Red Shift Cosmologico – Ma perché?

[Maurizio_39]

Questo tipo di argomenti, richiederebbe probabilmente una approfondita conoscenza della Relatività Generale, e non è il mio caso, ma mi hanno sempre incuriosito molto.
Non a livello matematico, anche se per andare in profondità sarebbe necessario, ma in senso logico.
Ad es. nella Relatività ristretta l’esempio dell’osservatore solidale con un sistema e un altro in moto rettilineo uniforme rispetto al primo, e il diverso modo tra i due di concepire l’uno lo spazio-tempo dell’altro, mi ha convinto molto. Questo metodo di elaborazione del pensiero mi intriga molto e quindi ho ritenuto possibile applicarlo ad una situazione completamente diversa: l’espansione dell’universo ed, in particolare, il Red Shift Cosmologico.
Faccio un esempio completamente qualitativo, quindi lasciamo da parte il valore di alcuni parametri.
Abbiamo una galassia che dista da noi 1 miliardo di a.l., per cui quello che vediamo di essa è il suo aspetto di un miliardo di anni fa. Da questa galassia un miliardo di anni fa è partito verso di noi un raggio di luce potentissimo e di una frequenza ben definita.
Un osservatore, in un luogo al di fuori della spazio e del tempo, segue il raggio durante il suo viaggio. Durante il viaggio l’universo, a seguito del Big Bang iniziale, continua ad espandersi.
Immaginiamo che l’osservatore possa riprendere una serie di fotogrammi ad intervalli regolari, diciamo ogni 100 milioni di anni, che proiettino il passaggio delle onde su un foglio di lunghezza unitaria.
La prima foto riguarda il momento della partenza dell’onda e il foglio si trova in corrispondenza del punto di emissione del raggio.
Lungo il percorso, nel medesimo istante iniziale ma in punti equidistanti 100 milioni di a.l. l’uno dall’altro (dove in seguito passerà il raggio), sono sistemati fogli esattamente uguali al primo. Inizialmente questi fogli sono realmente identici, essendo tutto l’universo allo stesso livello di dilatazione.
Ad ogni passaggio, l’osservatore esterno fa una foto e si accorge che, essendoci stata nel frattempo una dilatazione, il secondo foglio incontrato è più grande ma anche le onde si sono dilatate. Però un individuo solidale con il foglio non se ne accorge: la sua unità di misura rimane il foglio stesso.
E così accadrebbe, in entità diversa, per tutte le foto scattate in seguito.
L’osservatore esterno si rende conto di ciò che è successo all’individuo solidale col proprio foglio e perché vede lo stesso numero d’onde proiettato sullo stesso foglio: si sono dilatati entrambi nella stessa misura.
A questo punto, parlando di frequenza, bisogna aggiungere il secondo elemento che è il tempo.
Ma anche la misura del tempo varia con l’espansione, perché se è vero, in base alla Relatività Generale, che il tempo viene influenzato dal campo gravitazionale, l’espansione dell’universo allontana le masse dal centro di gravità comune, che si trova al centro della quarta dimensione.
Ogni punto del percorso, distando anche temporalmente dal precedente, si dovrebbe trovare sottoposto ad una diversa “gravità”. Non so se questo significa una modifica alla costante gravitazionale!
E forse la correzione dovuta al tempo compensa esattamente quella dovuta alla dilatazione della spazio. Altrimenti la “relatività” che cosa significa?
Se fosse così, perché dovrei rilevare una frequenza diversa?
Probabilmente ho detto una massa di castronerie, e prego umilmente chi ha letto questo mio argomento di scusare la mia macroscopica ignoranza .
Ma se ci fosse qualcuno che, con argomenti terra-terra, fosse disposto a chiarirmi sommariamente le idee, lo ringrazio sentitamente sin d’ora.

Cieli bui e sereni.

