Galassie lontane in red shift, considerazioni e dubbi

[Quake88]

Ciao a tutti e grazie per le numerose informazioni di qualità che condividete in questo bel forum.

Io avrei gentilmente due domande! O meglio un' analogia e un dubbio, e vorrei capire se sono ragionevoli (e chiedere correzioni, dato che la comunità scientifica va in evidenti altre direzioni quindi volevo capire in che punto ho preso l' accantonata :-) ).
Leggendo, sento spesso affermare due cose:
1) guardando le galassie nel cielo, lo spaziotempo che ci separa da loro si sta stirando, e
2) più si guarda lontano e più aumenta questo stiramento

Detto ciò, io continuo ad avere un sacco di elementi che non mi quadrano.

La prima domanda è:

dato che
1) Una galassia lontana la vedo sempre e solo come l' immagine che era in un certo tempo passato;
2) Più lontana è la galassia che sto osservando, e più la sua immagine la raffigurerà ringiovanita;
3) Più una galassia è lontana, e più il suo spettro si sposta verso il rosso;

posso dedurre che
4) Più una galassia è lontana nel tempo e più il suo spettro si sposta verso il rosso?

Se sì, questo consentirebbe una chiave di lettura potenzialmente differente, ovvero.. Se fosse solo il tempo a stirarsi?
Ovvero ancora, se noi potessimo vedere tutte le galassie come sarebbero ora in tempo reale, siamo proprio sicuri che ci sarebbe ancora in red shift, e che non sia invece un fenomeno collegato esclusivamente a quel preciso istante del passato della galassia che vogliamo osservare?

Per provare a spiegarmi meglio, prendiamo come esempio un grande parco pieno di gente, al cui interno noi siamo seduti e osserviamo le persone intorno a noi: mettiamo il caso (assurdo nella quotidianità) che più guardiamo lontano da noi, e più vediamo queste persone da giovani: se in fondo vediamo dei bambini che corrono frenetici, a metà strada dei ragazzi che camminano velocemente, e vicino a noi degli anziani che camminano col bastone, siamo proprio sicuri che i bambini in fondo che corrono stiano correndo anche in questo momento, da anziani?
Dopotutto io ho solo la loro immagine del passato, posso dire quello che facevano, ma non quello che fanno ora, e se anzi dovessi andare a deduzione, in base all' età dei soggetti nel parco e alla loro velocità di corsa, affermerei che quei bambini scalmanati in fondo probabilmente ora sono dei vecchietti che stanno camminando piano con un bastone.


La seconda cosa che vorrei chiedere, connessa alla prima domanda, è invece un chiarimento per una mia difficoltà di interpretazione del red shift, non capisco perché dovrebbe stirarsi in accelerazione lo spaziotempo, mi quadra il tutto se si stira o lo spazio, o il tempo, ma non entrambe le cose.

Anche qui faccio un esempio banale: se delle ambulanze in corsa si allontanano da me, e noto che i suoni più distanti sono anche proporzionalmente i più gravi, posso dedurre che le ambulanze più lontane fuggono più velocemente da me rispetto a quelle più vicine.
Le ambulanze che ora sono più vicine, proseguendo nel tempo, diventeranno poi necessariamente più lontane, quindi ascoltando bene il loro suono nel tempo posso udire un certo effetto doppler, ovvero il suono udito da qui abbasserà progressivamente la frequenza.
Come potrei mai concludere che in realtà non è l' ambulanza che accelera, ma è lo spazio che si sta stirando sempre più velocemente? Se infatti fosse lo spazio a stirarsi sempre più, dato che è il mezzo di propagazione stesso dell' informazione a stirarsi, io nel mio sistema di riferimento solidale con questo stiramento non dovrei percepire alcun effetto doppler. Detto in altre parole, se è l' aria stessa a espandersi, il suono dovrà viaggiare più veloce per attraversare la stessa quantità di aria in un certo tempo, e l' effetto doppler non dovrebbe verificarsi dal mio punto di osservazione.

Sulla linea di questo esempio, se il mezzo stesso di propagazione della luce, lo spaziotempo, si stira, come è possibile che ci sia un red shift dal mio punto di vista, dato che la luce stessa cavalca il suo mezzo di propagazione in maniera solidale con lo stesso e con me? Che ci sia inoltre un' accelerazione o una velocità costante di questo stiramento, la luce che comunque si propaga nello spaziotempo dovrebbe in ogni caso cavalcare in maniera solidale il suo stesso mezzo di propagazione seguendone la relativa eventuale accelerazione (senza violare alcuna legge), come è possibile che ci sia dunque un qualsiasi redshift dal nostro punto di osservazione interno al sistema?

Non sarebbe più ragionevole interpretare il red shift rilevato come un' accelerazione effettiva della galassia, o un' accelerazione esclusivamente dello spazio (tra noi e la galassia), o esclusivamente del tempo (tra noi e la galassia), e non di entrambi contemporaneamente? In tal modo giustificherei il differenziale evidenziato.

