Gravità Statistica

[Sandro84]

Vorrei condividere con voi questa teoria alternativa della gravità.
Ovviamente da prendere con le pinze. Non pretendo di avere ragione, ne di spostare una virgola nel mondo della scienza.
E' solo un modo per condividere delle riflessioni. E se possibile fare un po' di ordine nella confusione mentale che mi porto dietro.

GRAVITA' STATISTICA

Secondo la maggior parte degli scienziati, da più di un secolo, il problema più grande della fisica è quello di riuscire a conciliare la meccanica quantistica con la teoria della relatività. Non è possibile avere due teorie che descrivano aspetti fondamentali della natura, come se una non avesse nulla a che fare con l’altra. Dobbiamo trovare un punto in comune per conciliare le due teorie.
Una strada da percorrere può essere quella della quantizzazione dello spazio quale mediatore della gravità. Seguendo questo sentiero cercherò di ampliare il concetto di "curvatura dello spazio-tempo" introdotto da Einstein, introducendo il concetto di "densità di spazio".
Se consideriamo lo spazio una forma di energia quantizzata, allora, per prima cosa, dobbiamo toglierci dalla mente l'idea di "spazio vuoto". Tutto lo "spazio vuoto" nell'Universo è in realtà un oceano di energia, una specie di fluido, connesso a formare una rete, che permea l'intero Universo.
Laddove sia presente della materia è presente una “rete extra” di spazio organizzata ed addensata intorno alla materia stessa a formare una specie di capsula, un guscio a cipolla. Ogni strato di questo guscio a cipolla presenterà al suo interno dei reticoli più densi in prossimità della massa e via via meno densi con l'allontanarsi dalla massa stessa.
Quindi non è più la curvatura della geometria dello spazio-tempo a produrre gli effetti della gravità, ma la presenza di questi leggeri squilibri tra gli strati del guscio. Gli oggetti massivi indossano, come fosse un mantello questo guscio di spazio extra, presentano nel loro intorno un addensamento della rete di spazio proporzionale alla loro massa. Il moto delle masse è dettato dalla maggiore probabilità di interazione in direzione di uno spazio più denso. Nasce così la "gravità statistica".

“Una nuova idea è una cosa delicata. Può essere uccisa da una smorfia di sarcasmo o da uno sbadiglio; può essere pugnalata da un’arguzia, o ridotta alla disperazione da un sopracciglio inarcato.”
Ovidio

Lo spazio-tempo secondo Einstein
Iniziamo il nostro viaggio da quella che è senza dubbio la madre di tutte le teorie, la più importante tra le teorie mai formulate, che ha rivoluzionato la scienza ed il modo in cui comprendiamo lo spazio, il tempo e la gravità. La teoria della relatività.
Secondo la teoria della relatività generale, un oggetto in caduta libera, sotto l'effetto della forza di gravità, si muove su una traiettoria curva nello spazio-tempo curvato. Questo fenomeno può essere descritto in modo equivalente come un oggetto che si muove in linea retta in uno spazio-tempo piatto, ma sottoposto ad una forza di accelerazione costante. In altre parole, la forza di gravità e l'accelerazione sono equivalenti e dipendono dal sistema di riferimento in cui vengono osservati.
Nella teoria di Einstein, la gravità non è una forza, come tutte le altre, ma è la proprietà della materia di deformare lo spazio-tempo. Propriamente, la gravità non è un'interazione a distanza fra due masse, ma è un fenomeno mediato da una deformazione dello spazio-tempo. La presenza di massa determina una curvatura della geometria dello spazio-tempo: poiché i corpi che si muovono in "caduta libera" seguono nello spazio-tempo traiettorie geodetiche, e queste ultime non sono rettilinee se lo spazio-tempo è curvo, ecco che il moto degli altri corpi (indipendentemente dalla loro massa) subisce le accelerazioni che classicamente sono attribuite alla "forza di gravità".
La più grande rivoluzione di Einstein è stata concepire lo spazio come un'entità fisica. Con le sue proprietà fisiche lo spazio-tempo determina il comportamento inerziale e gravitazionale della materia e tutti i fenomeni elettromagnetici che avvengono nel vuoto. Per la fisica, prima di Einstein, lo spazio e il tempo avevano giocato un ruolo puramente passivo in cui si svolgevano gli eventi.
Einstein però andò avanti e arrivò a definire un nuovo modello in cui le particelle sono definite come dei particolari stati dello spazio prodotti dall’energia, e non sono più considerate dei corpi estranei allo spazio, come nei precedenti modelli. Cercò di formulare una teoria del campo unificato in cui lo spazio-tempo, con le sue proprietà fisiche, non solo determina l’inerzia e la gravitazione, ma diventa anche il mezzo attivo delle interazioni elettromagnetiche, dato che viene inteso come campo totale di entrambi i tipi di interazioni.

“La massa impone la curvatura allo spaziotempo; lo spaziotempo d’altra parte impone alla massa come muoversi.”
John Wheeler

È secondo opinione di molti che la teoria della relatività è una teoria rimasta incompiuta, essa ci offre una incredibile ed innovativa descrizione degli effetti della gravità però ci dice poco sulla natura intima dello spazio-tempo. La gravità statistica potrebbe essere il tassello mancante al completamento della teoria della relatività andando a descrivere più nel dettaglio la natura intima della curvatura spaziotemporale attribuendo maggior valore ai concetti di inerzia, velocità, accelerazione e gravità.
Prima di giungere nel vivo della discussione sulla gravità statistica voglio spendere qualche parola su un paio di teorie della gravità che hanno cercato di ampliare i concetti introdotti dalla relatività di Einstein e di suggerire interessanti alternative.

