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  1. #1
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    Un tuffo nello spaziotempo

    GRAVITA’ QUANTISTICA FLUIDIFICATA

    Un tuffo nello spaziotempo


    Se lo spaziotempo fosse un liquido, avrebbe una viscosità bassissima, come i "superfluidi". Uno studio condotto da due ricercatori italiani ha mostrato come dovrebbero comportarsi gli “atomi” che, secondo alcuni modelli di gravità quantistica, compongono il fluido dello spaziotempo

    di Stefano Parisini


    Jason-Ralston-CC-BY-2.0.jpg
    Crediti immagine: Jason Ralston (CC BY 2.0)


    Attualmente uno dei problemi più pregnanti in fisica teorica è l’armonizzazione della teoria della relatività generale, che descrive la gravità applicata alle grandi masse (stelle, pianeti, galassie), con la meccanica quantistica che descrive le altre tre forze fondamentali della natura (elettromagnetica, debole e forte) che agiscono su scala microscopica. Nella relatività generale, l’interazione gravitazionale è vista come una conseguenza della curvatura dello spaziotempo – la struttura quadridimensionale dell’universo – creata dalla presenza di corpi dotati di massa o energia. Mentre la fisica classica prevede che lo spaziotempo sia continuo, secondo alcuni modelli di gravità quantistica (come, ad esempio, la teoria delle stringhe) nel regno dell’infinitamente piccolo (alla scala di Planck, 10-33cm) lo spaziotempo avrebbe una natura discreta, quantizzata. Una struttura di questo tipo implica in generale, ad altissime energie, violazioni della relatività speciale di Einstein, che è parte integrante della relatività generale.


    In tale quadro di riferimento teorico è stata avanzata l’idea di considerare lo spaziotempo come un fluido. In questo senso la relatività generale sarebbe l’analogo dell’idrodinamica per i liquidi: questa infatti descrive il comportamento del fluido a livello macroscopico, ma non dice nulla sugli atomi/molecole che lo compongono. Nello stesso modo, secondo alcuni modelli, la relatività generale non direbbe nulla sugli “atomi” che compongono lo spaziotempo, ma descriverebbe la dinamica di quest’ultimo come oggetto intrinsecamente “classico”. Lo spaziotempo sarebbe dunque un fenomeno “emergente” da entità più fondamentali, proprio come l’acqua è ciò che noi percepiamo dell’insieme di molecole di H2O che la costituiscono.


    In uno studio appena pubblicato su sulla rivista Physical Review Letters, due ricercatori italiani, Stefano Liberati, professore della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste, e Luca Maccione, ricercatore dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco, usando in maniera innovativa strumenti della fisica delle particelle elementari e dell’astrofisica delle alte energie, hanno descritto gli effetti che si dovrebbero osservare se lo spaziotempo avesse una natura fluida. Liberati e Maccione hanno anche proposto le prime verifiche osservative di questi fenomeni, un elemento importante per discriminare tra i molti modelli di gravità quantistica proposti finora, che risultano al di fuori della portata degli esperimenti di laboratorio.
    Liberati.jpg
    Stefano Liberati


    Nei modelli in cui lo spaziotempo emerge da oggetti più fondamentali, in analogia con i fluidi, sono stati previsti e studiati in passato effetti che implicano modifiche nella propagazione dei fotoni, i quali viaggerebbero a velocità diversa a seconda della loro energia. Ma non basta. “Se si segue l’analogia con i fluidi non ha senso aspettarsi solo questo tipo di modifiche” spiega Liberati. “Se lo spaziotempo è un tipo di fluido, allora bisogna tenere conto anche della sua viscosità e di altri effetti dissipativi, cosa che nessuno aveva mai considerato in dettaglio finora”.


    Liberati e Maccione hanno catalogato questi effetti e mostrato che la viscosità tenderebbe a far svanire molto velocemente fotoni e altre particelle nel loro tragitto. “Eppure noi possiamo vedere fotoni provenienti da oggetti astrofisici a milioni di anni luce da noi”, continua Liberati. “Se lo spaziotempo è un fluido, allora, secondo i nostri calcoli, deve trattarsi per forza di un superfluido. Questo significa che il valore della sua viscosità è bassissimo, prossimo allo zero”.


    “Abbiamo inoltre previsto altri effetti dissipativi più deboli, che potrebbero essere rilevati con future osservazioni astrofisiche. Se questo accadesse, si tratterebbe di un forte indizio a supporto dei modelli dello spaziotempo emergente”, conclude Liberati. “Con la tecnologia attuale in astrofisica, i tempi sono ormai maturi per portare la gravità quantistica da un piano meramente speculativo a uno più prettamente fenomenologico. Non si può immaginare un momento più interessante per dedicarsi alla gravità”.


    Per saperne di più:


    Il preprint dello studio “Astrophysical constraints on Planck scale dissipative phenomena” di Stefano Liberati e Luca Maccione


    Articolo originale QUI.