Riassumendo, secondo la mia interpretazione (e chiedo a voi dove sto sbagliando):

osservazione: redshift che aumenta con le distanze
deduzione a) galassia si sta allontanando accelerando
deduzione alternativa b) velocità dello spazio (tra noi e la galassia) > velocità del tempo (tra noi e la galassia)
deduzione aggiuntiva c) qualsiasi cosa stia accadendo allo spaziotempo, sia esso in stiramento, contrazione, e sia tale movimento a velocità costante o accelerata, non posso rilevarla se sono un osservatore interno solidale al sistema

e in maniera equivalente,

osservazione: blueshift che aumenta con le distanze
deduzione a) galassia si sta avvicinando accelerando
deduzione alternativa b) velocità dello spazio (tra noi e la galassia) < velocità del tempo (tra noi e la galassia)
deduzione aggiuntiva c) anche in questo caso, qualsiasi cosa stia accadendo allo spaziotempo, sia esso in stiramento, contrazione, e sia tale movimento a velocità costante o accelerata, non posso rilevarla se sono un osservatore interno solidale al sistema

Non riesco proprio a capire come un redshift o blueshift possano essere correlati a uno stiramento dello spaziotempo, sopratutto se visto da un osservatore (noi) completamente interno e solidale al sistema.

Grazie mille per qualsiasi delucidazione, ciao!

Simone

[Enrico Corsaro]

Ciao, ottima tematica e credo hai esposto i tuoi dubbi in modo molto chiaro, per cui cominciamo con le risposte ;). Sono sicuro che altri utenti potranno partecipare alla discussione per cui speriamo possa essere fruttuosa. Divido la risposta in due parti perchè troppo lunga.



La prima domanda è:

dato che
1) Una galassia lontana la vedo sempre e solo come l' immagine che era in un certo tempo passato;
2) Più lontana è la galassia che sto osservando, e più la sua immagine la raffigurerà ringiovanita;
3) Più una galassia è lontana, e più il suo spettro si sposta verso il rosso;

posso dedurre che
4) Più una galassia è lontana nel tempo e più il suo spettro si sposta verso il rosso?

Certamente, questo effetto si chiama redshift cosmologico. Ne avevamo parlato in altre discussioni, ma trovi dei riferimenti in un articolo scritto di recente che ti consiglio di visionare. Lo puoi trovare QUI (http://www.astronomia.com/forum/showthread.php?10726-Il-modello-cosmologico-standard-%CE%9BCDM-Parte-II-quanta-materia-ed-energia-oscura), con una prima parte da cui sarebbe meglio partissi che invece trov QUI (http://www.astronomia.com/forum/showthread.php?10494-Il-modello-cosmologico-standard-CDM-Parte-I-cos-%E8-e-come-si-ricava).



Se sì, questo consentirebbe una chiave di lettura potenzialmente differente, ovvero.. Se fosse solo il tempo a stirarsi?
Ovvero ancora, se noi potessimo vedere tutte le galassie come sarebbero ora in tempo reale, siamo proprio sicuri che ci sarebbe ancora in red shift, e che non sia invece un fenomeno collegato esclusivamente a quel preciso istante del passato della galassia che vogliamo osservare?

Siamo assolutamente sicuri ;), è un fenomeno molto ben studiato e compreso già a distanze-tempo minori.
Non si tratta di uno stiramento temporale perchè il redshift che misuri non è unicamente legato al tempo ma anche alla distanza, è proprio legato alla velocità di spostamento (lunghezza su tempo quindi).
E' un effetto combinato dunque, sia di tempo che di spazio.



Per provare a spiegarmi meglio, prendiamo come esempio un grande parco pieno di gente, al cui interno noi siamo seduti e osserviamo le persone intorno a noi: mettiamo il caso (assurdo nella quotidianità) che più guardiamo lontano da noi, e più vediamo queste persone da giovani: se in fondo vediamo dei bambini che corrono frenetici, a metà strada dei ragazzi che camminano velocemente, e vicino a noi degli anziani che camminano col bastone, siamo proprio sicuri che i bambini in fondo che corrono stiano correndo anche in questo momento, da anziani?

L'esempio che fai è molto carino, ma non tiene conto del fatto che la luce per viaggiare impiega un tempo finito, perchè si propaga, e l'informazione con sè, con una velocità limitata. Come si muovono le giovani galassie remote che osserviamo ce lo può dire la relatività generale, anche se la loro informazione non è ancora giunta a noi. Sappiamo infatti che ci sono diversi oggetti che si allontanano a velocità superluminali, pur continuando a vederli.
Sappiamo che questo effetto esiste perchè è osservato in TUTTE le direzioni, indipendentemente dunque dalla direzione in cui si osserva e perchè in regioni relativamente prossime (qualche decina di milioni di anni luce) possiamo ben studiare i moti propri, cioè quelli reali, effettivi, di galassie e ammassi di galassie tramite numerose tecniche astronomiche e astrometriche.



Dopotutto io ho solo la loro immagine del passato, posso dire quello che facevano, ma non quello che fanno ora, e se anzi dovessi andare a deduzione, in base all' età dei soggetti nel parco e alla loro velocità di corsa, affermerei che quei bambini scalmanati in fondo probabilmente ora sono dei vecchietti che stanno camminando piano con un bastone.

No perchè in questo caso stai confondendo ciò che è un moto proprio con ciò che invece è causato dall'espansione dell'Universo. Le galassie giovani in forte allontanamento non sono realmente in moto (o quantomeno non necessariamente) rispetto a noi. Ciò che cambia è il riferimento dello spazio-tempo stesso. Quelle galassie potrebbero di fatto anche essere completamente ferme nei loro dintorni, e continuare a rimanerci per tutta la loro vita. Il punto è che se noi osserviamo un comportamento globale di quella natura, cioè una velocità di recessione in ogni direzione visibile, e sempre la stessa per una distanza fissata, ed in aumento con l'aumentare della distanza (e del tempo certamente), capiamo che si tratta di un effetto fittizio, non causato dagli oggetti stessi ma dall'Universo in cui si trovano.



