Centro San Domenico

Piazza San Domenico 12

40124 BOLOGNA

tel. 051 581718

Bologna, 12 febbraio 2025

Agli amici degli

Incontri Interdisciplinari

Carissimi,

ci rivedremo lunedì 24 febbraio, alle ore 21, unicamente on-line tramite Jitsi-Meet. Il motivo è che in quel periodo la sala del convento era già impegnata.

Animerà l’incontro il prof. Francesco Longo su:

La visione contemporanea dell’Universo. L’universo violento.

Alle 20.45 padre Sergio attiverà l’incontro mandando l’invito a chi si sarà prenotato per partecipare.

Un cordiale saluto

fra Giovanni Bertuzzi O.P. fra Sergio Parenti O.P.

Incontro Interdisciplinare 24 febbraio 2025

Dibattito dopo la presentazione del prof. Longo

Breve resoconto a cura dei partecipanti

MARINO:

Nella prima domanda ho chiesto di illustrare un poco il fenomeno dell’influenza del campo gravitazionale sulla luce, che risulta dagli esperimenti e anche dalla teoria della relatività generale. I raggi di luce infatti appaiono deviati dalla gravità con conseguenze sorprendenti. Per esempio l'immagine di alcune (potenti) sorgenti luminose del cielo stellato, i "quasar" (nuclei di galassie lontane), appare simultaneamente in diversi punti del cielo notturno, come se si trattasse di sorgenti diverse anziché di una sola.

Il fenomeno avviene perché raggi di luce diversi emessi da quella stessa sorgente vengono deviati nel loro percorso dal campo gravitazionale generato delle masse presenti nelle zone di spazio che attraversano, per poi incrociarsi in corrispondenza della Terra. Insomma la forza di gravità agisce sulla luce come se l'Universo fosse una lente, come quella degli occhiali o quelle del telescopio.

D'altra parte la fisica ci dice che i fotoni non hanno massa, mentre la forza di gravità agisce sulle masse: per definizione!

Riformulerei dunque la mia domanda: "come mai avviene questo"?

La "croce di Einstein" è un complesso di 5 (credo) punti luminosi nel cielo stellato: uno a ognuna delle due estremità dei due bracci e (credo) un quinto al loro incrocio. Quei punti in realtà sono le immagini diverse di una stessa "sorgente".

Se diciamo, con fondate ragioni alla luce della teoria della relatività generale, che il percorso della luce è "rettilineo", siamo in presenza del fatto che "rette diverse" hanno due punti in comune: la sorgente e l'osservatore sulla Terra. Questo contraddice il famoso assioma delle parallele di Euclide: "per due punti distinti passa una e una sola retta".

LONGO: In realtà il Campo Gravitazionale, secondo la relatività Generale, distorce lo spazio tempo. La luce si propaga nello spazio tempo curvo lungo la linea di minima azione. Un po’ come la rotta di un volo dall’Europa agli Stati Uniti che viaggia sopra i poli. Questo genera il fenomeno descritto.

MARINO:

La mia seconda domanda riguardava il fatto che nel fenomeno di espansione dell'universo, si osserva che gli oggetti più distanti da noi si allontanano da noi con velocità maggiore di quelli più vicini. Una trentina di anni fa, credo, si diceva che gli oggetti più distanti sono quelli che dal Big Bang iniziale hanno ricevuto una spinta maggiore e per questo vanno più veloci e di conseguenza ora si trovano a una distanza maggiore da noi rispetto a quelli più lenti. Dunque sono più distanti perché vanno più veloci.

Invece da alcuni anni si "osserva" che la velocità con la quale quegli oggetti si allontanano da noi effettivamente cresce nel tempo, e cresce quanto più sono distanti. Dunque il loro moto è accelerato. Dunque è anche vero che sono più veloci perché sono più distanti.

La domanda ovvia che dunque si pone è: come mai?

A quanto pare è da questo "fatto" che nasce la "ipotesi" (?) che esista l'energia oscura. In effetti questa ipotesi mi resta, per ora, davvero oscura.

LONGO: Non sono gli oggetti a muoversi ma è lo stesso spazio tempo ad espandersi. In effetti le ultime osservazioni mostrano come ci sia evidenza di una accelerazione di questa espansione. Questo fenomeno è stato attribuito alla presenza dell’Energia Oscura, la cui natura è ancora tutta da esplorare.

JULVE:

Nei raggi gamma cosmici che si ricevono, si osserva un limite superiore alla loro energia, un “gomito” nella curva o una tendenza a un “plateau” ? I processi astrofisici concreti di produzione di gamma dovrebbero avere energie caratteristiche e comunque limitate superiormente.

LONGO I raggi gamma di altissima energia sono meno abbondanti, ma non si osserva un limite netto alla loro energia nella regione di produzione. L’attenuazione osservata è dovuta alle interazioni dei raggi gamma con la luce extragalattica diffusa, emessa da tutte le stelle e le galassie nell’universo. Questa attenuazione è maggiore alle energie più elevate. È proprio questo fenomeno a creare un gomito nell’emissione gamma osservata.

JULVE – Un buco nero isolato fa sentire la sua presenza gravitazionale, ma per definizione non emette niente. Se assorbe del materiale attorno come un disco di accrescimento, il disco emette radiazione in diverse lunghezze d’onda, come i raggi X, e questo anche in un sistema binario. Nel violento merging (fusione) di due buchi neri isolati dovrebbe esserci una emissione di gamma di alta energia?