Gravità Teleparallela
La gravità teleparallela nasce dall'estensione di alcune idee di Einstein che tentavano di unificare la gravità con l'elettromagnetismo, idee che furono poi abbandonate dallo stesso Einstein e riprese solo in seguito da altri scienziati.
La gravità teleparallela nonostante sia equivalente in quanto a effetti alla relatività generale, concettualmente è una teoria completamente diversa. Per esempio, il campo gravitazionale è rappresentato dalla torsione, non dalla curvatura. La gravitazione è causata dalla torsione dello spazio-tempo, che agisce come una forza, perciò, le traiettorie non sono descritte dalle geodediche, ma da equazioni di forza.
Il punto fondamentale di questa teoria è che viene sradicata una convinzione diffusa secondo cui la gravità produca una curvatura nello spazio-tempo. Attribuire la curvatura allo spaziotempo non è qualcosa di assoluto, ma dipendente dal modello. Uno degli effetti di questa teoria è che le onde gravitazionali non possono più essere interpretate come la propagazione della perturbazione della curvatura nel tessuto dello spaziotempo, ma come la propagazione delle onde del campo di forza torsionali. Data la natura piatta dello spazio di partenza, nella gravità teleparallela, è difficile immaginare l'esistenza di alcune caratteristiche topologiche tipiche dello spazio-tempo, come i ponti di Einstein-Rosen (conosciuti come warmhole), ipotetiche connessioni di due punti nell'universo che permetterebbero di viaggiare tra di essi più velocemente di quanto impiegherebbe normalmente la luce.
Ancora più importante, la gravità teleparallela sembrerebbe essere una teoria molto più appropriata per trattare la quantizzazione del campo gravitazionale.

Gravità entropica
La teoria della gravità entropica è stata proposta come un'alternativa alla teoria della relatività generale di Einstein. Secondo questa teoria, la gravità non è una forza fondamentale, ma un fenomeno emergente causato dalle interazioni tra le particelle che costituiscono lo spazio vuoto.
Secondo questa teoria, lo spazio vuoto non è completamente vuoto, ma è costituito da una sorta di tessuto o rete di particelle quantistiche. Queste particelle interagiscono tra loro e producono una sorta di pressione, simile a quella del gas in un contenitore. Questa pressione è ciò che crea l'effetto gravitazionale che osserviamo.
Secondo la teoria della gravità entropica, questa pressione del vuoto quantistico è più forte in regioni in cui la densità di materia è maggiore, e questo causa la gravità. In altre parole, la materia non "attrae" altre masse, come in una teoria tradizionale della gravità, ma il tessuto dello spazio reagisce alla presenza di materia producendo un effetto di attrazione.
La teoria della gravità entropica ha suscitato un grande interesse nella comunità scientifica, ma non è stata ancora confermata sperimentalmente. Tuttavia, alcuni risultati preliminari sembrano suggerire che la teoria potrebbe fornire una spiegazione per alcuni fenomeni osservati che altrimenti sarebbero difficili da spiegare con la teoria della relatività generale di Einstein. Ad esempio, alcuni studiosi hanno suggerito che la gravità entropica potrebbe spiegare la materia oscura e l'energia oscura, due componenti misteriose dell'universo che sembrano svolgere un ruolo importante nella struttura e nell'evoluzione dell'universo, ma che finora non sono state direttamente osservate. Altri hanno proposto che la teoria potrebbe fornire una spiegazione per la natura della gravità nei primi istanti dell'universo, durante il periodo di inflazione cosmica.

continua...

[Sandro84]

Energia del vuoto
Il concetto di spazio vuoto è un po' fuorviante in fisica, non deve essere confuso con il “nulla”. Su scala microscopica il mondo sembra essere immerso in una continua attività di creazione e distruzione. Le fluttuazioni quantistiche sono responsabili di questa energia, e rappresentano solo una maniera per descrivere quella regione di spazio che siamo soliti chiamare vuoto e nella quale avvengono tutta una serie di processi che possono essere riassunti in una continua creazione e distruzione di particelle virtuali, un brulicare di energia che prende vita da un’apparente nulla.
Nella formazione di particelle virtuali, è come se spazio vuoto e materia siano due aspetti di una medesima realtà ed in modo dinamico si trasformano l’uno nell’altra. Il tempo di vita di queste particelle è molto breve tanto che lo spazio vuoto appare effettivamente vuoto e per questa loro caratteristica vengono dette virtuali. Tuttavia è grazie a queste particelle che vengono spiegati tutta una serie di fenomeni fisici fra cui: l'effetto Casimir, lo spostamento di Lamb, l'emissione spontanea, le forze di van der Waals, la polarizzazione del vuoto, l'effetto tunnel quantistico, l'evaporazione dei buchi neri ed alcuni tipi di interazione che danno vita al campo di forze (campo elettrostatico, campo di Yukawa e campo gluonico). È come se il vuoto, con le sue particelle virtuali fungesse da serbatoio energetico in continua interazione con la materia ordinaria.
Alcuni ritengono che l'energia del vuoto potrebbe in qualche modo andare a spiegare la presenza della così detta energia oscura che crea gli effetti di una costante cosmologica in grado di accelerare l'espansione dell'universo.

“Lo spazio vuoto non è vuoto. In realtà è la regione dove avvengono i fenomeni fisici più violenti.”
John Wheeler

L'energia del vuoto viene anche detta energia di punto zero. Lo spazio ha un valore minimo di energia. Alcune ricerche in campo energetico stanno teorizzando un modo per estrapolare questa energia dallo spazio ottenendo così una quantità praticamente infinita di energia pulita. È plausibile ritenere che in un futuro lontano saremmo in grado di utilizzare quest'energia e potrà persino essere utilizzata come mezzo di propulsione per motori futuristici.
Mi piace pensare che nell'Universo l'energia si conservi, nonostante la meccanica quantistica ami confonderci le idee al riguardo. L'energia di punto zero ne è un esempio, sembra che per dimensioni piccolissime e per tempi altrettanto piccoli il principio di conservazione venga violato, sembra che sia possibile ottenere energia gratis prendendola in prestito dallo spazio apparentemente vuoto.
Nella gravità statistica il concetto di spazio vuoto è sostituito dallo “spazio mare”, un intricata rete di oggetti dotati di energia e fra di loro connessi a disporsi in un estesa rete di sottofondo. Lo spazio mare non è statico, ma può subire delle leggere fluttuazioni quantistiche. Queste fluttuazioni sono dovute a delle piccole increspature, degli addensamenti in alcuni punti di questo mare. Laddove si verificano questi addensamenti potranno formarsi coppie di particelle virtuali.

