Perché il Pioneer rallenta

Il problema del rallentamento del Pioneer, ha sollevato un’interessante discussione. Provo a spiegare meglio la situazione, semplificandola al massimo. Non garantisco che sia la soluzione giusta, ma solo un tentativo per avvalorare l’ipotesi descritta precedentemente. Può darsi che mi sbagli. Discutiamone… Di fronte a questi problemi siamo tutti uguali (sempre che non si facciano errori macroscopici d’interpretazione). L’ho inserito nelle News per il legame che esite con quella precedente.

Innanzitutto, faccio una semplificazione. Tralascio la variazione di accelerazione e considero la variazione di velocità del Pioneer una costante. In realtà bisognerebbe considerare una variazione di velocità non costante. Il succo, però, non cambia e il ragionamento si semplifica.

Dobbiamo tenere conto di un fatto estremamente importante: lo Spazio si espande ovunque, anche all’interno della nostra stanza. Tuttavia, sui corpi solidi (grandi o piccolissimi) esistono delle forze fisiche che si oppongono localmente all’espansione. Una è sicuramente la forza di coesione della materia. L’altra è la forza di gravità. Attenzione, però. Dire che si “oppongono” NON vuol dire che la materia o la distanza tra i corpi legati alla gravità si deformino lentamente (anche se impercettibilmente) a causa dell’espansione. Le forze agenti sui corpi sono più forti dell’espansione e quindi NON subiscono variazioni. Per cominciare a variare si dovrebbero superare certi valori limite. Ad esempio, finché non si supera la forza di coesione, la materia non si rompe assolutamente e nemmeno gli elettroni, i protoni e i neutroni si allontanano tra loro di una certa quantità, anche se impercettibile ai nostri strumenti di misura. Un po’ come la barriera coulombiana per la fusione dei nuclei: o fuori o dentro!

La gravità fa lo stesso. E’ come se i corpi legati dalla gravità fossero un tutt’unico. In movimento sì, ma in movimento ben controllato dalla legge di Newton o dalla relatività di Einstein. I pianeti girano intorno al Sole, il Sole attorno al centro della galassia, la galassia va verso il centro dell’ammasso e l’ammasso verso l’ammasso più vicino. La cosa va avanti finché la forza di gravità che lega queste strutture non si indebolisce al punto che l’espansione diventa l’effetto vincente.

Siamo proprio di fronte all’uvetta sul panettone che si gonfia. Ogni ammasso è un chicco di uvetta, che resta sempre unito e non si deforma. Lo Spazio è il panettone che si gonfia. Per gonfiare anche l’uvetta, l’espansione deve superare un certo valore limite. Sotto di questo non crea problemi di sorta. Come potrei misurare l’espansione locale, senza studiare galassie lontanissime che sono slegate gravitazionalmente dal nostro chicco d’uvetta? Dovrei poter disegnare dei puntini infinitesimi sul tessuto spaziale (palline piccolissime e slegate da tutte le forze locali) e seguirli in funzione del tempo.

Introduco allora la Fig. 1.

figura 1
L'espansione dello Spazio è rappresentata dall'allargamento del reticolo di punti. A destra lo stesso spazio di prima si è dilatato. I pianeti, le galassie vicine, ecc. sono però legate tra loro dalla forza di gravità e i corpi solidi non si deformano per merito delle forze di coesione. Il pallino rosso è il Pioneer.

I pianeti (o stelle o galassie) sono le sfere blu che sono rigidamente legati tra loro (lasciamo perdere se girano uno attorno all’altro o se si avvicinano, quelli sono movimenti propri e legati alle forze che dicevo prima, del tutto scollegate all’espansione dello spazio e nettamente vincenti su di essa). In altre parole, se sottraessi la gravitazione mutua, starebbero perfettamente fermi e incollati. La pallina rossa (Pioneer) è invece un punto scollegato dal sistema rigido blu. Perché è scollegato? Perché ho sottratto tutte le forze gravitazionali che agiscono su di lui e quindi ciò che fa lo fa per altre ragioni. Una ragione è il movimento che gli ho impresso mandandolo verso lo spazio: una forza diversa da tutte le altre e contraria a quella di gravità. L’unico movimento che dovrebbe avere è allora quello di allontanamento dovuto alla sua velocità. Poteri anche eliminare questa velocità e mantenerlo fisso in un sistema di riferimento ancora diverso, che sarebbe proprio il tessuto dello Spazio.