La seconda cosa che vorrei chiedere, connessa alla prima domanda, è invece un chiarimento per una mia difficoltà di interpretazione del red shift, non capisco perché dovrebbe stirarsi in accelerazione lo spaziotempo, mi quadra il tutto se si stira o lo spazio, o il tempo, ma non entrambe le cose.

Come ti ho già spiegato, il redshift si misura tramite un effetto causato dalla velocità (a basse velocità e per moti propri è esattamente l'effetto Doppler). Il tempo non è l'unico ingrediente della velocità, ma lo è anche lo spazio percorso. Quindi in parole povere il redshift dipende dallo spazio percorso da un raggio di luce in un determinato intervallo temporale.



Anche qui faccio un esempio banale: se un' ambulanza in corsa si allontana da me, e sento il suono via via farsi più grave con l' aumentare della distanza, posso dedurre che l' ambulanza sta accelerando la sua fuga. Come arrivo alla conclusione che in realtà non è l' ambulanza che accelera, ma è lo spazio che si sta stirando sempre più velocemente? Se infatti fosse lo spazio a stirarsi sempre più, dato che è il mezzo di propagazione stesso dell' informazione a stirarsi, io nel mio sistema di riferimento solidale con questo stiramento non dovrei percepire alcun effetto doppler. Detto in altre parole, se è l' aria stessa a espandersi, il suono che in origine viaggia a velocità costante deve invece viaggiare più veloce per attraversare la stessa quantità di aria, ma io non me ne accorgerei perché sono solidale con l' espansione dell' aria e dal mio punto di vista l' effetto doppler non dovrebbe realizzarsi.

Perchè nel qual caso, non vedi solo l'ambulanza allontanarsi, ma vedi tutto ciò che sta intorno a te farlo, qualsiasi cosa sia. E' evidente da questo che non può essere un problema di una galassia, o due, ma è un effetto globale, che coinvolge tutto lo spazio-tempo.



Sulla linea di questo esempio, se il mezzo stesso di propagazione della luce, lo spaziotempo, si stira, come è possibile che ci sia un red shift dal mio punto di vista, dato che la luce stessa cavalca il suo mezzo di propagazione in maniera solidale con lo stesso e con me? Che ci sia inoltre un' accelerazione o una velocità costante di questo stiramento, la luce che comunque si propaga nello spaziotempo dovrebbe in ogni caso cavalcare in maniera solidale il suo stesso mezzo di propagazione seguendone la relativa eventuale accelerazione (senza violare alcuna legge), come è possibile che ci sia dunque un red shift dal nostro punto di osservazione interno al sistema?

C'è sempre un redshift dal tuo punto di vista, perchè è l'effetto che vedi e percepisci. Quello che di fatto accade è che la luce viene letteralmente "stirata" per effetto della sola espansione dello-spazio tempo. Ed è proprio perchè l'onda elettromagnetica deve "cavalcare" come dici tu uno spazio-tempo che adesso è in espansione, per rimanere solidale nel sistema di riferimento, che essa perde energia, spostando così la sua frequenza verso il rosso. Non è dunque un redshift normale, ordinario, come quello dell'effetto Doppler che citavi, ma è chiamato redshift cosmologico e la sua entità si può modellizzare dalla relatività generale.

[Enrico Corsaro]

Non sarebbe più ragionevole interpretare il red shift rilevato come un' accelerazione o esclusivamente dello spazio (tra noi e la galassia), o esclusivamente del tempo (tra noi e la galassia), e non di entrambi? In tal modo giustificherei il differenziale evidenziato.

Il redshift è direttamente porporzionale alla velocità di spostamento, niente di più. Nel caso del redshift cosmologico di cui parli, tale velocità è detta di recessione ed è causata unicamente dall'espansione dello spazio tempo.



osservazione: redshift

deduzione a) galassia si sta allontanando a velocità costante
deduzione alternativa b) velocità dello spazio (tra noi e la galassia) > velocità del tempo (tra noi e la galassia)
deduzione aggiuntiva c) qualsiasi cosa stia accadendo allo spaziotempo, sia esso in stiramento, contrazione, e sia tale movimento a velocità costante o accelerata, non posso rilevarla se sono un osservatore interno solidale al sistema

e in maniera equivalente,

osservazione: blueshiftdeduzione a) galassia si sta avvicinando a velocità costante (vedi Andromeda)
deduzione alternativa b) velocità dello spazio (tra noi e la galassia) < velocità del tempo (tra noi e la galassia)
deduzione aggiuntiva c) anche in questo caso, qualsiasi cosa stia accadendo allo spaziotempo, sia esso in stiramento, contrazione, e sia tale movimento a velocità costante o accelerata, non posso rilevarla se sono un osservatore interno solidale al sistema

Non riesco proprio a capire come un redshift o blueshift possano essere correlati a uno stiramento dello spaziotempo, sopratutto se visto da un osservatore (noi) completamente interno e solidale al sistema.


