Avevo promesso di parlare di massa relativistica. Alla fine ho cambiato idea, almeno per il momento. L’introduzione del concetto di massa relativistica ha portato grandi confusioni anche agli studiosi. Se si applicasse brutalmente la formula che la descrive sembrerebbe che la massa di un oggetto cresca a dismisura all’aumentare della velocità. E invece non è corretto, perché quella che cresce è l’energia del corpo che è equivalente alla massa. Insomma, cadremmo in un vortice di contraddizioni che per essere risolte abbisognerebbero di una conoscenza della fisica ben superiore di quella di un lettore medio, anche se preparato e attento. Mi sono allora fermato, dato che lo scopo di questo sito non è quello di far chiacchierare tra loro coloro che già sanno, ma quello di divulgare il più possibile.
Il vero problema di fondo è che la teoria della relatività non può essere espressa con figure semplici, in quanto vi è sempre una dimensione che non riusciamo a disegnare, mentre sappiamo che spazio e tempo sono strettamente collegati. Cosa si fa di solito? Si cerca di rappresentare la situazione in modo parziale, a seconda di cosa si vuole dimostrare o spiegare. Ecco allora il palloncino che si gonfia quando si vuole descrivere l’espansione dell’Universo; il cono di luce che ci premette di muoverci in uno spazio bidimensionale; le astronavi che rallentano e si allungano all’infinito arrivando vicino a un buco nero; il tempo che diventa spazio e viceversa, al suo interno, ecc., ecc. Tutte cose ottime per capire qualcosa. Ma, non essendo esatte per definizione, se si analizzano a fondo sollevano dubbi più che giustificati. Cosa fare, allora?
In queste pagine NON possiamo descrivere tutte le formule e le regole, per cui la soluzione migliore, secondo il mio modo di vedere, è quello di affrontare argomenti limitati e cercare di spiegarli pur commettendo errori “accettabili”, che per altre tematiche sarebbero insostenibili. Lo abbiamo fatto con la misura delle distanze nel Cosmo, con i viaggi nel tempo, con l’applicazione del cono di luce ai contatti con gli alieni, ecc., ecc.
Prima di parlare di massa relativistica, cerchiamo di capire la massa e come essa possa assumere definizioni e interpretazioni diverse. La questione è già ingarbugliata così senza fare ulteriori passi avanti. Lo faremo facendo un semplice confronto tra la meccanica di Newton e quella di Einstein. Un confronto non completamente esatto, ma sufficiente a far capire alcuni concetti base che potranno cambiarci a poco a poco una visione limitata dell’Universo.
Tutti noi viviamo in un mondo dominato da masse e velocità limitate. E’ facile quindi seguire le leggi formulate genialmente da Newton. Attraverso loro siamo “quasi” in grado di far viaggiare le navicelle spaziali e calcolare la nostra posizione al centimetro o poco più. Riusciamo “parzialmente” anche a capire cosa succede all’interno dei laboratori del CERN. Ci spingiamo perfino ai neutrini e ai fotoni, intuendo che la loro massa, nulla o piccolissima che sia, è sufficiente per capire le stranezze che ci mostrano.
Prendiamo come esempio i neutrini. Bastano in fondo parole molto semplici: “Tutta la materia è formata da atomi. Gli atomi sono essenzialmente vuoti (gli elettroni starebbero a duecento metri dal nucleo se esso fosse grande come una capocchia di spillo) e non è difficile intuire che una particella enormemente più piccola di un elettrone ha buone possibilità di schivare gli ostacoli e attraversare anche un pianeta di roccia solida (non avendo oltretutto carica elettrica). E senza bisogno di tunnel di gelminiana memoria. Solo ogni tanto qualcuno impatta con qualcosa (protone o elettrone che sia) e dà un segno di vita. Ce ne vogliono miliardi e miliardi per trovarne uno “sfortunato”. La stessa cosa non potrebbe capitare con i ben più “giganteschi” elettroni, protoni, neutroni, ecc.”.
Ho fatto un discorso esatto? No di certo! Quanto basta, però, per avvicinare chiunque a fenomeni di difficile comprensione anche per gli addetti ai lavori. Errori veniali sotto certi punti di vista, che non sarebbero più tali se affrontassimo un argomento diverso. Ad esempio: perché non fanno lo stesso anche i fotoni? E allora dovremmo parlare di equivalenza tra massa ed energia e di molto altro ancora.
Fermiamoci allora alla massa e poniamoci un’altra domanda: “La luce è composta da fotoni e i fotoni non hanno massa. Questo vuol dire che per Newton essi non risentirebbero della presenza di un enorme pianeta o di una stella o di quello che volete”. Perché dico questo? Facile. La legge di gravitazione universale ci dice che la forza che attrae due corpi si calcola moltiplicando le masse dei due oggetti coinvolti (fotone e pianeta) e dividendo poi per la distanza elevata al quadrato. Basta sapere fare le moltiplicazioni, per concludere che se una delle masse è ZERO (fotone), anche la forza di gravità che subisce deve essere ZERO (zero moltiplicato per qualsiasi cosa dà sempre zero, indipendentemente da quale sia la distanza).