[Alessbonsai]

il raggio di luce è una molla in trazione lunghissima, a riposo, immaginaria, da una stella alla terra, se lo spazio tra i due corpi aumenta, aumenta lo spazio tra le spire della molla.
Se lo spazio inteso come universo si dilata, si ha il redshift , se si allontana soltanto la stella aumentano le spire ma la distanza tra loro è la stessa
Spesso si fa confusione tra dilatare lo spazio e allontanare due oggetti
Una lunghezza d'onda ha una certa lunghezza, e ne servono tot per arrivare a un metro , se questo metro di dilata le onde sono sempre le stesse ma più dilatate
Se invece ho due stelle a 2 metri avrò solo il doppio delle onde
Spero di essere abbastanza chiaro e terra terra :)

[Maurizio_39]

Una lunghezza d'onda ha una certa lunghezza, e ne servono tot per arrivare a un metro , se questo metro di dilata le onde sono sempre le stesse ma più dilatate
Su questo sono d'accordo ma, se la velocità della luce è la stessa in tutti i sistemi e quel "metro" viene percorso nello stesso tempo, lo stesso numero d'onde lo percorrono nello stesso tempo.
La frequenza misurata dovrebbe rimanere la stessa!:confused:
In che modo la velocità della luce costante si adegua all'espansione?

[Alessbonsai]

La Frequenza determina il colore non la velocità dei fotoni,questi più vanno sempre alla velocità stessa velocità, il fotone viene influenzato dalla relatività, anche se non ha massa, e si presenta sia sotto forma di particella sia sotto forma di onda

[Red Hanuman]

Su questo sono d'accordo ma, se la velocità della luce è la stessa in tutti i sistemi e quel "metro" viene percorso nello stesso tempo, lo stesso numero d'onde lo percorrono nello stesso tempo.
La frequenza misurata dovrebbe rimanere la stessa!:confused:
In che modo la velocità della luce costante si adegua all'espansione?
Il fatto è che il fotone percorre uno spazio in "controcorrente", spendendo parte della sua energia nel farlo. Siccome l'energia del fotone è legata alla sua frequenza della legge di Planck (https://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Planck) (E=h\nu), è ovvio che la frequenza diminuisca leggermente. A sua volta, siccome la velocità della luce è una costante, la lunghezza d'onda deve variare secondo la relazione (https://it.wikipedia.org/wiki/Frequenza) c=\lambda\nu, quindi al diminuire della frequenza aumenta la lunghezza d'onda. Di fatto, è come se l'onda sia stata stirata dall'espansione dell'universo, come già detto...;)

[Maurizio_39]

Alessbonsai

...il fotone viene influenzato dalla relatività, anche se non ha massa, e si presenta sia sotto forma di particella sia sotto forma di onda

Red Hanumann

Il fatto è che il fotone percorre uno spazio in "controcorrente", spendendo parte della sua energia frequenza... la legge di Planck...quindi al diminuire della frequenza aumenta la lunghezza d'onda

Questa ultima considerazione la considero più comprensibile, anche se non mi sarei mai aspettato un viaggio in ...controcorrente. La perdita di energia giustifica la variazione di frequenza, sulla base della legge di Planck e del legame \nu = \frac{c}{\lambda }.

La spiegazione di Alessbonsai mi è un po' più ostica.
Sono a conoscenza dell'influenza della gravità sulla traiettoria dei fotoni, in considerazione del dualismo massa/energia, non dell'influenza sulla loro energia. Ma, essendo la Relatività Generale un argomento che conosco molto superficialmente, non faccio fatica a prenderne nota.
Grazie dei chiarimenti.;)

[Alessbonsai]

ho trovato questo link
https://it.wikipedia.org/wiki/Spostamento_verso_il_rosso
Ma io quando vedo troppe formule mi incastro

[Maurizio_39]

Alessbonsai

ho trovato questo link...
Ti ringrazio.
Ci ho dato un'occhiata, potrebbe essere molto interessante ma...preferisco fare un atto di fede!;)
Ciao. Maurizio.

[Gaetano M.]

E forse la correzione dovuta al tempo compensa esattamente quella dovuta alla dilatazione della spazio. Altrimenti la “relatività” che cosa significa?