LONGO – Se i buchi neri sono isolati senza materiale attorno, si emetterebbero solo onde gravitazionali, e non ci si aspetta quindi alcuna radiazione elettromagnetica. Ci si attende che vengano emessi raggi gamma nel collasso che avviene nelle esplosioni di supernova che possono lasciare una stella ai neutroni o un buco nero. Sono stati osservati raggi gamma in occasione di un evento gravitazionale associato alla fusione di due stelle di neutroni.

E ancora dopo una discussione sulla espansione dello spazio fisico in contrapposizione all’allontanamento delle parti dell’universo nello spazio, il limite della velocità della luce, ecc.

JULVE – Per me l’esempio migliore è quello delle formiche su una lamina di gomma, facendo la semplificazione mentale delle quattro dimensioni dello spazio-tempo alle due della lamina. Poi non specifichiamo che si tratti di una lamina piatta infinita o chiusa su se stessa e finita come quella di un palloncino che gonfio, che è una questione in più e indipendente. La lamina, che è lo spazio, la posso stirare alla velocità che voglio, dettata dalle equazioni della gravitazione di Einstein, che non ha il limite della velocità della luce. Le formiche, come le galassie, anche se sono sedute ferme sulla gomma si allontaneranno tra di loro, e se si trovavano a certa distanza lo faranno anche alla velocità della luce o ancora più alta. Allora è chiaro che una formica che volesse raggiungere l’altra, non potendo camminare sulla gomma a velocità superiore alla luce, non ci riuscirà mai.

LONGO – Però l’esempio del telo di gomma ha il rischio di pensarlo o vederlo “da fuori”, cioè immerso nelle tre dimensioni del nostro spazio. Ci è difficile pertanto immaginare l’espansione dello spazio stesso. Però l’esempio fornito è quello corretto.

PARENTI - Quando paragoniamo lo spazio-tempo ad una superficie elastica, estensibile senza limiti di velocità, sferica o piana, dove si muovono esseri bidimensionali col limite della velocità della luce, non c’è solo il problema che la vediamo come dal di fuori, mentre l’universo possiamo vederlo solo dal di dentro.

Lo spazio-tempo ha 4 dimensioni: le tre euclidee e la lunghezza che in un certo tempo la luce può percorrere: si tratta di un modello algebrico, come lo era la geometria analitica di Cartesio. Ma chi si espande è l’universo; le sue misure - che l’algebra tratta - crescono solo di conseguenza.

Questo mi ricorda la critica di Aristotele a Platone. Platone seguiva i pitagorici, andati in crisi per la scoperta delle grandezze non commensurabili, correggendo il loro tentativo di spiegare tutto con i numeri naturali e mettendo la geometria al posto dell’aritmetica. Per Platone la materia primordiale, capace di diventare tutto ciò che esiste, non è altro che lo spazio vuoto della geometria. Il suo modello venne recuperato al mondo dei numeri grazie all’algebra ed al calcolo infinitesimale. Einstein lo corregge con lo spazio-tempo. Ma oggi Aristotele, se conoscesse quello che sappiamo ora, continuerebbe a dire che è l’universo - insieme di tutte le cose del nostro mondo dove si esiste tra la generazione e la corruzione e tutto si trasforma - che si espande. La nostra visione resta platonico-pitagorica e riduce tutto ad una realtà matematica.

Aristotele si chiedeva se il tempo, misura della durata di una trasformazione, potesse avere un valore oggettivo, uguale per tutti. La sua risposta era che occorreva una trasformazione che in qualche modo coinvolgesse tutte le altre trasformazioni. Data la sua concezione dell’universo, la trovava nell’azione causale propria del primo mobile, cioè il cielo delle stelle fisse, che col suo ruotare dava la capacità di trasformare in quanto tale: da quel moto dipendeva ogni divenire. Una volta ho chiesto a Nicola Dallaporta con che cosa potremmo sostituirlo noi oggi, visto che i corpi celesti sono omogenei a quelli terrestri e che l’universo si espande dal Big Bang. Lui mi rispose, se ben ricordo, “con la radiazione di fondo”.

LONGO – La radiazione cosmica di fondo è in effetti la traccia residua delle prime fasi dell’Universo. La sua isotropia, o meglio le deviazioni dalla stessa, arrecano importanti informazioni sulle condizioni fisiche all’origine dell’Universo. Il fatto che sia isotropa rende tutti gli osservatori equivalenti.

CASADIO: Quali ricadute hanno le onde gravitazionali, oltre a quelle scientifiche di conoscenza approfondita delle sorgenti cosmiche?

LONGO: Al momento non ci sono applicazioni della radiazione gravitazionale emessa dalle sorgenti celesti. Certamente però lo sviluppo tecnologico che ha permesso di rivelarle ha richiesto l’implementazione di tecnologia di altissimo livello, nell’ambito dei Laser, del vuoto e dell’analisi dei dati ad es.   

CASADIO: Non e' forse meglio definire l'universo come sistema termodinamico chiuso piuttosto che discutere se sia finito o infinito? Tanto poi ne "conosciamo" una frazione così infinitesima

LONGO: certo! L’Universo è un sistema chiuso. Non ci sono evidenze di interazione con altro che ne sia “esterno”.