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← La materia può esistere senza lo spazio? - Chiediamolo agli esperti #18

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Showing Revision 8 created 04/30/2017 by Maria Cristina Staine.

  1. Salve, Spaceland
  2. Sono Matt Kleban.
  3. Sono un professore associato di fisica
  4. presso l'Università di New York
  5. e sono qui per rispondere
    alle vostre domande.
  6. La prima domanda
    è:
  7. I buchi neri hanno una grandezza massima?
  8. Beh, è una bella domanda.
  9. Ma prima di rispondere,
    chiediamoci:
  10. Cosa intendiamo con 'grandezza'
  11. nel caso di un buco nero'?
  12. La grandezza di un buco nero è determinata
  13. dal raggio dell'orizzonte degli eventi.
  14. I buchi neri sono delle regioni dalle quali
  15. neanche la luce può sfuggire.
  16. Da questa regione,
  17. la quale ha una certa grandezza,
  18. non può fuoriuscire nessun tipo di luce.
  19. Il limite di questa regione è detto "orizzonte degli eventi"
  20. e ha un raggio e una grandezza.
  21. Questo è cio che intendiamo con
  22. grandezza di un buco nero.
  23. In realtà, il raggio dell'orizzonte degli eventi,
  24. ovvero la grandezza del buco nero,
  25. è proporzionale
  26. alla quantità di materia ed energia
  27. da questo assorbita.
  28. Infatti, se avessimo accesso ad
  29. una quantità infinita di materia ed energia,
  30. potremmo continuare ad alimentare il buco nero,
  31. e questo diventerebbe sempre più grande.
  32. In tal senso, non ha limiti.
  33. Ma, naturalmente,
  34. nell'universo in cui viviamo,
  35. non abbiamo accesso ad
  36. una quantità infinita di materia ed energia.
  37. E, anche se in qualche modo
  38. potessimo esplorare tutto l'universo e
  39. raccogliere tutta la quantità di energia in esso presente,
  40. anche se facessimo questo,
  41. avremmo ancora una grandezza massima
  42. perchè esiste una quantità finita di materia ed energia
  43. che è possibile raccogliere nell'universo.
  44. Questa grandezza sarebbe
  45. una frazione della grandezza dell'universo oggi.
  46. Quindi, potrebbe richiedere miliardi di anni luce forse,
  47. per essere molto ma molto grande,
  48. ma avrebbe ugualmente una grandezza finita.
  49. Seconda domanda:
  50. La materia può esistere senza lo spazio?
  51. Questa è una bella domanda e molto difficile.
  52. La risposta sincera è: non ne siamo certi.
  53. Ma, possiamo dire che abbiamo una teoria che collega
  54. la materia allo spazio, e anche al tempo.
  55. Anche se non pensiamo che questa teoria
  56. dia una descrizione esatta del mondo,
  57. è la migliore che abbiamo.
  58. Questa teoria si chiama "relatività generale".
  59. Questa teoria è stata scoperta
  60. da Albert Einstein più o meno nel 1916.
  61. Secondo Einstein, esiste un'equazione,
  62. in realtà una serie di equazioni,
  63. definite "equazioni di Einstein",
  64. che collegano la materia
  65. allo spazio e al tempo.
  66. Pare che sia possibile risolvere queste equazioni
  67. quando non c'è materia.
  68. È possibile avere zero materia e zero energia
  69. ma avere ancora spazio e tempo.
  70. Ma non è possibile risolvere queste equazioni
  71. quando la materia è presente,
  72. senza però lo spazio e il tempo.
  73. In altre parole,
  74. possiamo avere spazio e tempo senza materia
  75. ma, almeno secondo le equazioni di Einstein,
  76. non possiamo avere materia senza spazio e tempo.
  77. Non pensiamo che questa sia la conclusione.
  78. Non pensiamo che queste siano le vere leggi della fisica.
  79. È possibile che le leggi della fisica, qualsiasi cosa siano,
  80. permettano alla materia di esistere senza spazio.
  81. Ma, almeno per il momento,
  82. penso che la risposta sia no.