La realtà che ci circonda dimostra facilmente che la legge è vera, anche quando voglio applicarla al movimento dei satelliti naturali e artificiali o alle interazioni tra corpi planetari. Sappiamo benissimo come sfruttare la gravità per risparmiare energia nei viaggi spaziali (effetto fionda), sappiamo che un satellite ruota intorno alla Terra se imprimiamo una certa velocità alla sonda, sappiamo che un asteroide che sfiora la Terra vede la sua orbita deviata dalla massa del nostro pianeta e si inserisce in una traiettoria completamente diversa, e molto altro ancora.
Tutto perfetto, allora? Nemmeno per sogno. Da quella legge, come già detto, si potrebbe concludere che un fotone (senza massa) passi vicino a noi o a una stella senza subire alcuna forza gravitazionale.
Appena volgiamo gli occhi al cielo, però, lo Space Telescope ci mostra galassie lontanissime e teoricamente invisibili che si mostrano deformate e più luminose, sfruttando l’effetto lente. Una dimostrazione lampante che la luce subisce una variazione di percorso quando passa vicino a una massa enorme, come quella di una galassia. Ed ecco che cadiamo in confusione senza aver nemmeno sfiorato la massa relativistica.
Come spiegare allora questo apparente controsenso. Newton ha commesso un errore? E’ stato troppo semplicistico? Sì e no. Per la nostra vita di tutti i giorni basta e avanza. Per quella dell’Universo la sua è un’approssimazione troppo drastica. Attenzione! Dicendo questo sto commettendo un altro ERRORE. In realtà un’analisi accurata delle leggi di Newton ci farebbe capire che non era poi così sprovveduto. Spiegarlo, però, creerebbe molte complicazioni e la necessità di formule, di concetti complicati. Ne vale la pena? Direi nuovamente di no, dato che si commetterebbe un errore veniale per lo scopo del nostro argomento. E sono convinto che anche Newton capirebbe… Insomma, per essere veramente semplici siamo sempre costretti a scendere a compromessi.
Vediamo allora perché Einstein riesce a spiegare sia quello che capita vicino a noi sia anche quello che il Cosmo ci sta svelando un po’ alla volta. Basta cambiare il concetto di massa e di gravità. Non dobbiamo più vedere la massa come qualcosa che crea la forza di gravità classica, ma come la capacità di un oggetto di DEFORMARE lo Spazio-Tempo attorno a lui.
Immaginiamo che lo Spazio-Tempo (ma possiamo anche parlare solo di Spazio, in questo caso particolare) sia un lenzuolo perfettamente teso. Non esiste materia. Se facessimo scorrere una pallina estremamente leggera, magari proprio un fotone senza massa, esso scorazzerebbe in lungo e in largo senza alcun problema. L’Universo, però, contiene molti oggetti massicci. Prendiamo come esempio una stella, ma sarebbe la stessa cosa anche per un nucleo atomico. Nel secondo caso, però, ci complicheremmo la vita perché dovremmo tener conto di altre forze e noi non vogliamo inserire formule. Vada, allora, per una stella o, magari, per un pianeta o per una galassia. Ciò che capita per il lenzuolo, capita per lo Spazio. Se gli mettiamo sopra un corpo solido dotato di massa considerevole, il “tessuto” è costretto a deformarsi. Più il corpo che mettiamo è pesante e più il lenzuolo si deforma. Chiunque può fare la prova a casa.
Lo Spazio diventa allora pieno di cavità, di buche scavate dai corpi che gli sono stati “poggiati” sopra. Mentre prima potevo tranquillamente lanciare delle palline lungo il lenzuolo e loro andavano dritte senza problemi, ora devono seguire le asperità del tessuto. La stessa differenza che vi è andando in bicicletta su una strada perfettamente in piano o su un percorso pieno di salite e discese.
La deformazione del “tessuto” dello Spazio-Tempo causato da oggetti massicci. Più la massa aumenta e più il buco diventa profondo. Nel caso di un Buco Nero, il buco diventerebbe un tunnel senza fine (o quasi…)
Cosa succede allora a un piccolo corpo che passi troppo vicino a una stella? E’ costretto a deviare il suo percorso per assecondare la curvatura del “lenzuolo”. Sembrerebbe che, a parte l’idea di base, niente cambi rispetto alla gravità di Newton. Anche in quel caso a seconda della distanza dalla stella o del pianeta, si può cadere su di loro (le comete e molti altri oggetti cadono sul Sole e sui pianeti), o si può girare intorno ad essi (i pianeti e i satelliti lo fanno normalmente), oppure si passa vicino, si cambia traiettoria e poi si continua (gli asteroidi ci sfiorano).
I tre tipi di orbita (circolare, c; iperbolica o parabolica, u; ellittica, e) che si originano comunque nello spazio tempo deformato dalla massa.