Energia oscura e costante cosmologica
L'energia oscura sembra differire da qualsiasi altra forma di energia e materia poiché non è associata ad alcun tipo di particella od onda. Non sappiamo cosa essa sia, si manifesta come una fonte di attrazione gravitazionale diffusa uniformemente nello spazio. Si sa che possiede omogeneità e densità non elevata, e che non interagisce fortemente con alcuna delle forze fondamentali, eccetto la gravità. Dal momento che non è molto densa è improbabile immaginare esperimenti per trovarla in laboratorio. L'energia oscura può tuttavia avere un forte impatto sull'universo, costituendo circa il 70% di tutta l'energia e colmando uniformemente lo spazio vuoto.
L’energia oscura è un’energia associata allo spazio vuoto. Dal momento che energia e massa sono unite dalla formula E=mc², in base alla teoria della relatività generale l'energia del vuoto produrrà effetti gravitazionali assumendo il ruolo di costante cosmologica e questo è il motivo per cui l’espansione accelera la sua corsa.
Per la teoria della gravità statistica, questa energia coincide esattamente con lo spazio mare, che come abbiamo visto non è per nulla vuoto, anzi è costituito da una rete. Questa rete possiamo considerarla, in maniera analoga all'energia oscura (le due cose coincidono), uniformemente distribuita e molto poco densa. La materia è libera di muoversi all'interno di questo mare e di attraversarlo (quasi) a piacimento, la "viscosità" di questo mare è quasi inesistente così come l'attrito. Tuttavia se trattiamo particelle che si muovono alla velocità della luce, questo "attrito" diventa considerevole. Tanto che il limite invalicabile della velocità della luce è dato proprio dal tempo necessario al fotone di interagire con questa rete. Il fotone viaggia sempre alla velocità massima consentita che è stabilita dal tempo necessario ad interagire con la rete di spazio. Questa rete di spazio non è associata ad alcuna massa, è un substrato presente ovunque e nel quale siamo immersi, nel quale sono immersi i pianeti, le stelle, le galassie.
Per comodità mi riferirò a questo tipo di spazio come “spazio mare” così da poterlo distinguere dal guscio di spazio associato alle masse che chiamerò con il nome “spazio cipolla”.

Materia oscura
La materia oscura fu scoperta intorno al 1930 da Fritz Zwicky mentre studiava i movimenti rapidi delle galassie nei loro ammassi. Zwicky capì che l’elevata velocità del movimento orbitale delle galassie poteva essere spiegata solo se si ammetteva che le galassie fossero rappresentate da molta più energia di quella visibile. Nelle galassie doveva esserci una forma di energia invisibile ma che forniva ad esse la maggior parte delle loro masse. Un ulteriore prova dell’esistenza della materia oscura risiede nell’effetto di lente gravitazionale, i raggi luminosi sono curvati dal campo gravitazionale della materia oscura.
Sulla natura della materia oscura c’è un mistero irrisolto: non sappiamo la sua composizione, non sappiamo cos’è ma sappiamo quello che fa. La materia oscura è quasi completamente inerte, non emette ne assorbe luce, tuttavia è influenzata dalla forza di gravità e a sua volta ha effetti gravitazionali. Essa insieme all’energia oscura compone circa il 95% dell’energia dell’universo.
Probabilmente avrete già capito dove voglio arrivare a parare: nella gravità statistica la materia oscura altro non è che lo spazio associato alle masse, ovvero lo “spazio cipolla”.
Quando nell'Universo si genera una qualunque particella, sia essa un fotone, un protone o un elettrone, queste particelle "nascono" indossando un piccolo strato di spazio cipolla intorno ad esse, questo strato resterà loro legato per sempre ed avrà fin da subito capacità di attrarre gravitazionalmente.
Lo spazio cipolla fa anche altro, quando due o più atomi si uniscono a formare una molecola o vengono costretti in uno spazio angusto i loro spazi cipolla si adattano, si riassemblano, modificano, mutano, si viene a creare un nuovo spazio cipolla che tiene conto della nuova configurazione. Quanto è veloce questo riassemblarsi dello spazio cipolla? Istantaneo! Nulla vieta allo spazio cipolla di riadattarsi a velocità superiore a quella della luce, infatti il limite della velocità della luce è stabilito dall'interazione della luce nello spazio, ma per lo spazio stesso non ci sono limiti alla velocità con cui può riadattarsi.

Esperimento dell'effetto Casimir
Una buona teoria, per essere davvero buona dovrebbe poter essere falsificabile, o almeno prevedere degli esperimenti che ne possano avvalorare o smentire le aspettative. Questo primo esperimento che propongo prevede di analizzare se sono presenti delle differenze qualitative nell'effetto Casimir misurato sulla Terra rispetto a quello misurato lontano dalla gravità terrestre.
L'effetto Casimir è una forza attrattiva che si esercita fra due corpi estesi situati nel vuoto, dovuta alla presenza del campo quantistico di punto zero tra i due corpi. Si ritiene che l'energia di punto zero sia distribuita omogeneamente nell'Universo. Quindi quello che dovremmo aspettarci dall'esperimento è che l'effetto Casimir misurato qui sulla Terra sia lo stesso misurato al di fuori dell'influenza dello spazio cipolla terrestre.
Secondo la gravità statistica potrebbe accadere qualcosa di diverso. Non solo lo spazio mare, anche lo spazio cipolla potrebbe contribuire alla formazione di particelle virtuali ed aumentare quindi l'energia di punto zero laddove sia presente. Quello che potremmo aspettarci da questo esperimento, è di poter rilevare un effetto Casimir che si riduce proporzionalmente all'allontanarsi dal campo gravitazionale terrestre.

continua...