Scusa, non ho capito i tuoi dubbi sul Red Shift. Se sono legati alla frase che ho riportato, potresti spiegarmi meglio cosa vuoi dire?

[Maurizio_39]

@Gaetano M. (https://www.astronomia.com/forum/member.php?u=5611)

...potresti spiegarmi meglio cosa vuoi dire?
Ho aggiunto quella considerazione perché mi risulta che, sin dai tempi di Galileo, si affermò il concetto di relatività sostenendo che un osservatore solidale con un sistema non sarebbe stato in grado di determinare il suo stato di moto o di quiete semplicemente osservando i sistemi vicini. Il moto assoluto non esiste ecc. ecc.
Quello che vediamo accadere in un sistema in moto relativo rispetto al nostro è solo ciò che vediamo noi, non quello che stanno vivendo i viaggiatori solidali con esso.
Questo concetto mi risulta che venne ribadito, dopo aver dimostrato la costanza della velocità della luce nel vuoto, con la Relatività ristretta e si venne quasi costretti, come conseguenza evidente, a definire un “tempo proprio” ed una lunghezza propria, per ogni sistema specifico.
Immagino che le conseguenze di tale concetto non siano limitate solo a tali situazione specifiche, ma facciano parte di un concetto generale, per cui la forma delle leggi fisiche non è prerogativa di un particolare sistema ma ha carattere universale.

In forza di questo concetto, ho ritenuto di estendere tale concetto di relatività anche al caso cosmologico.
Quindi, se non ci fossero altri motivi, che invece cortesemente mi ha resi noti Red, se c=cost e \lambda = cost, come conseguenza della contemporanea dilatazione dell'onda e della sua unità di misura, \nu =\frac{c}{\lambda }= cost , cioè sarebbe identica in partenza ed in arrivo.
Tutto qui. Ciao.;)

[Red Hanuman]

@Alessbonsai (https://www.astronomia.com/forum/member.php?u=5435)


@Red Hanuman (https://www.astronomia.com/forum/member.php?u=9)n


Questa ultima considerazione la considero più comprensibile, anche se non mi sarei mai aspettato un viaggio in ...controcorrente. La perdita di energia giustifica la variazione di frequenza, sulla base della legge di Planck e del legame \nu = \frac{c}{\lambda }.

La spiegazione di Alessbonsai mi è un po' più ostica.
Sono a conoscenza dell'influenza della gravità sulla traiettoria dei fotoni, in considerazione del dualismo massa/energia, non dell'influenza sulla loro energia. Ma, essendo la Relatività Generale un argomento che conosco molto superficialmente, non faccio fatica a prenderne nota.
Grazie dei chiarimenti.;)

Tieni presente che stiamo dicendo la stessa cosa. L'andare "controcorrente" del fotone dipende dal fatto che l'espansione dell'universo altera la geometria dell'universo stesso, in senso simile (ma sicuramente non identico) alle deformazioni dello spazio - tempo attuate da una massa. ;)

[Gaetano M.]

Maurizio_39 In questo articolo di Astronomia.com si parla anche di Red Shift e, devo dire, mi ha risolto qualche dubbio:
https://www.astronomia.com/2011/08/18/c%E2%80%99e-distanza-e-distanza%E2%80%A6/
Ci sono commenti di Red Hanuman e, anche, miei (semplicemente Gaetano)

[Maurizio_39]