Noi siamo solidali ad un sistema che è in nostra prossimità, non ad uno posto a grande distanza. Nell'Universo lo spazio-tempo ha una sua indipendenza, per così dire, da ciò che c'è dentro di esso. Nel qual caso, le tue deduzioni b non hanno senso, poichè non parliamo di velocità di spazio o di tempo, ma di velocità come spazio percorso in un intervallo di tempo, è semplicemente una definizione di fisica di base.
Le deduzioni c non vanno bene neanche, perchè tu sei solidale solo ad un sistema in tua prossimità, in cui agiscono le stesse forze, non ad un sistema di un'altra porzione di Universo molto lontana da te.
Per la deduzione a, dipende dall'insieme. Si fanno osservazioni multiple, di più oggetti in prossimità fra loro, se ne studia la cinematica, la dinamica, si ricostruisce una mappa dei moti per quella zona e da li si comprende se c'è un effetto globale comune a tutti, oppure no. Andromeda è troppo vicina e gravitazionalmente legata a noi per poter risentire di questo effetto. Ma più l'oggetto è distante, più tempo è passato da allora, e più l'effetto è probabile che si veda e diventi dominante.

[Quake88]

Ciao Enrico! Grazie infinite per le tue risposte dettagliate e chiare, si vede innanzitutto la competenza e soprattutto la grande passione che ci metti ;) Che dire, qua dire c' è tanta carne al fuoco è ridutivo.. Ora abbiamo una intera mandria al fuoco!! xD Per ora dato che non ho le competenze per andare oltre mi limito ad informarmi maggiormente in modo da potere anche capire meglio dei concetti che ammetto sono, per ora, un po' difficoltosi e meritano un certo tempo per poter dire che io li abbia compresi. Nel frattempo ti ringrazio davvero tanto, e spero di risentirci quanto prima! ;)
Simone

aggiornamento all' ultimo secondo! Per adesso ho trovato questo: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0115550#s3 , sembrerebbe sostenere che "Universal time dilation implies a non-accelerating universe" (nel campo "results").. Me lo devo leggere bene, già però il fatto che abbia trovato qualcuno sulla mia stessa linea di pensiero di partenza (che non è lo spazio ad accelerare lo stiramento, ma il tempo) mi ha fatto piacere senza dubbio (seppure chiaramente mi devo discostare in quanto io mi sono fermato nell' idea e ho continuato a fare colazione beatamente, mentre qualcun altro ha seriamente portato avanti una sua idea con strumenti matematici e provando a buttarla giù) xD
a presto!

[Enrico Corsaro]

Di niente Quake88, siamo qui per discutere e imparare tutti quanti.

Riguardo all'articolo che hai trovato, se ne era già discusso. Ti consiglio di leggere QUI (http://www.astronomia.com/forum/showthread.php?8972-L%92energia-oscura-%E8-un-falso-problema).

[Quake88]

Ok, forse posso permettermi una piccola domanda ancora :sbav:
Qua sarei più nella logica e nel ragionamento astratto, piuttosto che in un argomento di fisica o matematica, proprio per quello mi permetto di chiedere :)
Il modello di base che volevo proporre è il solito universo in cui lo spaziotempo si stira, ma con tre diverse possibilità di integrare a questo stiramento alcune proprietà (1-2-3: quale delle tre sia vera non ci importa per ora, vorrei solo che mi seguiate a livello di fantasia, è solo semplice curiosità nulla di più :awesome:).

1) ->spaziotempo si espande, inoltre il tempo si espande:
Ora vorrei immaginare che, contemporaneamente a questo stiramento dello spaziotempo, ci sia anche un' accelerazione dello stesso, ma dalla parte esclusivamente del tempo, e non dello spazio (ovvero, mentre lo spaziotempo si espande, c' è in aggiunta una crescita addizionale ma esclusivamente temporale di questo stiramento).

2) ->spaziotempo si espande, e in aggiunta lo spazio si espande
Ora invece pensiamo a un modello in cui lo stiramento costante dello spaziotempo sia questa volta accompagnato, in aggiunta, da uno stiramento del solo spazio, ma non del tempo (ovvero, mentre lo spaziotempo si espande, c' è in aggiunta una crescita addizionale ma esclusivamente spaziale).

3) ->spaziotempo si espande, inoltre lo spazio e il tempo si espandono sempre più velocemente e in egual misura per entrambi
Infine, per ultimo, immaginiamo un universo che si stiri, e questo stiramento proceda sempre più velocemente, a pari merito sia per il tempo che per lo spazio (risultando propriamente in un' accelerazione dello stiramento dello spaziotempo).

Infine immaginiamo un osservatore, in un preciso punto spaziale e temporale, ad esempio noi ora sul pianeta Terra: che caratteristiche avrebbero i fotoni di una sorgente luminosa molto lontana da noi, ad esempio una galassia distante 30 miliardi di anni luce, dal nostro punto di osservazione? :sbav:
Mi piacerebbe sapere prima da chi è più esperto di me i probabili risultati di questi tre tipi si scenari diversi, prima di pronunciarmi io su come li vedo :-)

[Quake88]

( Comunque Enrico sei velocissimo! Mi accorgo solo ora che mentre scrivo hai già risposto a una mia domanda prima xD Quindi scusami se non ti ho ringraziato per la tua risposta, ti ringrazio ora in ritardo, nel frattempo leggo subito il materiale che mi hai indicato ;) )

[Quake88]

Up? :D

[Enrico Corsaro]

Mi era passata di mente! Menomale che l'hai commentata.
Vedo di risponderti al più presto ;). Tieni comunque presente una cosa, per capirci meglio...una cosa è l'espansione in sè, un'altra è l'accelerazione. Dovresti dunque chiarire meglio i due concetti, poichè spesso li usi in modo intercambiabile, cosa che invece non è.

[Enrico Corsaro]

Allora @Quake88 (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=3762), premetto che questo genere di domande già un pò esula dall'argomento scientifico in sè, per cui in futuro se vuoi dibattere ulteriormente su argomenti mirati ad un discorso di pura logica astratta, posso consigliarti di postarli nel forum "Al Bar da Arturo", dove tutte le discussioni (o quasi) sono accettate.