[Sandro84]

Quantizzare lo spazio
Un passo fondamentale per capire la natura intima dell'Universo sarà riuscire a quantizzare lo spazio. Abbiamo visto come lo spazio non può essere ridotto a substrato inerme nel quale agiscono i fenomeni fisici. Lo spazio ha un ruolo attivo, partecipa e da il suo contributo alla realizzazione di ogni fenomeno in natura. Dobbiamo imparare ad immaginare lo spazio come un reticolo tridimensionale nel quale sono immersi materia e radiazioni (ed i relativi spazi cipolla ad essi associati).
Possiamo immaginare lo spazio formato da minuscoli mattoncini dalle dimensioni infinitesimali, e capire il funzionamento di questi mattoncini sarà l'unico modo per capire fino in fondo la natura. Tuttavia ci è impossibile indagare la natura al di sotto di certe scale e probabilmente l'impossibilità resterà per molto tempo. L'unica cosa che possiamo fare è ipotizzare la forma, la geometria ed il modo in cui questi mattoncini interagiscono fra loro per creare tutto quello che osserviamo in natura. Secondo la gravità statistica questi mattoncini rappresenterebbero la vera particella fondamentale sottostante la natura, l'Universo sarebbe quindi composto unicamente da questi mattoncini che a seconda della geometria e delle interazioni possono formare spazio, materia, radiazione.
In altre parole lo spazio non è altro che una forma di energia costituito dalla stessa sostanza di cui è composta la materia. La forma di questi mattoncini potrebbe essere benissimo quella di una stringa, o di un anello (gravità a loop), o persino una superficie bidimensionale (spin foam). Una volta che avremmo capito la forma, le geometrie ed il modo di interazione di questi mattoni la natura non avrà più segreti (più facile a dirsi che a farsi).
La bellezza della teoria delle stringhe è la sua incredibile semplicità concettuale. In tutte le teorie le leggi del moto descrivono come si muove una particella in assenza di forze esterne e le leggi che governano le forze non presentano alcuna connessione logica con le leggi del moto. Nella teoria delle stringhe succede una cosa fantastica, il moto viene unificato alle forze, le quali presentano la stessa, semplice origine, derivano tutte dalla rottura e dall’unione di stringhe. Tutte le forze ed il moto sono spiegati attraverso l’esistenza di sole due costanti fondamentali, la tensione della stringa, che descrive la quantità di energia contenuta nella stringa per unità di lunghezza e la costante d’accoppiamento che rappresenta un numero compreso fra zero e uno che descrive la probabilità che una stringa si divida per dare origine ad una forza. La costante d’accoppiamento non è data dalla teoria ma deve essere ricavata dall’ambiente in cui la stringa viene a trovarsi. Una stringa unidimensionale che si muove nel tempo crea una superficie bidimensionale nello spazio-tempo definita grossomodo come prodotto tra la lunghezza della stringa per la sua durata nel tempo. Il movimento della stringa è tale da minimizzare quest’area. Una legge concettualmente semplice spiega il movimento delle stringhe e, se permettiamo ad esse di spezzarsi e di unirsi, l’esistenza di tutte le forze. La teoria unifica le particelle, le forze ed il movimento, ed è più semplice delle leggi che descrivono le singole cose che unifica. Il limite della teoria delle stringhe è che il suo approccio consiste nel piazzare oggetti quantistici in uno spazio-tempo relativistico, non punta quindi ad una quantizzazione vera e propria dello spazio-tempo.
La gravità a loop affronta il problema principale della fisica, in maniera lungimirante e con un intuizione sorprendente affermando che lo spazio è una realtà fisica tangibile e che non possa essere diviso infinitamente, ma debba, invece, essere quantizzato.
Questa è, secondo me, l'unica strada per giungere a profondi progressi nel campo della fisica, la quantizzazione dello spazio sarà l'unico modo di spiegare coerentemente la gravità. La gravità a loop oltre a dare una spiegazione coerente della gravità attraverso la descrizione fine dello spazio dovrebbe sforzarsi di ricercare l'unità e la simmetria tra spazio, particelle e moto.
La teoria delle stringhe e la gravità a loop hanno molto in comune, entrambe hanno compreso che la soluzione per avere progressi in fisica vada ricercata nell'infinitamente piccolo, entrambe le teorie tengono a mente che la matematica è uno strumento incredibilmente utile per la ricerca di ciò che non possiamo osservare direttamente ed entrambe le teorie ricercano un qualche mattone fondamentale con forme semplici e proprietà semplici per spiegare i fenomeni più complessi.
Forse non sarà mai possibile avere una quantizzazione coerente dello spazio, forse non potremmo mai attribuire un valore di energia allo spazio, definirne la geometria, i meccanismi di interazioni e l'eventuale forma o forme dei costituenti fondamentali.
La quantizzazione dello spazio dovrà prevedere la simmetria tra spazio, materia e radiazione. Dovrà spiegare la forza di gravità, la materia e l'energia oscura come conseguenza della geometria dello spazio. Dovrà spiegare tutte le interazioni della materia, l'antimateria, particelle virtuali e fotoni, fra di loro ed il loro movimento nello spazio. Potrebbe essere la tanto agognata “teoria del tutto” in grado di spiegare ogni meccanismo nell'Universo.

