi neri alla teoria della relatività, in questa puntata cercheremo di spiegare alcuni dei fenomeni più misteriosi e affascinanti che avvengono nell’Universo.

Gli ospiti di questa puntata, che indagheranno con noi i misteri dell’Universo sono Roberto Battiston – Presidente ASI, Fernando Ferroni – Presidente INFN, Fulvio Ricci – Coordinatore Progetto Virgo INFN, Padre Gabriele Gionti – Specola Vaticana e Guido Tonelli – Fisico Sperimentale INFN gruppo che ha scoperto il bosone di Higgs.

Da dove partire se non dal Big Bang? L’evento che diede origine all’universo 14 miliardi di anni fa.

Guido Tonelli ci spiega come fare: “per capire l’origine del tutto ci sono due vie: l’osservazione dell’infinitamente grande, cioè le grandi strutture dell’Universo e l’osservazione dell’infinitamente piccolo ovvero le particelle elementari che esistevano nei primissimi istanti di vita dell’Universo e che creiamo in laboratorio per poterle studiare. La cosa meravigliosa è che le due visioni del mondo che nascono da queste due tecniche di studio completamente diverse, che sembrano non avere nulla a che vedere l’una con l’altra, convergono. E oggi la possibilità di costruire una teoria dell’origine del tutto  per quanto ancora in fase di studio, ha alcuni punti fermi in cui sia gli studi dell’infinitamente grande, sia quelli dell’infinitamente piccolo convergono”.

 

big-bang-1

 

E se lo studio del Big Bang è fondamentale per capire dove è iniziato tutto Roberto Battiston ci spiega che però non basta: “sappiamo che il Big Bang mette in discussione tutte le nostre certezze matematiche, fisiche. Ma  oltre a studiare cosa è il Big Bang, dovremmo sapere cosa è successo l’istante prima. Prima dell’attimo iniziale. Forse si può pensare che l’Universo sia periodicamente sottoposto a dei big crunch?”

 

Grazie alla fisica delle particelle però oggi riusciamo a conoscere ed individuare soltanto il 4-5% della materia di cui è fatto l’Universo, il restante 95% lo definiamo come materia o energia oscura: “questo dato – spiega Battiston – ci dimostra quanto ancora siamo ignoranti e quanto però siamo coscienti di esserlo. Ma il fascino incredibile però è che noi umani, una specie così fragile, con una vita così breve, limitata in mille modi riusciamo con i nostri strumenti, con la nostra intelligenza a interrogarci su cose così gigantesche enormi, sull’origine del tutto e su come è fatto l’Universo”.

 

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La materia oscura rappresenta il 95% dell’Universo

 

 

E se parliamo di grandi misteri dell’Universo non possiamo che pensare immediatamente ad Einstein e alla sua teoria della relatività, ma prima di approfondirla da un punto di vista fisico, vediamo cosa ci spiega Massimo Arcangeli con la consueta rubrica Le parole del linguista

 

 

Una delle conseguenze della teoria della relatività generale elaborata da Einstein era la presenza di onde gravitazionali la cui esistenza è stata confermata nel 2016: ed è una bella coincidenza ci fa notare Fulvio Ricci, che la loro esistenza sia stata annunciata cento anni dopo la teoria della relatività, per il golden jubilee, ma la vera curiosità sta nel fatto che in realtà le onde sono state osservate nel 2015 e l’annuncio è stato dato un anno dopo, come successe per l’articolo di Einstein che era stato scritto nel 1915 e pubblicato l’anno successivo.

 

einstein

onde-gravitazionali

“Quello che in pochi hanno sottolineato – spiega Fulvio Ricci a proposito delle onde gravitazionali – è che l’idea che ci fosse questo fenomeno di propagazione del campo gravitazionale, cioè la possibilità di trasferire informazioni nel campo gravitazionale, è un’idea preesistente ad Einstein, ma certo lui fu il primo a formalizzarle”.