Questo però non sono in grado di farlo e mi limito a quanto descritto in Fig.2, ossia a calcolare la sua velocità nel modo che segue: invio un segnale verso di lei e aspetto che me lo rimandi indietro. Non so quale sia la sua posizione esatta nello Spazio, ma so calcolare benissimo il tempo che il segnale ha impiegato a raggiungerlo e a tornare indietro. Quando ciò avviene passo a calcolare la velocità con la solita formula v = s/t.

figura 2
Il Pioneer si allontana (rallentando) seguendo la legge del moto imposto dal lancio. Su di lui sono stati eliminati tutti gli effetti dovuti alla forza di gravità. La sua velocità sembra, però, diminuire APPARENTEMENTE. In realtà, potrebbe essere cambiato lo spazio tra noi e lui.

Attenzione, però. Non posso calcolare direttamente lo spazio s e quindi lo considero in perfetto accordo con quanto la teoria ha previsto e che dipende solo dalla forza che avevo imposto al Pioneer per andare verso le stelle. Ricordiamoci che ho eliminato del tutto le forze gravitazionali. Ovviamente mi aspetterei una certa velocità v’ = s’/t’ (leggermente diversa da quella precedente perché non è sicuramente costante, ma segue comunque la legge teorica). Calcolo s’ previsto dal calcolo, misuro il tempo t’ e passo al calcolo della velocità. Se il tempo fosse proprio t’, tutto andrebbe bene.

Purtroppo, le osservazioni mi hanno detto che il segnale ha ritardato il suo arrivo: t” osservato è maggiore di t’ previsto. In prima ipotesi, non posso pensare che l’errore sia dovuto allo spazio percorso, dato che quello è “facilmente” prevedibile dalle osservazioni precedenti e dalla teoria. Non mi resta che calcolare la velocità del Pioneer: v” = s’/t”. Ma t” è maggiore di t’ previsto, mentre s’ continuo a considerarlo giusto. Ne deriva che v” è più piccola di quella v’ prevista teoricamente. Apparentemente, e ripeto apparentemente, la velocità diminuisce e il Pioneer sta rallentando più di quanto la teoria abbia previsto.

Si è provato con mille e una ipotesi legate ad attriti non previsti. Tuttavia, ecco l’idea innovativa (e tutta da verificare). Il Pioneer è il punto rosso slegato dal chicco di uva passa (sistema gravitazionale Terra-Sole-galassia-ammasso) e quindi può risentire della piccolissima espansione dello Spazio tra noi e lui. La variazione della sua velocità è misurabile, in quanto sta andando a una velocità che dipende solo da una forza che gli ho impresso io una volta per tutte e che conosco molto bene.

Provo a dirlo in altro modo: il chicco d’uva è ancorato alla pasta del panettone. Il pioneer è una sferetta che sta muovendosi lungo il panettone. Anche se vicina a noi è libera di spostarsi sia per il suo moto proprio teorico (calcolabile perfettamente) sia per l’espansione del panettone. Non è legata al chicco che invece subisce l’espansione come un unico punto.

Questa è una visione vista dalla parte del “giaguaro”. Potrebbe anche essere sbagliata (entro certi limiti) e non mi vede del tutto convinto. Vediamo se riusciamo a migliorarla tutti assieme. Senza, però, fare ipotesi fantascientifiche e fuori dalle leggi fisiche conosciute. Quelle creano solo inutile confusione…

Resta il fatto che i Voyager non mostrano lo stesso problema: Dipende forse dal metodo di misurazione? Mah! Discutiamone pure, ma aspettiamo i futuri risvolti…

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25 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Anch'io sono molto dubbioso, ma ,se fosse vero, sarebbe possibile calcolare esattamente la velocità di espansione dell'universo. Questo potrebbe essere importante. Sempre se ....

  2. bravo enzo ,ci ho quasi capito tutto,ma io volevo dire: noi calcoliamo le sue variazioni di velocità perchè sappiamo esattamente che velocità gli abbiamo dato inizialmente,ok,ma diamo per scontato che viaggi per inerzia "dritto" in modo costante e completamente indisturbato da quarant'anni?se urta contro qualcosa o risenta di forze,correnti, gravità di corpi che incontra (e che noi non possiamo certo vedere) può modificare la sua velocità e la sua direzione no?di qualsiasi diciamo "evento" che può influire anche microscopicamente sulla sua corsa riusciamo ad accorgercerne?
    e poi un altra cosa: come fai a dire che il pioneer non è legata al chicco che invece subisce l'espansione come un unico punto?