Proprio sfruttando queste possibilità, facciamo viaggiare le sonde spaziali e le controlliamo, mettiamo in orbita i satelliti artificiali, schiviamo (basandoci sulla fortuna, per adesso) alcuni asteroidi pericolosi di passaggio. Dov’è, allora, la vera differenza?
Nella visione della deformazione dello spazio non abbiamo bisogno che il corpo che passi vicino alla stella o al pianeta abbia una massa. Anche un fotone viene costretto a cambiare traiettoria non perché subisce la forza di gravità “classica”, ma solo perché è costretto a seguire gli avvallamenti del lenzuolo. Gravità come deformazione dello Spazio e non come forza interagente tra corpi dotati di massa. Ovviamente se i due corpi sono entrambi massicci si avrà un’interazione tra le loro due deformazioni spazio-temporali.
In fondo il risultato è cambiato di poco, ma il concetto è totalmente diverso. Se volessi fare lo scienziato pedante, comincerei a dire che in fondo anche Newton diceva lo stesso, se si va a leggere bene la sua teoria. Tuttavia, preferisco non complicare le cose, in quanto il messaggio che volevo trasmettere è sufficiente per lo scopo di questa trattazione.
La deformazione dello Spazio-Tempo causata da un Buco Nero.
Pur con queste limitazioni, riuscirei a spiegare abbastanza correttamente sia i buchi neri che le onde gravitazionali, con parole semplicissime. I primi creano una tale profonda deformazione nel lenzuolo che anche i fotoni velocissimi sono costretti a finire nella buca, senza più poterne uscire. Le seconde sono deformazioni violente e istantanee del lenzuolo (come una pietra buttata con forza sul vostro lenzuolo…) che si propagano per tutto il “tessuto”.
Effetto lente gravitazionale: anche la luce subisce la gravità in quanto è costretta a transitare entro una deformazione spazio-temporale.
Digeriamo prima questi concetti già di per sé non banali e poi, se vengono ben digeriti, si può fare un passo avanti. Un po’ come abbiamo fatto con il cono di luce. Abbiamo cominciato col descriverlo e ormai siamo capaci di utilizzarlo per spiegare un mucchio di cose…
Ovviamente, se qualcuno si sente in grado di introdurre la massa relativistica senza aggiungere formule o concetti che necessitino studi specialistici è il benvenuto. Il nostro non è un sito dove il professore tiene una lezione di durata prefissata e poi chi capisce bene e chi non capisce studierà a casa. Qui vogliamo spiegare lo spiegabile, un passetto alla volta. Non vogliamo salire in cattedra per pochi e lasciare nella confusione tutti gli altri che vogliono imparare. Mi sento molto vicino alla frase: “Meglio sembrare ignorante a pochi che lasciare nell’ignoranza molti (dove per ignorare si intende non conoscere certe cose)”
I più bravi storceranno il naso per le molte imprecisioni. Abbiate pazienza … la massa relativistica può ancora aspettare…
Pur seguendo fin da piccolo la questione (in modo leggero) ero ancora convinto che la luce venisse deviata dalla forza di gravità, invece con questa chiarissima spiegazione ora ho capito che viene deviata dalla modifica che subisce lo spazio ad opera della massa.
Grazie mille
Però quanti interrogativi che mi sorgono
ma allora se questo spazio, dove non c’è materiae è vuoto, se è ‘nulla’ come fa ad essere deformato?
Oppure potrebbe essere il tempo a venire deformato? Ossia la deviazione della luce la percepiamo solo perchè la vediamo prima o dopo il momento in cui realmente aspettiamo di vederla?
Ma allora se lo spazio dove non c’è materia può essere deformato dovrebbe essere un’ qualcosa’, quindi se questo ‘qualcosa’ è in espansione senza avere un apporto continuo di un ‘qualcosa’ che lo alimenta si formeranno delle zone veramente vuote e forse sono proprio queste quelle che poi percepiamo come buchi neri.
La mia ignoranza prima o poi mi farà uscire di testa
Caro Enzo,
come sempre sei stato, almeno per il mio punto di vista, molto chiaro ed esplicativo. Tuttavia, se me lo permetti, vorrei fare un paio di precisazioni.
In realtà il disegno delle buche nello spazio che modificano lo stato nei dintorni della massa non è ben rappresentato. Lo so, tu mi dirai ora che per far capire al grande pubblico il concetto già di per se difficile, è la via più semplice. Comunque la prima questione è questa: nello spazio 3D esiste anche uno spessore, pertanto non esiste una direzione preferenziale per cui una massa possa creare una buca come qui sopra rappresentata. Un lenzuolo fa una buca perchè è la forza di gravità terrestre che attira il corpo verso il basso. Ma nello spazio la deformazione è a 360° su tutte le direzioni. Concordi, o pensi che abbia detto qualche eresia?