  2. #2
    Nana Rossa L'avatar di Beppe
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    Speculazione interessante, specialmente perché condotta da un gruppo di ricercatori italiani.
    Credo che sia assodato da tempo che alla scala di Planck lo spazio sia discreto, quindi anche il tempo.
    Definire la gravità come una melassa penso sia stato già fatto da Higgs.
    A questo punto definire lo spazio-tempo come un fluido è il passo successivo, anche se mi pare un ritorno al passato, al tempo dell'etere per spiegare la diffusione delle onde luminose...
    Più che dare risposte sensate, una mente scientifica formula domande sensate (C.L.Strauss)

  3. #3
    Nana Rossa L'avatar di tino77
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    Beppe il tempo, fino a prova contraria, non appare discreto.
    Celestron C8 + AVX. Oculari: ES 35, Cel 25, TS WA 20, Planetary ED 15 - 12 - 8
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  4. #4
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    Citazione Originariamente Scritto da tino77 Visualizza Messaggio
    Beppe il tempo, fino a prova contraria, non appare discreto.
    Beh, il tempo di Planck è considerato il tempo più corto misurabile. Di fatto, quindi, anche il tempo può essere considerato discreto. Anche se non sembra.
    Gli stessi argomenti possono valere per lo spazio, e alcune teorie su spazio e tempo discreti sono state formulate e messe alla prova...

  5. #5
    Nana Rossa L'avatar di alexander
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    sinceramente lo spazio tempo discreto non mi ha mai entusiasmato però è l'ipotesi che va per la maggiore...
    Anche se mi viene da dire che: ma tra uno spazio discreto e l'altro cosa c'è? il nulla?
    Complicata la domanda e un pò troppo semplice la risposta!
    mai si volta chi alle stelle è fisso. (L. Da Vinci)

  6. #6
    Sole L'avatar di ciclociano
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    La misurazione del tempo in maniera discreta ti fa sorgere qualche problema? Cosa c'è tra un secondo e l'altro, il nulla? Credo di no, semplicemente sono delle unità di misura adiacenti le une alle altre, sovrapposte come le pagine di un libro. Questo credo si possa immaginare anche per lo spazio-tempo, dove ogni "pagina" ha un fronte e un retro indivisibile, e di dimensione nulla.

  7. #7
    Nana Rossa L'avatar di alexander
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    Citazione Originariamente Scritto da ciclociano Visualizza Messaggio
    La misurazione del tempo in maniera discreta ti fa sorgere qualche problema? Cosa c'è tra un secondo e l'altro, il nulla? Credo di no, semplicemente sono delle unità di misura adiacenti le une alle altre, sovrapposte come le pagine di un libro. Questo credo si possa immaginare anche per lo spazio-tempo, dove ogni "pagina" ha un fronte e un retro indivisibile, e di dimensione nulla.
    non credo che per spazio tempo discreto si intenda proprio questo...
    forse la definizione è più simile ai pixel in un pc...
    mai si volta chi alle stelle è fisso. (L. Da Vinci)

  8. #8
    Sole L'avatar di ciclociano
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    Attenzione a non considerare solo lo spazio-inteso come volume- ma a valutare la grandezza indissolubilmente legata alla dimensione temporale!
    Finora abbiamo sempre considerato lo spazio-tempo una struttura continua, ma una delle ipotesi proposte per risolvere i problemi della schiuma quantistica è quella di considerare lo spazio-tempo discreto sulla scala di Planck. La continuità sarebbe allora l'approssimazione su scale più grandi di un mondo essenzialmente fatto a "cellette" di spazio-tempo, dove i processi fisici accadono "a scatti" attraverso un tempo minimo, e sono in realtà più simili a "fotogrammi" che a processi continui.

  9. #9
    Nana Rossa L'avatar di tino77
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    Citazione Originariamente Scritto da Red Hanuman Visualizza Messaggio
    Beh, il tempo di Planck è considerato il tempo più corto misurabile. Di fatto, quindi, anche il tempo può essere considerato discreto. Anche se non sembra.
    Gli stessi argomenti possono valere per lo spazio, e alcune teorie su spazio e tempo discreti sono state formulate e messe alla prova...
    Red, in questo corso di The Great Courses il prof. Sean Carroll spiega esattamente il contrario: facendo l'esempio del tempo che scorre come ad una serie di frame di un film, dice di non farsi ingannare dalla similitudine, perché in realtà il tempo in fisica è considerato continuo e non discreto, almeno fino a prova contraria. Non ricordo in quale delle 24 lezioni, ma ricordo che lo spiega chiaramente.
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  10. #10
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    Re: Un tuffo nello spaziotempo

    Citazione Originariamente Scritto da tino77 Visualizza Messaggio
    Red, in questo corso di The Great Courses il prof. Sean Carroll spiega esattamente il contrario: facendo l'esempio del tempo che scorre come ad una serie di frame di un film, dice di non farsi ingannare dalla similitudine, perché in realtà il tempo in fisica è considerato continuo e non discreto, almeno fino a prova contraria. Non ricordo in quale delle 24 lezioni, ma ricordo che lo spiega chiaramente.
    Vedi tino77, la posizione classica dei fisici effettivamente è quella che hai riportato.
    Ciò non toglie che alcuni modelli facciano riferimento ad uno spazio - tempo discreto e alcune teorie, come quella proposta nel 1955 da Wheeler della "schiuma quantistica", ne postulino l'esistenza.
    Fino a prova contraria, lo spazio - tempo è un continuum. Ma solo fino a prova contraria....

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