  3. Citazione Originariamente Scritto da davide1334 Visualizza Messaggio
    bravo enzo ,ci ho quasi capito tutto,ma io volevo dire: noi calcoliamo le sue variazioni di velocità perchè sappiamo esattamente che velocità gli abbiamo dato inizialmente,ok,ma diamo per scontato che viaggi per inerzia "dritto" in modo costante e completamente indisturbato da quarant'anni?se urta contro qualcosa o risenta di forze,correnti, gravità di corpi che incontra (e che noi non possiamo certo vedere) può modificare la sua velocità e la sua direzione no?di qualsiasi diciamo "evento" che può influire anche microscopicamente sulla sua corsa riusciamo ad accorgercerne?
    e poi un altra cosa: come fai a dire che il pioneer non è legata al chicco che invece subisce l'espansione come un unico punto?
    1) lo spazio non è un oceano... è un po' più tranquillo. Gli urti contro eventuali meteoriti sono eventi saltuari e non possono causare un continuo deceleramento. Strane forze gravitazionali non ce ne sono, se no le conosceremmo. I corpi che possono influenzare in modo continuo un moto inerziale non sono certo oggetti invisibili. Niente di macroscopico puè essere la causa. Potrebbero invece esistere forze non comprese del tutto. E sono proprio quelle che sono state considerate finora per spiegare il rallentamento. Ma io sto parlando della nuova ipotesi e non di quelle vecchie e che sembrano non spiegare bene la faccenda.

    2) Lo dico perchè il movimento che io considero come quello reale del pioneer è già stato PULITO degli effetti gravitazionali che lo legano al chicco. Ciò che resta deve essere dovuto a qualcosa'altro e l'espansione potrebbe (dico potrebbe) esserne la causa. In questo contesto, se faccio lo stesso con tutti i copri legati assieme dalla gravitazione della nostra galassia (o anche ammasso) tutto resta immobile senza alcun movimento da spiegare. Ovviamente queste sono le condizioni che permettono di dare valore all'ipotesi dell'espansione.

  4. Allora.... Caro Enzo, probabilmente, sono io che ho la testa dura....
    Però: partiamo dal presupposto che effettivamente siano state eliminate tramite calcoli tutte le interferenze, gravitazionali e non, che vanno a modificare la velocità del Pioneer (continuo a non vedere come sia possibile tutto ciò, non credo che conosciamo esattamente tutte le variabili, ma lasciamo perdere).
    Quindi possiamo supporre in prima approssimazione, come dici tu, che su di esso non agiscano altre forze.

    Supponiamo, infine, che effettivamente su di esso si manifesti l'espansione dell'universo.
    Questo cosa comporta? Ovviamente, che il Pioneer si allontana da noi più velocemente del previsto.
    Quindi, allontanandosi dal sistema solare dovrebbe accelerare e non decelerare....


    Ma questi signori sostengono che la decelerazione sia solo apparente, e dovuta ad un'errore di misurazione....

    E allora chiariamoci: come viene fatta la misurazione? Ovviamente, l'unico mezzo che abbiamo a disposizione è la misura del tempo impiegato dalla luce per fare il tragitto Terra - Pioneer andata e ritorno. Un po' come si fa col GPS o col radar, insomma. In pratica, il segnale radio parte recando con se l'ora esatta della partenza dalla Terra, misurata con un'orologio atomico, e quando torna si confronta con il tempo misurato dall'orologio atomico. Dal Delta T possiamo ricavare il lo spazio S che ci separa del Pioneer, e confrontando i vari Delta S, otteniamo la sua velocità e la sua accelerazione / decelerazione.

    E qui sta il punto. La V che usiamo per misurare lo spazio S percorso, non è semplicemente una V qualsiasi, ma è C, la velocità della luce! Che, come sappiamo, è costante, espansione dello spazio - tempo o no.
    Lo spazio S misurato, dunque, è preciso nei limiti delle nostre letture, così come il tempo. E, allora, lo spazio si dilata ed il tempo pure? Ma, se così fosse, essendo C costante, non potremmo accorgerci di nulla, e non ci sarebbe nemmeno il redshift delle galassie, a meno di non immaginare uno spazio che si dilata molto più velocemente del tempo. Ma questo non vedo come potremmo appurarlo.

