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?








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