Comunque, leggendo qua e la, mi viene da concludere che in tema di Cosmologia siamo ancora abbastanza in alto mare.
Tanto per fare un esempio, la costante di Hubble, che mi risulta essere determinante nell’impostazione delle teorie sull’espansione dell’universo, è tutto un programma.
Basta leggere l’articolo di M.Capaccioli del 1987 per rendersi conto dell’estrema indeterminazione che ancora esiste sul suo reale valore.
E’ comprensibile che inizialmente, a causa della inadeguata strumentazione, sia stata stimata pari a circa 500 km s-1 Mpc-1 e successivamente ridotta a 100. Poi nel 1970 con Sandage & Co., a seguito di una radicale revisione degli “indicatori di distanza”, venne portata a 50. Poco dopo De Vancouleurs fece una successiva revisione e la riportò a 100.
Sembra che siano nati due partiti: quello della “scala lunga” e quello della “scala corta”. Con la messa in orbita del l’HST si è pensato di poter dirimere la questione, almeno in linea generale, e si è collocato il valore di H_0 tra 30 e 60, con un valore più probabile ovviamente di 45.
Questo valore però è accettato con diffidenza da tutta una corrente di ricercatori che invece lo collocherebbe attorno a 85.
Sembra che molta indeterminazione nasca dalla controversia sorta attorno ai quasar, su cui gli astronomi fanno un forte affidamento per la risoluzione definitiva del problema.
Ma su questi, tra gli astronomi extragalattici, si sono create due opposte fazioni: gli attendisti che si aspettano una risposta nelle teorie emergenti in un prossimo futuro e gli altri che affermano esserci un errore nelle stime delle distanze dei quasar.
Negli ultimi decenni il concetto di universo in espansione e tutta la teoria del Big Bang, afferma nel suo articolo Capaccioli, si fonda sulla relazione red shift/distanza e se si insinuasse il concetto che il red shift dei quasar ci sta ingannando, significherebbe mettere tutto in dubbio.
Il fatto è che ci sono evidenze di quasar che sembrano collegati da ponti di materia a galassie relativamente più vicine, Ad es. già nel 1971 H.C.Arp pubblicò una foto della galassia a spirale NGC 4319, ripresa al telescopio del Monte Palomar, annunciando che si poteva vedere un ponte “luminoso” gettato tra la stessa ed un quasar annidato tra i suoi bracci. Nel 1982 lo stesso Capaccioli produsse un’analisi quantitativa digitale di tutte le fotografie riprese fino ad allora di questo oggetto. L’analisi, elaborata presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA confermava non solo l’esistenza reale della connessione, ma sembrava che questa addirittura proseguisse fino al nucleo.
https://rinabrundu.files.wordpress.com/2016/04/houston-avete-un-problema-galassia-ngc-4319-e-quasar-markarian-2051.pdf

Ovviamente il mio è un "sentito dire" anzi…lèggere, ma per la mia mentalità tecnica ci vedo troppe incognite.
Cieli bui e sereni.

[Gaetano M.]

Oggi siamo a due tipi di calcoli per calcolare il Red Shift che si differenziano di circa il 10% e stanno cercando di capire il perché.
http://www.lescienze.it/news/2018/05/07/news/soluzione_conservativa_mistero_cosmologia-3968984/
Io, da appassionato, posso solo tenermi informato, scegliendo da che parte stare,
Se facciamo la storia partendo da un valore di 500, quando la notizia era che l'universo si sta espandendo (mi pare che hanno preso il Nobel per questo)...

[Maurizio_39]

Se facciamo la storia partendo da un valore di 500, quando la notizia era che l'universo si sta espandendo...
Hai ragione, ma se non potessimo affidarci ai quasar per le distanze superiori alla profondità ove ancora sono utilizzabili gli altri "indicatori", dovremmo solo confidare che l'estrapolazione sia valida per le distanze maggiori, le quali, da un certo punto di vista, sono forse le più interessanti.:hm:

P.S. L'articolo a cui mi hai indirizzato:
https://rinabrundu.files.wordpress.c...arian-2051.pdf
sembra veramente molto interessante e chiarificatore. Grazie.

[Maurizio_39]

Gaetano M.

due tipi di calcoli per calcolare il Red Shift che si differenziano di circa il 10%
Stavo rileggendo l'articolo che mi hai segnalato e mi sono accorto che la situazione e ben più critica:

i ricercatori stimano che c'è una possibilità inferiore allo 0,01 per cento che la discrepanza sia dovuta al caso.

\frac{1}{10000 }?:shock:

P.S. A proposito mi sono accorto che l'articolo che mi hai inviato con la risposta #12 non è quello che ho poi riallegato io. Scusa la disattenzione.