Il modello di base che volevo proporre è il solito universo in cui lo spaziotempo si stira, ma con tre diverse possibilità di integrare a questo stiramento alcune proprietà (1-2-3: quale delle tre sia vera non ci importa per ora, vorrei solo che mi seguiate a livello di fantasia, è solo semplice curiosità nulla di più :awesome:).

1) ->spaziotempo si espande, inoltre il tempo si espande:
Ora vorrei immaginare che, contemporaneamente a questo stiramento dello spaziotempo, ci sia anche un' accelerazione dello stesso, ma dalla parte esclusivamente del tempo, e non dello spazio (ovvero, mentre lo spaziotempo si espande, c' è in aggiunta una crescita addizionale ma esclusivamente temporale di questo stiramento).

In questo caso allora dovresti spiegare come riusciresti a vedere che il tempo accelera se non hai un riferimento esterno con cui confrontarlo. Il problema del tempo è che è una coordinata che non visualizzi, ma che misuri dato per assunto che hai impostato tu un modo di conteggiarlo. Per lo spazio è diverso invece, perchè puoi vedere con i tuoi occhi come gli oggetti si spostano e dunque quantificare direttamente se esso sta cambiando o meno. Se il tuo tempo cambia, per inciso, non te ne accorgi, a meno che non hai modo di fare una misura altrove, e di confrontarla con la tua. Questo significa che l'unico modo di capirlo è di confrontare due misure dopo che il tuo tempo ha smesso di essere diverso ed è ritornato quello di prima. Altrimenti non lo potrai mai sapere.



2) ->spaziotempo si espande, e in aggiunta lo spazio si espande
Ora invece pensiamo a un modello in cui lo stiramento costante dello spaziotempo sia questa volta accompagnato, in aggiunta, da uno stiramento del solo spazio, ma non del tempo (ovvero, mentre lo spaziotempo si espande, c' è in aggiunta una crescita addizionale ma esclusivamente spaziale).

Dovremmo rivedere un pò la terminologia. Cosa intendi dire con in aggiunta uno stiramento solo dello spazio? Che lo spazio si "espande" ad un tasso più rapido del tempo?
E' un pò ambiguo fare un confronto diretto tra spazio e tempo sinceramente. Sappiamo che lo spazio-tempo è in espansione accelerata attualmente, ma l'effetto di espansione accelerata è essenzialmente applicato allo spazio, e non al tempo, poichè per la relatività generale non vi è la condizione di una dilatazione accelerata di tempo e poichè relativamente all'Universo, non ha sostanzialmente senso parlare di rallentamento o accelerazione del tempo, dato che il tempo dell'Universo è di base un tempo di riferimento assoluto.



3) ->spaziotempo si espande, inoltre lo spazio e il tempo si espandono sempre più velocemente e in egual misura per entrambi
Infine, per ultimo, immaginiamo un universo che si stiri, e questo stiramento proceda sempre più velocemente, a pari merito sia per il tempo che per lo spazio (risultando propriamente in un' accelerazione dello stiramento dello spaziotempo).

Credo di aver capito il discorso che vuoi fare, ma ti ripeto, il tempo non è soggetto a stirarsi in modo accelerato per l'evoluzione dell'Universo. Gli effetti di dilatazione temporale (quindi semmai una dilatazione rallentata, che è la sola possibile), sono contemplati nel relativismo, cioè nel confronto di due sistemi di riferimento all'interno dello stesso Universo, e non nel sistema che rappresenta l'intero Universo. Avevamo fatto tempo fa una discussione abbastanza approfondita in merito sul tempo cosmico, come tempo di riferimento assoluto, e che non è soggetto a dilatazioni o contrazioni.



Infine immaginiamo un osservatore, in un preciso punto spaziale e temporale, ad esempio noi ora sul pianeta Terra: che caratteristiche avrebbero i fotoni di una sorgente luminosa molto lontana da noi, ad esempio una galassia distante 30 miliardi di anni luce, dal nostro punto di osservazione? :sbav:

Gli effetti che può produrre una sorgente sono esclusivamente legati alla dinamicità dello spazio. Il tempo che misuriamo sarà sempre e comunque quello utilizzato da noi, e non dalla sorgente. Quindi l'unico impatto può averlo la velocità con cui la sorgente si muove rispetto a noi, il che fa spostare la frequenza della radiazione emessa verso il rosso oppure il blu.
Se la sorgente per qualche motivo vive al rallentatore (ad esempio perchè in prossimità di un buco nero), noi continueremo a vederla in modo normale, con il tempo che scorre nel nostro sistema, e non nel suo. In tal caso l'effetto che si avrà sulla luce è di un arrossamento, causato dal fatto che la radiazione emessa dalla sorgente perde energia per effetto del forte campo gravitazionale.