  83. Per quanto ne sappiamo non è possibile.
  84. Terza domanda:
  85. Se riuscissimo a risolvere il problema
  86. dell'energia infinita
  87. per quanto riguarda il moto della luce
  88. e viaggiare attraverso lo spazio a C (velocità della luce),
  89. per via della dilatazione del tempo,
  90. significherebbe che dal nostro punto di vista,
  91. viaggiare in qualsiasi luogo sarebbe istantaneo?
  92. E di conseguenza,
  93. questo significerebbe che in realtà
  94. esisteremmo in tutti i punti del nostro vettore
  95. allo stesso tempo?
  96. Questa è un'altra bella domanda.
  97. La ragione di questa domanda è
  98. che quando ci muoviamo molto velocemente,
  99. e molto vicino alla velocità della luce,
  100. si verifica un fenomeno chiamato
  101. "dilatazione del tempo",
  102. il che significa che se ci muoviamo quasi
  103. alla velocità della luce,
  104. non passerà molto tempo.
  105. Per esempio,
  106. se viaggiamo dalla Terra fino ad Alpha Centauri
  107. su una navicella spaziale che si muove
  108. quasi alla velocità della luce,
  109. allora significa che per noi
  110. sarà passato poco tempo.
  111. Non invecchieremmo molto.
  112. Le lancette dei nostri orologi
  113. non andranno molto avanti.
  114. Le persone sulla Terra e
  115. quelle su Alpha Centauri
  116. ci guarderanno durante il nostro viaggio
  117. e diranno che abbiamo impiegato
  118. almeno un paio d'anni
  119. per fare questo viaggio.
  120. Ma per noi,
  121. potrebbe essere passato
  122. un breve lasso di tempo.
  123. La cosa interessante è che
  124. parliamo di teoria della relatività,
  125. e ogni cosa dovrebbe essere relativa
  126. in base alla prospettiva dell'osservatore,
  127. quindi, potreste chiedervi:
  128. Com'è possibile che riusciamo a fare
  129. questo viaggio in così poco tempo?
  130. E la risposta è nel "sistema di riferimento".
  131. Se viaggiamo in una macchina sull'autostrada,
  132. vediamo edifici, alberi e cose simili
  133. lungo la strada
  134. venire verso di noi a 60 km/h.
  135. Mentre noi siamo fermi,
  136. gli alberi e gli edifici
  137. vengono versono di noi.
  138. Questo è il sistema di riferimento.
  139. Nella navicella spaziale,
  140. noi siamo fermi,
  141. e Alpha Centauri
  142. si sta dirigendo verso di noi.
  143. La velocità alla quale viene verso di noi è
  144. vicina a quella della velocità della luce.
  145. Non può essere maggiore.
  146. Non può andare più veloce
  147. della velocità della luce.
  148. Ma verrà verso di noi ad una velocità
  149. vicina a quella della luce.
  150. La ragione per cui facciamo questo viaggio
  151. in un lasso di tempo così breve,
  152. è da ricondurre ad un altro strano fenomeno
  153. della relatività chiamato "contrazione di Lorenz":
  154. le distanze si riducono.
  155. Le distanze sembrano più brevi
  156. quando gli oggetti si muovono velocemente.
  157. La distanza che misureremmo
  158. tra noi ed Alpha Centauri,
  159. è molto più breve
  160. della distanza che una persona immobile
  161. misurerebbe sulla Terra.
  162. Ecco come siamo in grado di viaggiare
  163. in un così breve lasso di tempo.
  164. Quindi, per rispondere alla domanda:
  165. se ogni cosa fosse immediata nel limite,
  166. quando ci muoviamo alla velocità della luce,
  167. la risposta è si.
  168. Perchè nel limite
  169. in cui ci stiamo muovendo
  170. alla velocità della luce,
  171. durante il viaggio per noi il tempo non passa.
  172. E dal nostro punto di vista,
  173. non esiste una distanza
  174. tra la Terra e Alpha Centauri.
  175. Ecco come riusciamo ad
  176. attraversarla in un istante.
  177. Quindi si.
  178. Saremmo ovunque
  179. tra la Terra e Alpha Centauri
  180. allo stesso tempo in un istante.
  181. Grazie per le fantastiche domande.
  182. Se ci sono altre domande
  183. per il prossimo esperto,
  184. lasciatele nei commenti qui sotto.