“La fisica moderna... ha posto il nostro pensiero circa l’essenza della materia in un contesto diverso. Essa ha spostato la nostra attenzione dal visibile, le particelle, all’entità soggiacente ad esse, il campo. La presenza di materia è solo una perturbazione dello stato perfetto del campo in quel punto; si potrebbe quasi dire che è qualcosa di accidentale, soltanto un “difetto”. Di conseguenza, non ci sono leggi semplici che descrivono le forze tra le particelle elementari... Ordine e simmetria devono essere cercati nel campo soggiacente ad esse.”
Walter Thirring

Considerazioni sul tempo
Per superare la teoria della relatività di Einstein dobbiamo per prima cosa demolire il suo concetto di continum spazio-temporale. Partiamo dal riconsiderare il tempo.
Il tempo, diversamente da quanto intuitivamente siamo portati a credere, non è una proprietà fondamentale della natura. Lo spazio o più in generale l'energia sono proprietà fondamentali della natura, ma non il tempo. Il tempo è una proprietà emergente, è utile per descrivere, ma non è qualcosa di tangibile, è inconsistente non fa parte del tessuto dello spazio (anche se ne è influenzato).
Percepiamo lo scorrere del tempo solo se l'energia si muove, e l'energia si muove solo quando due o più sistemi sono in disequilibrio. Senza disequilibrio non c'è movimento e non avvertiamo lo scorrere del tempo. Non esiste uno scorrere cosmico del tempo, un orologio divino, un tempo assoluto. Il tempo definisce il movimento di energia che cerca l'equilibrio in due sistemi in disequilibrio.
Lo spazio è strettamente associato al tempo. La relatività ha compreso e sfruttato questa stretta associazione. Einstein capì che il tempo non è assoluto ma dipende dalla qualità dello spazio in cui viene misurato.
Poiché l'energia nell'Universo non si muove ovunque allo stesso modo, neanche il tempo scorrerà ovunque allo stesso modo. La qualità dello spazio influenza il movimento dell'energia e quindi lo scorrere del tempo. La gravità distorce il tempo e più essa è forte più il tempo sarà rallentato. Questo fatto è stato dimostrato sperimentalmente con il famoso esperimento degli orologi atomici, posti uno a terra e l'altro in volo su di un aereo. La gravità sulla superficie della Terra è più forte (anche se di poco) rispetto a quella a bordo di un aereo ed il tempo misurato sulla superficie scorrerà più lentamente (anche se di poco) rispetto al tempo misurato sull'aereo.
Quella che per Einstein era la curvatura dello spazio-tempo, nella gravità statistica è una proprietà intrinseca della materia, ovvero la capacità che ha la materia di avere sempre con se, tutto intorno, un guscio di spazio cipolla.
Il tempo è una proprietà emergente, non ha senso parlare di tempo alla scala di Planck, è un indice “macroscopico” delle relazioni tra diverse entità dotate di energia. Un errore della relatività è considerare lo spazio-tempo come un continum spaziotemporale. Così come le unità fondamentali dello spazio (e dell'energia in generale) dovrebbero essere di dimensioni intorno alla scala di Plank, allo stesso modo anche il tempo (come descrizione di relazione tra entità) avrà delle dimensioni minime poiché non ha senso descrivere la relazione tra entità più piccole di quelle fondamentali. Alla scala di Plank i fenomeni ci apparirebbero discreti con un tempo che “scorre” a scatti e lo spazio ci apparirebbe come un discretum spaziotemporale.
La differenza tra la gravità statistica con il concetto di curvatura spaziotemporale è veramente sottile. Il movimento delle masse non è più un movimento che segue delle linee nello spazio-tempo curvo. La materia non si limita semplicemente a muoversi nello spazio. Non avendo più un continum spaziotemporale, ma uno spazio quantizzato, va aggiunto un altro piccolo tassello nella descrizione del movimento. Lo scriverò in grassetto, perché è il concetto chiave per capire la gravità statistica.

Il movimento nello spazio è stabilito dall'interazione con lo spazio.

continua...

[Sandro84]

Alcune caratteristiche della gravità statistica riprendono una concezione classica di forza di gravità perché anch'essa agisce istantaneamente e a distanza proprio come faceva la forza di gravità di Newton.
A differenza delle altre forze in natura in cui la repulsione o l'attrazione avvengono con urti e scambi di particelle, qui non c'è nessuno scambio di particelle, lo scambio avviene tra le unità fondamentali che formano lo spazio stesso. Il mediatore di questa forza non va ricercato in un ipotetico gravitone in grado di viaggiare a velocità superluminale, proprio come per la relatività generale di Einstein, è lo spazio (quantizzato) stesso a mediare gli effetti della gravità. Lo spazio cipolla determina la direzione del moto degli oggetti in esso contenuti.