[Quake88]

Ciao Enrico, grazie infinitamente per il tuo tempo. Effettivamente per la logica astratta forse non è la sezione migliore qui, voleva solo essere uno step intermedio per arrivare dall' astratto al concreto ma se effettivamente dovesse andare avanti in astratto meglio la sezione che consigliavi tu, vediamo ;-)


In questo caso allora dovresti spiegare come riusciresti a vedere che il tempo accelera se non hai un riferimento esterno con cui confrontarlo. Il problema del tempo è che è una coordinata che non visualizzi

Ecco, è proprio uno dei punti caldi che volevo capire meglio! :thinking: In effetti potrebbe non essere immediato nè corretto, ma io ritengo che la coordinata temporale sia visualizzabile.
Se ad esempio spazialmente posso vedere un piccolo oggetto tondo che si muove davanti a me, posso descrivere il suo moto nello spazio rispetto al mio punto di osservazione. E fin qui... ;)
Ma anche dal punto di vista temporale può avvenire la stessa cosa: se mi accorgessi, zoomando, che quel piccolo oggetto che si muove è in realtà un orologio, posso vedere le sue lancette schioccare più o meno velocemente rispetto al mio, quindi posso descrivere il suo moto verso il futuro rispetto al mio, e in aggiunta, non contento, se osservo per un periodo sufficiente, posso dedurre se tale moto verso il futuro sia in accelerazione o decelerazione rispetto al mio verso il futuro.

Ovviamente l' orologio è un semplice esempio, non intendiamolo letteralmente. Per orologio intendo un qualsiasi fenomeno o evento che sappiamo scandirsi a una certa velocità, non saprei.. Mi viene in mente il decadimento radioattivo di un elemento, oppure proprio la velocità della luce, che è appunto fissa (un buon orologio direi!) che stavamo considerando.
Non colgo bene perché non potrei visualizzare il tempo al pari dello spazio :thinking:


Dovremmo rivedere un pò la terminologia. Cosa intendi dire con in aggiunta uno stiramento solo dello spazio? Che lo spazio si "espande" ad un tasso più rapido del tempo?
Esatto! E viceversa. Hai colto proprio dove volevo arrivare ;)


Sappiamo che lo spazio-tempo è in espansione accelerata attualmente, ma l'effetto di espansione accelerata è essenzialmente applicato allo spazio, e non al tempo, poichè per la relatività generale non vi è la condizione di una dilatazione accelerata di tempo

Questo è un altro punto caldo dove volevo arrivare! Chiaro che remo contro tonnellate di tomi che mi seppellirebbero vivo senza alcuna possibilità di salvataggio. Infatti mi propongo di non rinnegare, ma solo di cambiare la chiave di lettura dei fenomeni. La prima anomalia che mi balza è: perché se sappiamo che lo spazio-tempo è in espansione accelerata, applichiamo tale concetto solo allo spazio? Il primo motivo che mi viene in mente è perché lo spazio ci è più familiare, anche dal punto di vista del ragionamento astratto. Io non rinnego che lo spazio sia in espansione accelerata, ci mancherebbe, ma propongo anche l' altra chiave di lettura simmetrica dal punto di vista temporale. La relatività generale effettivamente non include questa condizione, ma il fatto che non sia inclusa non vieta che non sia possibile, o sbaglio?



relativamente all'Universo, non ha sostanzialmente senso parlare di rallentamento o accelerazione del tempo, dato che il tempo dell'Universo è di base un tempo di riferimento assoluto.

Credo di aver capito il discorso che vuoi fare, ma ti ripeto, il tempo non è soggetto a stirarsi in modo accelerato per l'evoluzione dell'Universo. Gli effetti di dilatazione temporale (quindi semmai una dilatazione rallentata, che è la sola possibile), sono contemplati nel relativismo, cioè nel confronto di due sistemi di riferimento all'interno dello stesso Universo, e non nel sistema che rappresenta l'intero Universo. Avevamo fatto tempo fa una discussione abbastanza approfondita in merito sul tempo cosmico, come tempo di riferimento assoluto, e che non è soggetto a dilatazioni o contrazioni.

Questa parte è molto interessante!! Ho provato a cercare, non sono riuscito a trovarla.. Se riuscite a girarmi il link mi faccio volentieri una lettura.. In effetti io sembra stia trattando spazio e tempo come se fossimo nel relativismo, in realtà stavo pensando proprio a un discorso di tempo di riferimento assoluto. Qui è difficile sia per me spiegarmi, che provare a non commettere errori.. Insomma, se immagino l' universo come una bolla, fuori da questa bolla non c' è nè spazio nè tempo, e esso stesso quando si espande stira propriamente il tessuto spaziotemporale, dunque chiaro che visivamente possiamo immaginare la dilatazione degli spazi, ma non dobbiamo dimenticarci che a pari merito c' è una dilatazione dei tempi, o ci sarebbe disparità tra i due. Non mi saprei spiegare una sola dilatazione spaziale senza una temporale, ma forse non era quello che intendevi tu e forse non ho capito bene io, su questa parte chiedo venia ho perso un po' il filo.


Il tempo che misuriamo sarà sempre e comunque quello utilizzato da noi, e non dalla sorgente. Quindi l'unico impatto può averlo la velocità con cui la sorgente si muove rispetto a noi, il che fa spostare la frequenza della radiazione emessa verso il rosso oppure il blu.
Se la sorgente per qualche motivo vive al rallentatore (ad esempio perchè in prossimità di un buco nero), noi continueremo a vederla in modo normale, con il tempo che scorre nel nostro sistema, e non nel suo. In tal caso l'effetto che si avrà sulla luce è di un arrossamento, causato dal fatto che la radiazione emessa dalla sorgente perde energia per effetto del forte campo gravitazionale.
Chiarissimo! Qui concordo in pieno tralaltro, spero di non aver dato modo di fare intendere di aver frainteso questi concetti, a cui non vado contro ovviamente ;)

I tre scenari che avevo proposto magari non sono il massimo della correttezza di esposizione per come li ho spiegati, però mi farebbe piacere capire se almeno in linea teorica sono immaginabili o se ci sono degli errori di base che impediscono anche solo di immaginarli e pensarci su :awesome: Ciao!