Seconda questione: tu dici, sempre naturalmente come esempio, che buttando un sasso sul lenzuolo si generano delle onde che possono essere paragonabili a quelle gravitazionali, attraverso lo scuotimento dello stesso.
Però, come tutti sappiamo, l’effetto del sasso è molto breve, mentre l’effetto della massa è continuativo.
Per questo mi chiedo: ha senso parlare di onde gravitazionali?
Spero di non aver contribuito a complicare le cose.
interessante e esplicativo come sempre!!
da ignorante ho una domandina che mi gira da un po per la testa ogni volta che si affronta l’argomento “lente gravitazionale”
nell’ultima figura “effetto lente gravitazoinale” se poniamo A il punto REAL e B il punto OBSERVED, ma ciò che realmente è nel punto B non lo vediamo?
grazie per le impagabili informazioni 😀
caro Sandro,
il problema è sempre lo stesso: il tessuto è a due dimensione e uso la terza per il disegno. In realtà le dimensioni sono tre + il tempo. La figura serve solo per il concetto, non è una fotografia… E’, come detto, ciò che capita per ilo palloncino che si gonfia….
Le onde gravitazionali si originano proprio quando vi è un evento in cui il tessuto spazio-tempo si raggrinza. Avevo già scritto qualcosa a riguardo…
caro Lindt,
Li vediamo entrambi sovrapposti… Se noti, la croce di Einstein si sovrappone ad altre immagini. Anche su questo era stato pubblicato un articolo…
Ottimo articolo, ma non mi toglie un dubbio che ho sempre avuto e che si ricollega all’osservazione di Sandro sul fatto che l’esempio del lenzuolo varrebbe per uno spazio bidimensionale.
Ipotizziamo, dunque, due corpi, entrambi fermi nello spazio.
Sia l’uno che l’altro lo deformeranno in ragione della loro massa.
Con la fisica newtoniana sappiamo che, in misura proporzionale alla loro massa, ciascuno dei due corpi si muove verso l’altro, per effetto della forza attrattiva di gravità.
Ebbene, con la relatività einsteniana, come si spiega il fatto che – se metto vicino ad un corpo fermo nello spazio, un altro corpo altrettanto fermo – l’uno “cade” sull’altro?
Non si potrà certo dire che ciò è effetto della sola deformazione dello spazio, poiché, se la semplice “inclinazione” di quest’ultimo fosse la ragione per cui un corpo fermo inizia a muoversi verso l’altro, si ritornerebbe – in ultima analisi – all’intuizione newtoniana.
A mio parere – ma so che sto sbagliando – l’inclinazione dello spazio, se può deviare la traettoria di un corpo in movimento, non dovrebbe generare il moto in corpi che si trovano fin dell’inizio in stato di quiete.
Allora mi chiedo se la spiegazione potrebbe essere questa: la deformazione dello spazio fa sì che lo spazio deformato “spinga” il corpo più piccolo verso il corpo più grande.
Peraltro, se così fosse, la deformazione dovrebbe essere reciproca ed anche quella generata dal corpo minore dovrebbe fare sì che, in misura più contenuta, lo spazio da lui deformato “spinga” il corpo di massa maggiore verso di lui.
Una simile tesi dovrebbe portare alla conseguenza che la deformazione dello spazio, per effetto della massa di un corpo, non è un qualcosa di statico ed istantaneo, come accade nell’esempio del lenzuolo, bensì un flusso continuo come potrebbe accadere ad una rete da pesca (che, nel mio esempio, rappresenta lo spazio) che potesse essere tirata verso la barca (l’oggetto dotato di massa) con un moto senza fine.
In tal caso la rete trascinerebbe, in continuazione, i pesci intrappolati (gli oggetti di massa minore).
Spero di non essere stato troppo involuto.
Mi sbaglio di molto?
Resto ansioso in attesa di una spiegazione.
Grazie mille.
caro Gian Paolo,
forse possono bastare poche parole (fermo restando che stiamo facendo un discorso estremamente approssimato…ricorda!): Hai mai provato a mettere una pallina dentro a una scodella? E’ vero o non è vero che essa cade al fondo? Otteniamo lo stesso risultato di Newton nella visione di Einstein… Ed è anche ovvio che si formano due scodelle (l’avevo anche detto, mi sembra) che interagiscono: una terza pallina più piccola (se ferma) cadrà nella scodella più vicina. Infine, il tuo scorrere del lenzuolo esiste già: è il tempo!
Scusa Enzo, ma continuo a non capire.
Dove avresti già parlato di “scodelle”?
Comunque: cosa fa cadere la pallina ferma?
A mio parere, se intendiamo la gravità come deformazione dello spazio (Einstein) e non come una proprietà della materia (Newton), la pallina non dovrebbe cadere, ma “galleggiare” sopra la scodella creata dalla massa di un’altra pallina più grande, salvo che non venga trascinata dentro la scodella dal volume deformato dello spazio – tempo. In altre parole, non sarebbe tanto la pallina che si muove nello spazio, ma lo spazio-tempo che trascina la pallina.