Esempi di gravità statistica
Di seguito passerò in rassegna alcuni semplici esempi per cercare di farvi capire meglio il funzionamento della gravità statistica.
In questo primo esempio prendiamo in esame un pallone da calcio. Provate a sollevarlo da terra e lasciatelo poi sospeso a mezz'aria. Cosa sta succedendo ora al pallone da calcio? La palla si sta muovendo, e lo sta facendo in una direzione ben precisa (verso il pavimento). Lo spazio cipolla della Terra si presenta a strati concentrici via via meno densi a mano a mano che ci allontaniamo dalla superficie del pianeta. Persino nella piccola porzione di spazio che stiamo considerando, cioè quella che avvolge la palla, ci saranno delle leggere differenze di densità tra la parte rivolta verso il soffitto e quella rivolta verso il pavimento. La maggiore densità nella rete di spazio cipolla nella parte della palla rivolta verso il pavimento farà si che il movimento potrà avvenire in quell'unica direzione, il movimento della palla avrà quindi una direzione preferenziale, avrà una probabilità del 100% di avvenire in direzione del pavimento. La palla non ha nessuna possibilità di muoversi in una direzione diversa. La palla è abbastanza grande (ha una massa tale) da "sentire" la differenza di densità dello spazio nel suo intorno.
Ora immaginiamo di imbarcarci in compagnia del nostro pallone da calcio su di un razzo che ci porti nello spazio profondo, lontani dall'influenza della gravità terrestre. Ripetiamo l'esperimento precedente, lasciamo la palla sospesa. Ora la palla non è immersa in nessuno spazio cipolla (tralasciando quelli, ininfluenti, del razzo spaziale o della palla stessa). Le differenze nella rete dello spazio intorno alla palla non saranno più statisticamente rilevanti al fine di influenzarne il movimento. La palla avrà la stessa probabilità di muoversi in ogni direzione, quindi sostanzialmente starà ferma, galleggerà in sospensione. La palla, così come ogni altro oggetto nell'Universo è sempre in movimento, sia che si trovi o no immersa all'interno di uno spazio cipolla. Il moto avrà una direzione preferenziale se nell'intorno dell'oggetto è presente una differenza di densità statisticamente rilevante per quell'oggetto oppure se quell'oggetto ha ricevuto una spinta (ha acquisito quindi energia cinetica).
Mettiamo in moto il razzo e impostiamo la rotta per la Luna. Atterriamo sul suolo lunare e procediamo con il prossimo esempio. Ripetiamo il celebre esperimento condotto dall'astronauta dell'Apollo 15 David Randolph (su internet è facilmente reperibile il video dell'esperimento) e facciamo cadere una piuma ed un martello dalla stessa altezza analizzando cosa succede dal punto di vista della gravità statistica. Come sappiamo (già dai tempi di Galileo Galilei) la piuma ed il martello raggiungono la superficie lunare contemporaneamente nonostante abbiano masse diverse. Potrebbe sembrare contro intuitivo, infatti qui sulla Terra l'attrito con l'aria rallenta la discesa della piuma, ma sulla Luna l'atmosfera è così sottile e rarefatta da permettere l'esperimento. Sia la piuma che il martello "sentono" la differenza di densità tra i diversi strati del guscio di spazio cipolla lunare. Entrambi i corpi hanno una probabilità del 100% di muoversi in direzione del suolo lunare. Sono entrambi vincolati statisticamente dalla gravità lunare. La velocità con cui i corpi si muovono verso il suolo non dipende dalla massa o dalla forma dei corpi in caduta, ma dalla variazione di densità tra due strati dello spazio cipolla adiacenti. Siccome questa variazione di densità resta costante all'interno di uno spazio cipolla, ne consegue che anche l'accelerazione gravitazionale resterà costante. Più è grande la massa di un oggetto che produce uno spazio cipolla e più sarà grande la variazione di densità tra gli strati di questo stesso spazio. Se immaginassimo di colorare questi strati dando più o meno colore a seconda della variazione di densità tra strati adiacenti, vedremo qui sulla Terra degli stacchi di colore più netti tra uno strato e l'altro rispetto agli strati dello spazio lunare che risulterebbero, se messi a confronto, più sfumati.
Nel prossimo esempio prendiamo in considerazione il comportamento di una molecola di ossigeno nell'atmosfera terrestre. Perché la molecola di ossigeno non sente la gravità ed è "libera" di svolazzare nel cielo? Semplicemente perché la probabilità della molecola di ossigeno di "cadere" (muoversi in direzione del suolo) è inferiore al 100%. Il movimento della molecola non sarà vincolato in un unica direzione, tuttavia il movimento in direzione del suolo avrà comunque una probabilità superiore rispetto alle altre direzioni. Immaginando poi di salire ad alte quote, mano a mano che ci allontaniamo dalla superficie terrestre, questo scarto di probabilità in più tende ad appiattirsi ed uniformarsi con la probabilità di movimento nelle altre direzioni. Si raggiungerà infine una quota in cui la probabilità di movimento della molecola d'ossigeno sarà la stessa in ogni direzione. A causa di ciò, le molecole d'ossigeno si accumulano in uno strato specifico dell'atmosfera diventando sempre meno presenti mano a mano che saliamo di quota.
Oltre allo spazio cipolla terrestre, siamo immersi in altri tipi di spazio cipolla, come ad esempio quello del Sole oppure a quello della galassia. Tutti questi spazi possono intersecarsi fra di loro ed ognuno avrà la sua densità e sarà in grado di influenzare il movimento di oggetti più o meno grandi ad una distanza più o meno ampia. Per questo motivo percepiamo l'azione dello spazio cipolla terrestre ma non ci accorgiamo per esempio dell'azione dello spazio cipolla della galassia (se non indirettamente). Per questo motivo quando usciamo fuori in giardino non voliamo via verso il Sole ma rimaniamo con i piedi ben saldi sulla superficie terrestre. Proprio come l'atomo di ossigeno, siamo troppo piccoli affinché il "contatto" con lo spazio cipolla solare sia statisticamente rilevante per influenzare il nostro movimento nella sua direzione.

continua...

[Sandro84]