[DarknessLight]

Quake88
Se lo spazio si espande, ne abbiamo la conferma grazie al fatto che percepiamo i corpi allontanarsi tra loro. Esiste un riferimento relativo che ci permette di vedere una dilatazione delle coordinate spaziali.
Ma nel caso fosse il tempo cosmico a dilatarsi (tempo cosmico e NON tempo proprio) rispetto a quale riferimento potremmo valutarlo?

Il tuo esempio dell orologio si riferisce al tempo proprio e non al tempo cosmico perciò puoi sì misurare una dilatazione temporale, ma solo tra due oggetti ALL INTERNO dell universo. Non puoi valutare un rallentamento o un accelerazione del tempo cosmico standard senza avere qualcosa a cui confrontarlo.

Io ho capito così. Poi vedremo cosa dirà Enrico ;)

[Enrico Corsaro]

Ecco, è proprio uno dei punti caldi che volevo capire meglio! In effetti potrebbe non essere immediato nè corretto, ma io ritengo che la coordinata temporale sia visualizzabile.
Se ad esempio spazialmente posso vedere un piccolo oggetto tondo che si muove davanti a me, posso descrivere il suo moto nello spazio rispetto al mio punto di osservazione. E fin qui...
Ma anche dal punto di vista temporale può avvenire la stessa cosa: se mi accorgessi, zoomando, che quel piccolo oggetto che si muove è in realtà un orologio, posso vedere le sue lancette schioccare più o meno velocemente rispetto al mio, quindi posso descrivere il suo moto verso il futuro rispetto al mio, e in aggiunta, non contento, se osservo per un periodo sufficiente, posso dedurre se tale moto verso il futuro sia in accelerazione o decelerazione rispetto al mio verso il futuro.

Quello di cui parli non è un tempo dell'Universo ma il tempo proprio dell'osservatore rappresentato da un orologio :). Non esiste un modo per visualizzare il tempo di tutto l'Universo, perchè se cambiasse non te ne accorgeresti dal momento che vivi al suo interno. Puoi solo accorgerti se il tempo di un altro osservatore è diverso dal tuo facendo un confronto sulla stregua di quanto hai detto. Ma questo rientra nel ben noto caso della teoria della relatività, come ti ha già ben detto Dark!



Ovviamente l' orologio è un semplice esempio, non intendiamolo letteralmente. Per orologio intendo un qualsiasi fenomeno o evento che sappiamo scandirsi a una certa velocità, non saprei.. Mi viene in mente il decadimento radioattivo di un elemento, oppure proprio la velocità della luce, che è appunto fissa (un buon orologio direi!) che stavamo considerando.
Non colgo bene perché non potrei visualizzare il tempo al pari dello spazio

Si è chiaro, stai confondendo quello che è il tempo proprio dell'osservatore (e che può infatti cambiare in base a dove ti trovi) con il tempo che invece è dell'Universo, che è uguale per tutti a prescindere. Il tempo di decadimento come giustamente dici è un ottimo orologio per misurare possibili effetti di dilatazione. Nel qual caso, quello dei muoni è proprio una delle conferme della relatività speciale.




Questo è un altro punto caldo dove volevo arrivare! Chiaro che remo contro tonnellate di tomi che mi seppellirebbero vivo senza alcuna possibilità di salvataggio. Infatti mi propongo di non rinnegare, ma solo di cambiare la chiave di lettura dei fenomeni. La prima anomalia che mi balza è: perché se sappiamo che lo spazio-tempo è in espansione accelerata, applichiamo tale concetto solo allo spazio? Il primo motivo che mi viene in mente è perché lo spazio ci è più familiare, anche dal punto di vista del ragionamento astratto. Io non rinnego che lo spazio sia in espansione accelerata, ci mancherebbe, ma propongo anche l' altra chiave di lettura simmetrica dal punto di vista temporale. La relatività generale effettivamente non include questa condizione, ma il fatto che non sia inclusa non vieta che non sia possibile, o sbaglio?

Il motivo di per sè è semplice, anche se non banale. Il tempo di riferimento per l'Universo è una coordinata che fissiamo noi, originatasi con il Big Bang. Qualunque osservatore in qualunque punto dell'Universo, deve poter dire che l'Universo ha quell'età e solo quella. L'età dell'Universo cioè non può cambiare semplicemente perchè io mi sposto al suo interno. Da questo punto di vista questo tempo è considerabile come "assoluto", cioè non è soggetto ad alcun cambiamento. Se comunque questo tempo dovesse cambiare, per qualche motivo ad esempio rallentando, cambierebbe per tutti, per qualsiasi osservatore posto dentro l'Universo, proprio perchè è il tempo dell'Universo.
C'è anche da dire poi che fisicamente parlando, a prescindere ora del caso vero o meno, non ha alcun senso dire che il tempo si espande ad un tasso più elevato dello spazio, proprio perchè concettualmente e fisicamente sono due quantità totalmente diverse e non puoi fare un confronto diretto.
La relatività ammette che il tempo cambi, certamente, ma è solo il tempo proprio del singolo osservatore, e non quello di tutto l'Universo! Di base il concetto fondamentale è che queste variazioni di tempo e di spazio, diventano misurabili SOLO nel momento in cui metti a confronto fra loro almeno due osservatori diversi, non di meno. Io da solo come osservatore, non posso accorgermi di nulla. Quindi la dilatazione del tempo è già contemplata nella teoria, ma solo parlando di tempo proprio dell'osservatore, non altro. Il motivo per cui non puoi applicare la stessa cosa all'Universo è che non vedi nè puoi misurare il tempo di un altro Universo per capire come cambia rispetto al nostro. Questo è un concetto fondamentale per noi, e prende il nome di relativismo.