 

“Uno dei messaggeri dell’Universo che potrebbe raccontarci qualcosa di più sul meccanismo dell’origine del tutto è il neutrino – spiega Ferroni – questo infatti si è disaccoppiato, liberato ai primi istanti successivi al big bang, un secondo dopo lo scoppio. Sta lì da sempre e noi siamo trapassati da questi neutrini ogni secondo, ma non siamo ancora in grado di rivelarli, oggi però attraverso i grandi acceleratori siamo in grado di riprodurre le condizioni di temperatura che aveva l’universo miliardesimi di secondo dopo il suo inizio, siamo in grado cioè di riprodurre in laboratorio un piccolo universo, ed è molto importante per capire se l’evoluzione è coerente con il nostro pensiero”.

 

Il Neutrino detector nei laboratori nazionali del Gran Sasso

Il Neutrino detector nei laboratori nazionali del Gran Sasso

 

Un altro dei misteri del cosmo è il Bosone di Higgs, per capire cosa è bisogna fare un salto indietro, a 13,8 miliardi di anni fa: immaginiamo di essere lì, ci invita Tonelli, vediamo una microscopica fluttuazione del vuoto, dove succede qualcosa in questa particolare bollicina, una sorta di esplosione che la fa espandere a una velocità spaventosa, anche se non è molto corretto dire esplosione perché presuppone l’esistenza di spazio e tempo, che invece sono creati lì in quel momento e invece non ci sono limiti di spazio e velocità a cui si può espandere. Più cresceva più aumentava la spinta, una crescita esponenziale, e se in quel momento qualcuno avesse potuto osservare ciò che stava succedendo si sarebbe accorto che la materia si trovava in una condizione molto diversa da quella attuale. Le particelle erano prive di massa, indistinguibili e tutta la materia era presente ma in una forma completamente diversa da quella che conosciamo oggi.

 

Il bosone di Higgs

Il bosone di Higgs

 

Nonostante questa importantissima scoperta però ad oggi, spiega Ferroni, noi sappiamo scrivere la matematica sia dell’inflazione che dell’espansione sappiamo scrivere come avviene l’espansione, ma non conosciamo l’origine, la ragione profonda di tutto ciò. La forza di gravità la vediamo, ma il meccanismo dell’inflazione non ha una base evidente. “E Lambda Λ – chiarisce Ferroni a proposito della teoria della relatività generale – è il valore che Einstein aggiunse al suo sistema come costante cosmologica, un valore che aggiunse per risolvere un problema più intellettuale che pratico, e oggi sembra essere proprio il numero che fa espandere l’Universo”.

 

Come si è evoluto e come si sta espandendo l’Universo

Come si è evoluto e come si sta espandendo l’Universo

 

Due anni prima dell’annuncio della scoperta delle onde gravitazionali è uscito in sala un film di fantascienza “Interstellar” diretto da Christopher Nolan, uno di quei casi in cui la realtà supera l’immaginazione. “In questo film – spiega Battiston – la cui parte scientifica è stata curata da Kip Thorne un grande fisico teorico, fondatore del progetto Ligo per la scoperta delle onde gravitazionali. In particolare infatti anche il buco nero in cui casca il protagonista del film è un buco nero scelto sulla base di equazioni di fisica teorica che potrebbe davvero esistere”.

 

Interstellar di Christopher Nolan (2014)

Interstellar di Christopher Nolan (2014)

 

Forse dovremmo dare una seconda chance ai buchi neri, smetterla di immaginarli come dei mostri che vivono nell’universo pronti a inghiottire qualsiasi cosa gli passi vicino, questi infatti possono essere una importantissima risorsa, Padre Gionti, fisico della Specola Vaticana, ci ha spiegato che “il buco nero dal punto di vista teorico è davvero un laboratorio a tutti gli effetti che permette, se studiato bene, e se riusciamo ad avere più informazioni sperimentali, che ci permette di dire in che direzione la fisica moderna deve andare”.

 

A stellar-mass black hole in orbit with a companion star located about 6,000 light years from Earth.

 

La nostra sigla di questa puntata: un video che mostra le differenze tra la vita di un ragazzo normale e la vita di un astronauta della NASA.