Energia cinetica
Nella gravità statistica lo spazio quantizzato è composto da una più o meno fitta rete di elementi. Ed il movimento di un oggetto nello spazio quantizzato avviene a causa dell'interazione dell'oggetto con lo spazio stesso. Più precisamente ad interagire con lo spazio non è tutto l'oggetto nella sua interezza ma soltanto il guscio di spazio cipolla ad esso associato. In pratica il guscio cipolla oltre ad avvolgere gli oggetto come una nuvola fa da tramite nell'interazione con lo spazio, permettendo il movimento degli oggetti nello spazio. Quando la nuvola di spazio cipolla interagisce con lo spazio circostante traina l'intero oggetto a spasso per lo spazio. Cerchiamo ora di capire cosa distingue un oggetto in quiete da un oggetto in movimento. Apparentemente un oggetto in quiete è identico ad un oggetto in movimento tranne per il fatto che quest'ultimo si muove e ad esso è attribuita una quantità di energia extra, corrispondente all'energia del movimento, ovvero l'energia cinetica. Sappiamo anche che per portare un oggetto in movimento ci vuole un certo dispendio di energia o lavoro, e più l'oggetto è grande maggiore sarà l'energia necessaria per contrastare l'inerzia dell'oggetto. Per smuovere un oggetto dal suo stato di quiete dobbiamo necessariamente fornirgli una quantità di energia proporzionale alla massa dell'oggetto ed alla velocità a cui vogliamo portarlo. Questa energia verrà quindi trasferita all'oggetto e verrà "immagazzinata" sotto forma di energia cinetica.
Apparentemente un oggetto che si muove è indistinguibile da un oggetto in quiete (tralasciando il fatto che uno dei due si sta muovendo). Il cambiamento è impercettibile, non lo possiamo vedere con i nostri occhi, perché il cambiamento avviene proprio a livello dello spazio cipolla. Questa è una conseguenza logica per la gravità statistica: se lo spazio cipolla è il mediatore del movimento nello spazio, allora un oggetto che sconfigge la sua inerzia e passa dallo stato di quiete a quello di moto dovrà subire un cambiamento proprio nello spazio cipolla. Lo spazio cipolla è responsabile di questo immagazzinamento di energia cinetica, è il responsabile del mutamento che avviene quando l'oggetto passa dallo stato di quiete ad uno stato di moto.
Lo spazio cipolla è in grado di adattarsi istantaneamente ai mutamenti. Per esempio quando due atomi si uniscono a formare una molecola, lo spazio cipolla di ognuno degli atomi andrà a mescolarsi con l'altro a formare un unico spazio cipolla per l'intera molecola.
Allo stesso modo, quando un oggetto passa dallo stato di quiete ad uno stato di moto, lo spazio cipolla ad esso associato subisce un cambiamento. Questo cambiamento consiste nella ridistribuzione dello spazio cipolla stesso in una conformazione più o meno polarizzata nella direzione della forza che ha messo in movimento l'oggetto. Ovviamente più lo spazio cipolla sarà polarizzato e maggiore sarà la velocità dell'oggetto nello spazio.
Proverò a spiegarlo meglio con un piccolo esempio, quando prendiamo in mano una palla da baseball e la scagliamo lontano, stiamo di fatto polarizzando lo spazio cipolla della palla nella direzione del lancio. La palla avrà "memoria" di questa polarizzazione finché manterrà il moto. Maggiore sarà la forza che imprimiamo durante il lancio, maggiore sarà la polarizzazione che riceverà lo spazio cipolla della palla, maggiore sarà la velocità di movimento della palla nello spazio. La polarizzazione verrà poi mitigata leggermente con le forze di attrito con l'aria e verrà infine del tutto persa quando la palla urterà il terreno e si fermerà. Se avessimo abbastanza forza da mandare la palla in orbita con un lancio, questa manterrà la polarizzazione dello spazio cipolla ad essa associato restando in uno stato di moto intorno alla Terra.

Fisica delle particelle
Nel modello standard le particelle vengono a formarsi in un processo di rottura spontanea della simmetria. Quelle dotate di massa si formano in seguito ad una rottura spontanea della simmetria dovuta alla condensazione tachionica del campo di Higgs. A causa delle fluttuazioni quantistiche del vuoto è possibile che in alcuni punti il campo di Higgs si polarizzi andando a formare un bosone di Higgs con conseguente rottura della simmetria.
Nella gravità statistica il campo di Higgs coincide esattamente con lo “spazio mare”, infatti entrambi sono ubiquitari, ed entrambi generano particelle in un processo di rottura della simmetria. Nella gravità statistica quando viene a formarsi una qualsiasi particella (non solo quelle dotate di massa) essa è generata in stretta associazione con uno “spazio cipolla”. Tutte le particelle hanno intorno a sé uno “spazio cipolla” che permette loro di muoversi nello spazio.
La differenza tra particelle dotate di massa inerziale come per esempio leptoni e quark e particelle non dotate di massa come fotoni e gluoni andrebbe ricercata nella quantità e nella polarizzazione del loro spazio cipolla. Possiamo considerare particelle sfuggenti e veloci come il fotone o il neutrino come particelle con uno spazio cipolla fortemente limitato ed estremamente polarizzato.
Il fotone è in continuo movimento proprio a causa dell'elevata polarizzazione dello spazio cipolla intorno ad esso. Viene considerato privo di massa perché la polarizzazione dello spazio cipolla è tale da spingerlo in continuazione alla massima velocità. Non ha possibilità ne di fermare ne di rallentare la sua corsa perché non è possibile invertire la polarizzazione del suo spazio cipolla.
Continuiamo a prendere in considerazione il bizzarro comportamento dei fotoni, proviamo a capire come agisce la gravità statistica su queste sfuggenti particelle. I fotoni, dal momento in cui nascono, iniziano il loro viaggio e vanno dritti per la loro strada, percorrendo, talvolta, distanze incredibili. Sul pianeta Terra i fotoni viaggiano abbastanza liberamente, può capitare loro di colpire un elettrone di un atomo che incontrano sulla loro strada (che è quello che accade, per esempio, nella nostra retina), ma, per quanto riguarda la gravità terrestre (lo spazio cipolla terrestre), i fotoni sono talmente piccoli da non percepire statisticamente le variazioni tra gli strati tra un sopra ed un sotto. Semplicemente è come se non sentissero la gravità terrestre, il loro movimento è indipendente dallo spazio cipolla della Terra.
Se i fotoni dovessero attraversare uno spazio cipolla più denso di quello terrestre come ad esempio quello di una stella, in quel caso i fotoni percepiranno le variazioni di densità dello spazio cipolla della stella, statisticamente non saranno vincolati a cadere sulla stella, ma la loro traiettoria subirà una leggera variazione (effetto lente gravitazionale).
Se prendiamo in considerazione uno spazio cipolla ancora più denso come quello di un buco nero, allora i fotoni che lo attraversano, non solo percepiranno le variazioni di densità dello spazio cipolla tra sopra e sotto, ma saranno statisticamente vincolati a cadere dentro al buco nero.