[Gaetano M.]

Maurizio_39 Da quello che ho capito la differenza tra i due valori (circa il 7%, 67 contro 72 ) non è all'interno degli errori stimati e quindi, il problema è capire chi sbaglia. Se, però, nessuno sbaglia, la spiegazione potrebbe essere molto interessante, quando la troveranno.

[Maurizio_39]

...non è all'interno degli errori stimati
Siamo fuori del 3 \sigma??:shock:

[Gaetano M.]

Il mio riferimento era all'errore connesso con qualsiasi tipo di misura. Se ho un orologio che segna i secondi, la mia precisione nel misurare il tempo non sarà mai superiore al secondo. Mentre il sigma a cui fai riferimento è dato dall'affidabilità del risultato... e qui mi fermo.

Anzi aggiungo quest'articolo che qualcosa spiega: http://www.lescienze.it/news/2012/07/23/news/cinque_sigma_bosone_higgs-1164438/

[Maurizio_39]

Credo comunque che in questo tipo di misure ci sia sempre una valutazione statistica di più risultati, non credo che ci sia solo l'errore di lettura.
Ai tempi miei, alla Facoltà di Fisica sperimentale dell'Università di Roma, gli studenti alla lettura di uno strumento analogico (nonio, calibro, termometro, amperometro, ecc), aggiungevano sempre "più o meno mezza tacca".
Oggi mia figlia si scandalizza perché si dice "più o meno mezza divisione"!

Ti ringrazio per l'articolo ma già conoscevo l'argomento.

[Gaetano M.]

Scusa, mi ha tratto in inganno il tuo commento.

[Gaetano M.]

@Maurizio_39 (https://www.astronomia.com/forum/member.php?u=7371) Questo, mi pare, sia attinente: https://phys.org/news/2018-06-discrepancies-affect-universe.html
Qualcosa si muove.

[Maurizio_39]

Gaetano M.
Articolo veramente molto interessante, anche perché è quasi..."fresco di giornata"!
E' strana l'inconsistenza tra le tecniche di rilevazione "a breve" e quelle "a distanza.
Entrambi i gruppi, mi pare di capire, sono internamente consistenti. L'inconsistenza si rileva tra un gruppo e l'altro.
Le tecniche basate sulle supernovae, correggimi se sbaglio, mi sembra che assumano per tutte una uguale magnitudo assoluta al momento del parossismo. Può darsi che non sia completamente esatto, ma anche le tecniche alternative per il primo gruppo sembrano dare gli stessi valori.
Ma le rilevazioni "a breve" non sono state necessarie per tarare quelle "a distanza" crescente?
Ciao e grazie per l'informazione.
Maurizio.

[Gaetano M.]

Le tecniche basate sulle supernovae, correggimi se sbaglio, mi sembra che assumano per tutte una uguale magnitudo assoluta al momento del parossismo. Può darsi che non sia completamente esatto, ma anche le tecniche alternative per il primo gruppo sembrano dare gli stessi valori.
Maurizio.
Immagino che non siano proprio uguali. magari Red Hanuman ci può aiutare. Penso, però, che per bene che vada abbiamo un'equazione con due incognite: distanza e luminosità. Bisognerà fare delle ipotesi su una delle due. Sarà lo stesso discorso anche per le Cefeidi.

[Maurizio_39]

Stimolato dalla discussione che io stesso ho iniziato e dai riferimenti successivi che mi sono stati dati, dei quali ringrazio sentitamente Gaetano M. , ho raccolto, a mio uso e consumo come da sempre sono solito procedere, una serie di concetti e considerazioni, così come li ho assorbiti.
Senza pormi problemi e cercando di interpretarli secondo la mia più che limitata conoscenza del problema.
In questi casi cerco di espormi il problema al fine di arrivare in modo sequenziale e logico (secondo me!) ad una conclusione comprensibile (sempre secondo me!).
Non mi illudo che questa sia la “verità” e, probabilmente, le considerazioni fatte saranno stracolme di strafalcioni, per restare in argomento, “cosmici”.
Allego questa memoria e prego chi avrà voglia, tempo e curiosità di leggerla, correggerla, criticarla e commentarla. L'ho chiamata per correttezza "Io me la suono così"
Grazie per l’attenzione.
Maurizio.
P.S. Essendo la prima volta che ci provo, spero di essere riuscito ad inserire l'allegato!