E’ così?
Grazie ancora.
Tutto quadra alzandoci di Dimensioni:)
Enzo sei stato bravissimo come al solito, purtroppo siamo troppo limitati dalle nostre esperienze quotidiane e già solo immaginarci un qualcosa a 3 dimensioni che si curva ci mette in crisi, se poi aggiungiamo anche il tempo addio. Forse se ci avessero fatto studiare più seriamente la fisica durante la scuola dell’obbligo oggi saremmo meglio messi. A Gian Paolo vorrei dire che forse è meglio immaginarsi la pallina in movimento, non ferma. In fondo nell’universo non ci sono corpi fermi, si muovono tutti, il sole è fermo rispetto a noi (lo so Enzo non è del tutto vero ma ti sto imitando con le semplificazioni 🙂 ) ma si muove nella galassia. Almeno a me viene più facile.
a parte il galleggiamento (che mi pare esatto anche se la gravita’ pare sempre essere la forza fondamentale su tutte le cose e quindi sul lenzuolo) ma io ancora fatico a capire come sia possibile che il punto di vista sia deformato! Se io guardo in una direzione, come mai ne risulta un’altra in base al lenzuolo? Significa che siamo in un enorme cristallo di vetro? Ma allora lo spazio tempo dovrebbe essere composto da materiale solido… come mai ce il vuoto? Mi pare di ritornare al paradosso della temperatura, nello spazio è altissima ma in verita’ si ghiaccierebbe tutto anziche’ bruciare? E come fanno le stelle a bruciare dentro un frigorifero allora? (come è possibile? non l’ho mai capito!) Piu leggo questi articoli e piu non ci capisco niente. Si parla di buchi neri, come puo essere che ci sia il nero assoluto se io sto guardando un oggetto direttamente ? Dovrebbe deviarsi una strada, ma non un punto di vista! (un punto di vista dovrei essere capace di trovarlo sempre o di calcolarlo?) non ci capisco proprio niente. E se le galassie vengono deformate, come avete detto in altri articoli, e il cielo dovrebbe essere interamente illuminato, come mai è nero? Solo per colpa della distanza “Enorme” e il rapporto tra spazio e tempo? Significa che noi siamo in un tempo buio, in cui poche stelle ci accompagnano? Ma allora come facciamo a guardare indietro nel tempo? (per vedere indietro, bisognerebbe immaginare che quello che vediamo, da lontano, si è cristallizato, e fermato in eterno, a quel periodo, e che non avra’ mai un futuro!)
caro gian paolo,
ma è proprio quello che dico: la pallina cade nella buca creata dalla deformazione. Non ha bisogno di spinte, ma è il luogo dove si trova che è deformato e quindi essa cade (non è trascinata da nessuno). ovviamente, nell’atto di cadere ha bisogno che scorra il tempo, che poi si deforma pure lui come sappiamo bene… Non riesco a capire cosa vuoi intendere… Scusami… 😕
Poveri noi Martino….
troppi dubbi da poter affrontare nei commenti. Se non sono riuscito con i vari articoli, non ce la potrò fare in poche righe. Riguardo al cielo nero ti invito a leggere il paradosso di Olbers che ho pubblicato poco tempo fa. per il resto cerca di andare nei vari articoli sullo spazio-tempo e puntualizzare i dubbi caso per caso. magari riuscirò a dire o fare qualcosa in più… 🙁
Le stelle bruciano perchè raggiungono pressioni enormi (legge di stato) e volumi ristretti in cui schiacciare la massa. Temperatura e pressione e/o densità sono collegate.
cari tutti,
mi rendo conto che i miei timori verso la massa relativistica erano più che fondati. la deformazione spazio-temporale, pur semplificata al massimo, crea ancora grossi problemi a qualcuno. E senza passare alle quattro dimensioni… Figuriamoci la massa relativistica.
Purtroppo questo resta il problema di un sito aperto a tutti e che ha migliaia di lettori: il livello di conscenza astronomica è troppo variabile. Non per niente cerco di abbassare sempre il livello, pur rischiando di commettere errori. Tuttavia, bisogna fare uno sforzo di immaginazione e cercare di leggere bene le righe e tra le righe. Soprattutto, cercare di non trovare gli errori, ma accettare il risultato. Gli errori saranno o sono stati spiegati cambiando metodo di indagine e argomento. E’ una specie di puzzle, dove cerchiamo di formare un’immagine complicatissima, attraverso tessere semplicissime. Forse per alcuni ci vorrebbe prima un bel libro divulgativo che getti le basi. ve ne sono tanti.