    Un tempo maggiore, quindi, corrisponde di fatto ad uno spazio maggiore, e se questo aumento è costante, abbiamo un'accelerazione e non una decelerazione.... Qui, invece, non misuriamo tempi maggiori ma tempi minori, corrispondenti ad un minore spazio percorso e ad una decelerazione.......

    Di fatto, non vado a calcolare quanto spazio dovrei aver percorso e poi misuro i tempi per percorrerlo, ma faccio esattamente l'opposto, e poi confronto i Delta T sapendo che corrispondono a precisi Delta S. Cioè, confronto lo spazio percorso con quello avrebbe dovuto teoricamente percorrere, e noto una decelerazione, ma su di uno spazio PRESUNTO.

    Comunque, se il Pioneer è effettivamente trascinato dall'espansione dell'universo, c'è un modo semplice di appurarlo: misurare il redshift subito dalle onde radio che servono per misurarne la distanza....

    Dopo tutto questo argomentare, mi è venuta in mente una cosa: c'è effettivamente una differenza nello scorrere del tempo tra noi e il Pioneer, infatti noi siamo molto dentro nel pozzo gravitazionale del Sole, e per noi il tempo scorre più lentamente che per il Pioneer. Ci avranno pensato?

    E adesso, sparatemi pure addosso....

  5. Sarebbe interessante sapere quando queste differenze sono diventate apprezzabili e in che modo si sono modificate nel tempo
    Sicuramente, come dice Red, la variazione del tempo dovuta a R.S. e R.G. non è meno influente dell'espansione dell'universo.

  6. Io sono molto confuso: se t' e t" sono i tempi di percorrenza del segnale, ed s' e s" le distanze tra noi e la sonda in momenti diversi, v' come v" dovrebbe essere la velocità della luce, e quindi costante. La velocità della sonda dovrebbe essere (s"-s')/(t"-t'), o no? In questo caso se s" è maggiore di quello che ci si aspetta, anche la velocità è maggiore, e quindi la sonda nel frattempo ha accelerato...!?!?!?
    Ma anche ad intuito, se misurando t" si ha un tempo più lungo di quello atteso, mi viene da pensare che l'oggetto su cui ha rimbalzato il segnale sia più lontano di quello che mi aspettavo. A meno che il dato oggettivo non sia che t" è minore del previsto, nel qual caso ho capito esattamente il contrario, e mi scuso! ^^'

    Edit: solo dopo aver postato ho letto il messaggio di Red (sono molto lento a scrivere sul cellulare!), e ora sono sicuro di aver capito il contrario, e di essere ancora più confuso! :-(

  7. in effetti a tempo di risposta maggiore ( dell'eventuale impulso radio radar utile alla determinazione della posizione ) possiamo giungere a due conclusioni concatenate: il PIONEER è PIU' DISTANTE di quanto pensassimo e il PIONER ha quindi accelerato rispetto alla velocità v che davamo per conosciuta.
    arrivare alla conclusione che non è la posizione del PIONEER o la sua velocità a variare a questo punto diventa per mia curiosità il vero problema per sciogliere la diagnosi e continuare a fare passi avanti nella nostra speculazione alla ricerca di una risposta.
    su di una superficie sono necessarie due coordinate per determinare la posizione di un punto, nello spazio tridimenzionale ( lo dice la parola ), le informazioni che ci servono sono tre. chi mi spiega gentilmente come si determina la posizione nello spazio del nostro coraggioso PIONEER ?? triangolazione con più stazioni radio?

    adesso mi è venuta in mente un'altra cosa: e se il sistema SOLARE non avesse il suo centro di gravità e di rotazione dove noi immaginiamo ( Nel SOLE ??! ) ma fosse in un punto diverso "mobile " dato dal continuo e mutevole equilibrio delle masse dei corpi che lo compongono e che orbitano attorno al nostro astro ( come il centro gravitazionale che esiste tra molte stelle doppie ), questo balletto TIRA e MOLLA descrivibile come un eccentrico, non potrebbe modificare la NOSTRA posizione nello spazio piuttosto che quella del PIONEER che oramai distante com'è risente meno delle forze di gravità del SISTEMA SOLARE ? giustificando così la variazione di distanza e/o di velocità ( che in questo caso sarebbe quindi RELATIVA ) ??