[Red Hanuman]

Immagino che non siano proprio uguali. magari @Red Hanuman (https://www.astronomia.com/forum/member.php?u=9) ci può aiutare. Penso, però, che per bene che vada abbiamo un'equazione con due incognite: distanza e luminosità. Bisognerà fare delle ipotesi su una delle due. Sarà lo stesso discorso anche per le Cefeidi.
Stringendo al massimo... Si è sempre ritenuto che le supernovae si comportassero tutte allo stesso modo, in particolare sembrava che tutte raggiungessero la stessa luminosità di punta, invece ora pare che non sia così. Siccome si prende l'estinzione della luce come parametro per stabilire la distanza, ecco che nasce un bel problema.

Le Cefeidi attualmente sono oggetto di studio del satellite Gaia. Lo studio sta migliorando notevolmente le misure delle distanze, riducendo l'incertezza di misura.
Inoltre si sta misurando la posizione di Cefeidi molto lontane, per le quali fin'ora non era nota la distanza con una precisione sufficiente. L'ampliarsi del catalogo di stelle disponibile, consente di migliorare la stima per stelle in galassie lontane (per ora stiamo fermi a 60 milioni di a.l., ma potremo arrivare fino a distanze di 326 milioni di anni [100 megaparsec]).
Il numero di oggetti studiabili, però, rimane sempre ridotto rispetto alle necessità...

[Maurizio_39]

Non mi illudo che questa sia la “verità” e, probabilmente, le considerazioni fatte saranno stracolme di strafalcioni, per restare in argomento, “cosmici”.
Allego questa memoria e prego chi avrà voglia, tempo e curiosità di leggerla, correggerla, criticarla e commentarla. L'ho chiamata per correttezza "Io me la suono così"
Grazie per l’attenzione.
Non avendo ricevuto alcun tipo di commento, due sono le possibilità: o c'è qualcosa di giusto, e ne sono contento, oppure sono tutti vaneggiamenti e nessuno ha il coraggio di dirmelo.
La Sibilla rispose: "Ibis, redibis non morieris in bello".
Cieli scuri e sereni a tutti. Maurizio.

[Red Hanuman]

Scusa, mi era finito nel dimenticatoio. Domani me lo leggo...;)

[Red Hanuman]

Non avendo ricevuto alcun tipo di commento, due sono le possibilità: o c'è qualcosa di giusto, e ne sono contento, oppure sono tutti vaneggiamenti e nessuno ha il coraggio di dirmelo.
La Sibilla rispose: "Ibis, redibis non morieris in bello".
Cieli scuri e sereni a tutti. Maurizio.

Dunque, dopo la lettura... Non male, complessivamente ci sei. Ma, per rispondere alle tue domande, manca un pezzo.

In effetti, la luce compie un lavoro quando si oppone all'espansione dell'universo, e quindi è normale che perda energia e che la frequenza diminuisca (o, che è lo stesso, aumenti la lunghezza d'onda).

Ma per la materia? Stelle, galassie ecc.? Beh, loro sono tenute insieme dalle quattro forze fondamentali: gravità, elettromagnetismo, nucleare debole e nucleare forte.
Sono queste forze che mantengono unita la materia, fintanto che resistono all'espansione. Se e quando l'espansione diventerà preponderante, allora tutto si sfalderà (Big Rip (https://it.wikipedia.org/wiki/Big_Rip)).

Il fotone è un mediatore di forza, è come un corridore: se la strada gli si allunga sotto i piedi, dovrà fare sempre più fatica per mantenere la sua velocità.
E, non potendo correre più lentamente, allora perderà vigore...;)