Qui noi possiamo solo andare nei dettagli delle varie sfaccettature e seguire l’evolversi delle scoperte astronomiche. Non possiamo fare un libro a puntate… Anche se nella serie degli approfondimenti si sta facendo qualcosa del genere…
Un consiglio ai meno preparati: leggette attentamente le righe degli articoli, cercate di pensarci a fondo e di ragionarci sopra. Non abbiate fretta a dire: “non capisco niente”, oppure andare a cercare dove secondo voi ci sono errori. Oggi, abbiamo sempre fretta. Anche nello scrivere i messaggi, gli SMS, ecc. Si perde la capacità di pensare, di fare disegni, di riflettere. Si vuole tutto e subito. Se leggendo velocemente poche righe non si capisce, via, sotto un’altra cosa. Il computerr ha un po’ di colpa in questo e ci ha fatto dimenticare le operazioni fatte a mano. Non era perdita di tempo (a volte) ma tempo che si dedicava alla riflessione…
Noi, comunque, di astronomia.com ce la mettiamo tutta!!!
Se si tratta di capire il funzionamento di un fenomeno o di un meccanismo astrofisico, direi che non è e non può essere attribuito lo stesso valore a due concetti diversi che però pervengono allo stesso risultato. Vi è, non una differenza, ma una diversità. Al fisico, dovrebbe importare non solo fornire un spiegazione del perchè certi effetti si producono, ma sopratutto scoprire la verità di una realtà di fatto. Per cui, Newton ed Einstein, non possono avere ragione entrambi. E’ ovvio che ha ragione solo Einstein, per il semplice fatto che solo la sua teoria spiega il motivo per cui anche particelle prive di massa possono subire deviazioni al proprio percorso in vicinanza di un corpo celeste di grandi dimensioni. Piuttosto, rilevo che si da per scontato l’esistenza di questo tessuto spazio-temporale, desumendone l’esistenza dallo studio del meccanismo degli astri. Ma nessuno si pone la domanda di quale sia la natura, l’origine e la consistenza di questo oggetto. E’ una cosa, oppure è solo un fenomeno, da spiegare attraverso altri fenomeni? Un lenzuolo, un tessuto, sono cose reali! Lo Spazio ed il tempo sono, o dovrebbero essere, solo risultati di calcolo delle interazioni tra cose od oggetti. Se così non è, viene spontanea la domanda, di cosa sia in realtà questa entità, non astratta, ma concreta e fisica. Si scivola per forza nella filosofia. Lo Spazio ed il tempo sono stati per millenni considerate entità astratte. Categorie metafisiche. Oggi, al contrario, sono studiate e calcolate, come entità fisiche, esistenti in modo originario ed autonomo. Si spiega che il tempo e lo spazio non esistevano prima del Big-Bang, che sono nate dopo, come la materia e con la materia. Allora, sono da concepire ancora come una relazione, un rapporto fisico tra gli oggetti, oppure si tratta di qualcosa di fisicamente autonomo? Hanno un’esistenza indipendente, una natura fisica? Se non si risponde a queste domande credo sia impossibile tracciare linee nette di demarcazione tra la teoria della gravitazione universale newtoniana e quella della relatività einsteniana. A meno che lo si voglia presupporre, solo aprioristicamente esistente, senza fornirne un spiegazione scientifica.
caro Andrea,
il problema è più complesso di quanto tu voglia descrivere. Un evento fisico può avere varie spiegazioni o -meglio- descrizioni. Newton e Einstein descrivono lo stesso fenomeno in modo diverso, ma possono avere entrambi ragione. D’altra parte (lo dico appena appena) anche la teoria di Newton accettava che un corpo senza massa subisse la gravità. Solo che affrontarlo sarebbe stato molto più complicato… Più semplice concettualmente pensare al lenzuolo, che non è ovviamente materiale, ma è proprio il tessuto spazio-temporale in cui qualsiasi massa, piccola o gigantesca, si colloca e agisce. Potevo usare un oceano, l’etere, ma il concetto non cambia… Spazio e tempo non sono materiali fisici, ma permettono alle cose di vivere come vivono… Anche l’energia potrebbe non essere materia e invece lo è e in essa si trasforma. Se non esistesse lo spazio-tempo non esisterebbero le cose, ma senza le cose non avrebbe senso parlare di spazio-tempo.
Caro Enzo,
ti ringrazio per le risposte.
Tengo però a precisare che le mie domande non sono state estemporanee, ma me le pongo da molto tempo.
Ho letto testi divulgativi ed articoli su argomenti relativistici, ma si tratta di concetti molto difficili.
In effetti, la loro piena comprensione può derivare soltanto dalle conoscenze matematiche che essi implicano. Cosicché coloro che, al par mio, ne sono sprovvisti possono soltanto accontentarsi di descrizioni che – per quanto illuminanti – rimangono pur sempre delle esemplificazioni divulgative.