  8. Citazione Originariamente Scritto da Red Hanuman Visualizza Messaggio
    Allora.... Caro Enzo, probabilmente, sono io che ho la testa dura....
    Però: partiamo dal presupposto che effettivamente siano state eliminate tramite calcoli tutte le interferenze, gravitazionali e non, che vanno a modificare la velocità del Pioneer (continuo a non vedere come sia possibile tutto ciò, non credo che conosciamo esattamente tutte le variabili, ma lasciamo perdere).
    Quindi possiamo supporre in prima approssimazione, come dici tu, che su di esso non agiscano altre forze.

    Supponiamo, infine, che effettivamente su di esso si manifesti l'espansione dell'universo.
    Questo cosa comporta? Ovviamente, che il Pioneer si allontana da noi più velocemente del previsto.
    Quindi, allontanandosi dal sistema solare dovrebbe accelerare e non decelerare....


    Ma questi signori sostengono che la decelerazione sia solo apparente, e dovuta ad un'errore di misurazione....

    E allora chiariamoci: come viene fatta la misurazione? Ovviamente, l'unico mezzo che abbiamo a disposizione è la misura del tempo impiegato dalla luce per fare il tragitto Terra - Pioneer andata e ritorno. Un po' come si fa col GPS o col radar, insomma. In pratica, il segnale radio parte recando con se l'ora esatta della partenza dalla Terra, misurata con un'orologio atomico, e quando torna si confronta con il tempo misurato dall'orologio atomico. Dal Delta T possiamo ricavare il lo spazio S che ci separa del Pioneer, e confrontando i vari Delta S, otteniamo la sua velocità e la sua accelerazione / decelerazione.

    E qui sta il punto. La V che usiamo per misurare lo spazio S percorso, non è semplicemente una V qualsiasi, ma è C, la velocità della luce! Che, come sappiamo, è costante, espansione dello spazio - tempo o no.
    Lo spazio S misurato, dunque, è preciso nei limiti delle nostre letture, così come il tempo. E, allora, lo spazio si dilata ed il tempo pure? Ma, se così fosse, essendo C costante, non potremmo accorgerci di nulla, e non ci sarebbe nemmeno il redshift delle galassie, a meno di non immaginare uno spazio che si dilata molto più velocemente del tempo. Ma questo non vedo come potremmo appurarlo.

    Un tempo maggiore, quindi, corrisponde di fatto ad uno spazio maggiore, e se questo aumento è costante, abbiamo un'accelerazione e non una decelerazione.... Qui, invece, non misuriamo tempi maggiori ma tempi minori, corrispondenti ad un minore spazio percorso e ad una decelerazione.......

    Di fatto, non vado a calcolare quanto spazio dovrei aver percorso e poi misuro i tempi per percorrerlo, ma faccio esattamente l'opposto, e poi confronto i Delta T sapendo che corrispondono a precisi Delta S. Cioè, confronto lo spazio percorso con quello avrebbe dovuto teoricamente percorrere, e noto una decelerazione, ma su di uno spazio PRESUNTO.

    Comunque, se il Pioneer è effettivamente trascinato dall'espansione dell'universo, c'è un modo semplice di appurarlo: misurare il redshift subito dalle onde radio che servono per misurarne la distanza....

    Dopo tutto questo argomentare, mi è venuta in mente una cosa: c'è effettivamente una differenza nello scorrere del tempo tra noi e il Pioneer, infatti noi siamo molto dentro nel pozzo gravitazionale del Sole, e per noi il tempo scorre più lentamente che per il Pioneer. Ci avranno pensato?

    E adesso, sparatemi pure addosso....
    scusa Red, ma c'è una cosa che hai detto che mi sembra errato... Tu dici che noi misuriamo c. Non è vero! Noi misuriamo delta t dal segnale della luce che va e torna. Poi però usiamo questo delta t per calcolare la velocità del pioneer... Inseriamo questo delta t al denominatore e inseriamo lo spazio previsto dai calcoli. E' la velocità del pioneer che cambia, non quella della luce. Ciò che cerchiamo di sapere è: "in un certo intervallo di tempo (ossia nel tempo che la luce è arrivata e tornata) se la velocità non è cambiata deve essere cambiato lo spazio. Di quanto?" Basta moltiplicare la velocità prevista dal pioneer per il delta t. Dato che questo è più lungo del previsto deve essere maggiore anche lo spazio. Questo è il ragionamento "corretto", nell'ipotesi dell'articolo.
    In realtà, dato che nessuno si aspetta un cambiamento dello spazio, l'allungamento del tempo per percorrere uno spazio giudicato fisso porta a una velocità del pioneer minore di quella prevista. E questo sarebbe il deceleramento osservato.

    Non ti sembra?