La velocità della luce
Si è soliti definire il fotone come una particella priva di massa che nel vuoto si propaga con una certa lunghezza d'onda alla velocità della luce che rimane costante (quasi 300'000 km/s).
Il fotone si muove interagendo di continuo con il reticolo dello spazio nella direzione in cui lo spazio cipolla del fotone stesso è polarizzato. Se presumiamo che la larghezza delle maglie del reticolo possa essere nell'ordine di grandezza di Plank allora in un secondo un fotone interagirebbe con almeno {10}^{43 } stringhe.
Si evince che un fotone che attraversa un reticolo spaziale denso si muoverà più lentamente, rispetto ad un fotone che ne attraversa uno meno denso, ma la differenza sarà minima ed impercettibile. La velocità della luce nel vuoto non è quindi costante ma dipenderà dalla densità di eventuali spazi cipolla presenti.
Questo sembra un po' un ritorno al passato, a quando inizialmente Maxwell diede ai risultati ottenuti una spiegazione meccanicistica, interpretando i campi come stati di tensione in un mezzo leggero chiamato etere luminifero e le onde elettromagnetiche come onde elastiche di questo etere. In questo modello, lo spazio è visto come un vero e proprio etere sul quale si adagiano le altre forme di energia, ma con la differenza (rispetto a Maxwell) che l'etere in questione non si trova immerso nello spazio, ma è piuttosto lo spazio stesso.

continua...

[Sandro84]

La natura intima dello spazio
Mi piace pensare che l'intero Universo sia costituito da stringhe, mi sembrano i costituenti più semplici che si possano immaginare per dare vita ad ogni forma di energia, spazio compreso. Non ho idea di quali possano essere tutte le proprietà di queste stringhe così come non ho idea di come possa essere la geometria dello spazio da esse formata, farò solo delle supposizioni su alcune caratteristiche che, credo, lo spazio debba avere.
Lo spazio mare è la forma di energia più diluita, ha una grande versatilità, può trasformarsi, in particolari condizioni, in particelle (con al seguito lo spazio cipolla) e queste ultime possono a loro volta decadere ritrasformandosi in spazio mare. Le particelle virtuali responsabili delle fluttuazioni del vuoto e di numerosi fenomeni fra cui le forze atomiche e subatomiche, prendono vita, se pur per breve tempo, proprio da questo intricato mare.
Lo spazio cipolla è in generale più denso rispetto allo spazio mare, media gli effetti gravitazionali e della relatività. Un osservatore che si trova lontano da un campo gravitazionale percepirà uno scorrere del tempo più veloce rispetto ad un osservatore immerso in un campo gravitazionale poiché ci saranno meno stringhe di spazio con cui interagire. In maniera analoga se rimaniamo immobili il nostro tempo risulterà più veloce rispetto ad un osservatore che si sta muovendo nello spazio, poiché quest'ultimo interagirà con una quantità maggiore di stringhe di spazio. Il tempo descrive le interazioni tra le forme di energia, e poiché lo spazio è una forma di energia, la sua densità influenza lo scorrere del tempo. Quindi lo scorrere del tempo è strettamente associato all'interazione con lo spazio. Questa interazione può variare sia in relazione della densità dello spazio (in presenza di spazio cipolla) sia in base alla velocità relativa dell'oggetto nello spazio.

La gravità statistica
Il motivo per cui la conciliazione tra teoria della relatività e meccanica quantistica rimane tanto difficile è perché ci si sforza di immaginare la gravità alla stregua delle altre forze. I successi della meccanica quantistica, della teoria dei campi e della QED ci hanno portato ad immaginare che la gravità potesse avere come mediatore una particella (gravitone). Ma la teoria della relatività ci insegna che lo spazio (e di conseguenza il tempo) è qualcosa di relativo, che in qualche modo può essere modificato, per esempio dalla gravità. Quantizzando opportunamente lo spazio, la gravità emerge spontaneamente. La gravità non è altro che la descrizione del moto degli oggetti nello spazio quantizzato. Lo spazio stesso è il mediatore degli effetti gravitazionali. La gravità è profondamente differente dalle forze che tengono unite le particelle, non vengono scambiate particelle tra corpi attratti gravitazionalmente. Il concetto di campo gravitazionale è quindi sostituito da quello di una geometria dello spazio intorno al corpo dotato di massa che si presenterà con un reticolo in una forma più densa rispetto ad altri punti dello spazio dove la massa non è presente. Il moto è favorito in direzione di una maggiore densità del reticolo spaziale per ragioni probabilistiche.
Mettiamoci nei panni di Newton alla luce di quello che ora sappiamo (supponiamo di sapere), stiamo tranquillamente riposando all'ombra di un melo quando all'improvviso avviene l'inevitabile, o per meglio dire il più probabile, una mela si stacca dall'albero ed invece di volare via nel celo, ci cade in testa. La statistica determina la direzione del moto, non c'è una vera e propria forza che esercita una pressione sulla mela che la obbliga a caderci in testa. Semplicemente la mela segue il percorso più probabile che coincide con quello nella direzione in cui il reticolo dello spazio è più denso. La quantizzazione dello spazio prevede che un oggetto per potersi muovere nello spazio è obbligato ad interagire con lo spazio stesso, di conseguenza l'oggetto avrà più probabilità di interazione nella direzione di un reticolo di spazio denso rispetto ad uno meno denso.

“Bisogna rendere ogni cosa il più semplice possibile, ma non più semplice di ciò che sia possibile!”
Albert Einstein

Fine