Secondo me, oltre ovviamente la mancanza di basi matematiche e fisiche serie a causa delle carenze della scuola, quello che manca a molti è proprio quello che ha individuato Enzo: l’immaginazione. Gli scienziati, al contrario di quel che si pensa comunemente, hanno molta fantasia, e non potrebbe essere altrimenti perchè inventano cose nuove, oggetti e teorie. Purtroppo ci si sente ripetere fin da bambini di tenere i piedi per terra e così alla fine si perde la capacità di astrazione. Molti sono così presi dai problemi della vita che non si rendono manco conto di cos’hanno sulla testa: mi ricordo un mio ex collega che non si era mai accorto che la Luna si può vedere anche di giorno. E poi bisogna ricordarsi che la verità assoluta è appannaggio della religione, non della scienza, cosa è vero ad un livello potrebbe non esserlo ad un altro. Finchè devo confrontarmi con mele, automobili, o altri oggetti mi basta e avanza Newton, con stelle, pianeti, galassie ho bisogno anche di Einstein, con particelle subatomiche ho bisogno di altro ancora.
Ciao Enzo! grazie per l articolo, molto lineare ed esplicativo, spero ne seguira’ uno sulla massa relativistica! eheh
La mia domanda riguarda i buchi neri:
I buchi neri hanno massa infinita (giusto?), se cosi’ e’ nella formula newtoniana la loro forza di attrazione e’ infinita (analisi spicciola).
d altra parte seconda la teoria relativistica essi creano de coni “inifiniti” e il loro bordo e’ definito dall'”orizzonte degli eventi”. Quello che proprioo non riesco a capire, legato anche alla formula newtoniana, e’ se c’e’ o meno un limite, una distanza massima (o minima) dal buco alla quale non si risente piu’ della attrazione, ovvero se la luce passa vicina ad un pianeta essa e’ deformata, se passa vicino ad un buco nero essa non esce piu’! ma cosa definisce questo vicino?
caro gian paolo,
hai sicuramente ragione. Il nostro scopo è proprio quello di cercare di far capire i concetti senza bisogno di entrare nei particolari e nelle formule. A volte si riesce meglio a volte peggio. Dipende molto da chi cerca di spiegarlo (abbiamo i nostri limiti enormi) e ancher dall’argomento. Hai letto tutti i nostri articoli sullo spazio-tempo, sul cono di luce, sui buchi neri, ecc? prova a farlo (se non l’hai ancora fatto) e poi per quelli più ostici ponimi le domande nei relativi commenti. vediamo se riusciamo a fare entrambi un passo in più… 😀
caro mario,
condivido molto di quello che dici. L’immaginazione è fondamentale e anche l’astrazione (più difficile). Mi ricordo che quando preparavo l’esame di geometria 3 (basato solo su concetti e teoremi astratti) mi ero creato delle forme e dei simboli per indicare le varie grandezze in questione. Perfino il prof si era meravigliato dei miei “disegni”, ma io li trovavo fondamentali per seguire i ragionamenti. Erano “orrori” scientifici o meglio matematici, ma utilissimi per capire i concetti e la logica della strategia delle dimostrazioni.
Insomma bisogna sempre crearsi delle “cose” tangibile per non allontanarsi troppo da quello che ci circonda materialmente…
Caro Enzo,
Ringrazio, innanzitutto per la tua cortese e sollecita risposta. Annoto l’ultima frase, molto importante : “Se non esistesse lo spazio-tempo non esisterebbero le cose, ma senza le cose non avrebbe senso parlare di spazio-tempo.” . Questa affermazione è illuminante, perchè mi fa capire il senso ed il significato della c.d. legge fisica. Con questa semplice spiegazione, posso penetrare ed accettare il concetto di ordine universale delle cose. Perchè, in effetti, tutte le leggi, anche quelle fisiche, si debbono, in ultima analisi, accettare così come sono, senza discuterle, ma solo sforzandosi di capirle. Ho visto in faccia il mio errore, credo. Non esiste una natura fisica dello spazio tempo, ma una legge fisica che spiega il funzionamento dei moti astrali. In questo senso, sia Newton che Eintein, avrebbero entrambi ragione, se entrambe le teorie, si riducessero ad una sola, che, in sostanza, spiega lo stesso fenomeno. Spero di non aver detto qualche eresia. Ciao a tutti.
caro Voigaer,
lo spazio non è nulla (il nulla esiste solo fuori dallo spazio), ma non è nemmeno una “cosa” tangibile. Potrei dirti che è un sistema di riferimento che varia con il tempo e che lo contiene? Non so se sarebbe più chiaro. Poteri dirti che non è vuto perchè contiene atomi dovunque, ma non sarei esatto. Potrei dirti che è il palcoscenicvo dove l’Uniìvreso mette in scena la sua rappresentazione? Saremmo a punto e a capo. Conclusione? E’ uno di quei concetti astratti che ciascuno di noi cerca di rendere tangibile (come avevo fatto io nell’esame di geometria 3). Non possiamo definirlo come una cosa perchè allora farebbe parte dello spazio-tempo e non sarebbe lo spazio-tempo.
Certi concetti possiamo solo disegnarli con l’approsimazione, scriverli con le formule e poi tanta fantasia creativa….
caro Aleassio,
i buchi neri non hanno massa infinita (può essere di poche masse stellari come di miliardi di amsse stellari). Il succo è che la densità è tale che vi è una zona intorno ad essi (l’orizzonte degli eventi, che varia da un buco nero a un altro (funzione della massa)) in cui le leggi fisiche raggiungono il limite di accettabilità. Ne deriva che la forza di gravità newtoniana non è infinita al di fuori dell’orizzonte degli eventi, ma si comporta come tutti gli altri corpi teenendo conto della massa e della distanza. Nella visione einsteniana la deformazione segue la massa che è al centro. I “coni” sono infiniti solo perchè all’interno si deve viaggiare alla velocità della luce e tutto tende a infinito o a zero. La massa si concentra in un punto che è la singolarità del buco nero.
Per il resto della domanda la risposta è ancora più semplice: avevo scritto un articolo tempo fa che spiega proprio quello che chiedi.
http://www.astronomia.com/2010/03/03/verso-le-fauci-del-mostro/
e avevamo anche trattato spesso cosa succede al di fuori dell’orizzonte. tutto si riduce ai rapporti tra un corpo molto massiccio e altre masse…
Carissimo Enzo, l’articolo è bellissimo e trovo la Tua capacità di spiegare sempre, con chiarezza, concetti difficilissimi semplicemente sensazionale. Attendo un secondo passo nella direzione della “massa relativistica”.
@Enzo
Condivido la filosofia di questo articolo: meglio semplici e imperfetti…anche perché le conoscenze vanno acquisite, elaborate, digerite, passo dopo passo. Solo poco alla volta, a tappe, si riesce ad arrivare alla meta (in questo caso per qualcuno la massa relativistica!) 🙂 .
Articolo chiarissimo e molto affascinante. Grazie!
Oggi, abbiamo sempre fretta. Anche nello scrivere i messaggi, gli SMS, ecc. Si perde la capacità di pensare, di fare disegni, di riflettere. Si vuole tutto e subito. Se leggendo velocemente poche righe non si capisce, via, sotto un’altra cosa. Il computerr ha un po’ di colpa in questo e ci ha fatto dimenticare le operazioni fatte a mano. Non era perdita di tempo (a volte) ma tempo che si dedicava alla riflessione…
Hai ragione da vendere Enzo in questo caso, però c’è anche da dire che la lettura al pc non è molto comoda. Bisognerebbe o stampare gli articoli oppure avere un IPad. Solo che nel primo caso si consuma carta, nel secondo si dissangua il portafogli! 😐
Io in genere li salvo gli articoli più interessanti, poi me li leggo con calma quando ho tempo. Solo che poi non ho tempo per scrivere domande per approfondire. Enzo che ne pensi di scrivere qualche libro per dare le basi a tutti quelli come me che non le hanno e sono anche un po’ duri a comprendere una materia come l’astrofisica? 😆
cara Michela,
no, penso di non scrivere libri divulgativi di astrofisica. Ve ne sono già moltissimi in giro e poi… preferisco avere questo tipo di contatto, più diretto, perchè solo così ti rendi veramente conto dei dubbi e degli ostacoli di chi vuole conoscere. In un libro approfondisci o velocizzi alcuni concetti secondo la tua testa. Qui invece vai a ruota delle esigenze che vedi venir fuori nei commenti, magari anche sconfinando un po’ nella fantascienza per dare più risalto a concetti apparentemente semplici, ma che tali non sono. Vedi ad esempio le disquisizioni su velocità della luce e specchi vari degli ultimi articoli. E poi, dopo quarantanni di articoli astronomici (più di 250) ufficiali…basta!!!
Scrivo invece sul vino e la sua cultura e scienza (altra grande passione), come avrai visto negli annuci laterali. Ma anche di fantascienza come puoi vedere nella sezione “racconti”.
Ah…dimenticavo… sta anche nascendo la sezione “approfondimenti”, dove alla fine (se avrò tempo) verrà fuori un quasi-libro…
D’accordo Enzo capisco il tuo punto di vista. Però un po’ mi dispiace perché i libri diivulgativi che ci sono in giro non sempre sono veramente alla portata di tutti. 🙁 Invece tu hai un talento per spiegare le cose più difficili in maniera accesibile.
Vabbè, vorrà dire che aspetterò con ansia gli articoli della sezione approfondimenti…
clap clap clap!!
bravo
nell’ultima foto le voci “real” e “observed” non dovrebbero essere scambiate?
no GAb,
è prorio così… la luce partita dalla posizione REALE della stella viene deformata dalla lente gravitazionale e noi la riceviamo in modo che indichi una direzione FITTIZIA (observed).
ah si scusate! troppo pochi caffè ahahahah 😳
Caro Enzo,
ho molte domande, ma, voglio evitare di essere troppo specifico e di non permettere agli altri di capire quello che sto’ chiedendo.
Posso provare ad articolare le mie domande,ma non vorrei sembrare il sapientone della situazione anche perche’ non so proprio nulla, ma ho solo dubbi che nascono dalla mia ignoranza.
sparo?
prova Marco… al limite blocchiamo se si va troppo su…