Questa parte è molto interessante!! Ho provato a cercare, non sono riuscito a trovarla.. Se riuscite a girarmi il link mi faccio volentieri una lettura.. In effetti io sembra stia trattando spazio e tempo come se fossimo nel relativismo, in realtà stavo pensando proprio a un discorso di tempo di riferimento assoluto. Qui è difficile sia per me spiegarmi, che provare a non commettere errori.. Insomma, se immagino l' universo come una bolla, fuori da questa bolla non c' è nè spazio nè tempo, e esso stesso quando si espande stira propriamente il tessuto spaziotemporale, dunque chiaro che visivamente possiamo immaginare la dilatazione degli spazi, ma non dobbiamo dimenticarci che a pari merito c' è una dilatazione dei tempi, o ci sarebbe disparità tra i due. Non mi saprei spiegare una sola dilatazione spaziale senza una temporale, ma forse non era quello che intendevi tu e forse non ho capito bene io, su questa parte chiedo venia ho perso un po' il filo.

Forse la risposta è molto più semplice di quanto sia. Il tempo scorre sempre, da quando è iniziato, semplicemente perchè avanza! Si parla di spazio-tempo come concetto unico proprio perchè lo spazio cambia grazie al fatto che cambia il tempo stesso. Il tempo cambia continuamente senza mai fermarsi. Il motivo per cui misuriamo lo spazio espandersi è perchè esiste il tempo, altrimenti vedremmo sempre tutto immobile. Questo dovrebbe già rispondere ai tuoi dubbi. Non occorre qui tirare in ballo alcuna decelerazione e accelerazione ;).




I tre scenari che avevo proposto magari non sono il massimo della correttezza di esposizione per come li ho spiegati, però mi farebbe piacere capire se almeno in linea teorica sono immaginabili o se ci sono degli errori di base che impediscono anche solo di immaginarli e pensarci su
L'errore di base che commetti è vedere il tempo come una coordinata spaziale e pensare che se cambia il tempo dell'Universo noi potremmo accorgecene. Purtroppo non funziona così, l'unico tempo che possiamo vedere cambiare è quello di un altro osservatore (ad es. i muoni) misurato da noi con un esperimento, ma non il tempo dell'Universo, che deve rimanere uguale per tutti a prescindere. Spero di essere stato chiaro :biggrin:.

[Quake88]

Chiedo scusa per la mia lunga assenza, ma non ho smesso di pensarvi, dopo tutto qualche mese cosa sarà mai rispetto ai tempi cosmici? :biggrin:


Il motivo di per sè è semplice, anche se non banale. Il tempo di riferimento per l'Universo è una coordinata che fissiamo noi, originatasi con il Big Bang. Qualunque osservatore in qualunque punto dell'Universo, deve poter dire che l'Universo ha quell'età e solo quella. L'età dell'Universo cioè non può cambiare semplicemente perchè io mi sposto al suo interno. Da questo punto di vista questo tempo è considerabile come "assoluto", cioè non è soggetto ad alcun cambiamento. Se comunque questo tempo dovesse cambiare, per qualche motivo ad esempio rallentando, cambierebbe per tutti, per qualsiasi osservatore posto dentro l'Universo, proprio perchè è il tempo dell'Universo.

Qua ti seguo perfettamente. Però anche qui, ho un dubbio.. Se sostituisco la parola "tempo" con "spazio" (in maniera un po' elastica), e viceversa, verrebbe fuori una cosa così:

Lo spazio in un certo punto nell' Universo è una coordinata che fissiamo noi, originatasi con il Big Bang. Qualunque osservatore in qualunque tempo dell'Universo, deve poter dire che l'Universo ha quella dimensione* e solo quella. Le dimensioni dell'Universo cioè non possono cambiare semplicemente perchè io mi sposto nel tempo al suo interno. Da questo punto di vista questa dimensione è considerabile come "assoluta", cioè non è soggetta ad alcun cambiamento. Se comunque questo spazio dovesse cambiare, per qualche motivo ad esempio espandendosi, cambierebbe per tutti, per qualsiasi osservatore in qualsiasi tempo nell'Universo, proprio perchè è lo spazio dell'Universo.

*in senso strettamente spaziale, per intenderci, centimetri, chilometri, anni luce...

La prima domanda è se c' è qualche errore in questa sostituzione, ricontrollando mi pare che sia tutto più o meno coerente con questa "inversione" tra tempo e spazio. Se non ci sono errori, posso passare alla seconda.

La seconda, è.. caliamo il red shift in questo contesto. Togliamo il "se" dall' ultima frase: "Osservando questo spazio cambiare, ad esempio espandendosi, esso cambia per tutti, per qualsiasi osservatore in qualsiasi tempo nell'Universo, proprio perchè è lo spazio dell'Universo". Che dovrebbe essere ciò che si afferma col red shift.

Ora, se con l' ultima affermazione ho riscontrato ciò che posso osservare nel cielo, ovvero il red shift, proviamo a rimettere ogni cosa a posto, ovvero il "tempo" di nuovo al posto dello "spazio" e viceversa. Non si ha effettivamente la chiave di lettura simmetrica del red shift che proponevo?


C'è anche da dire poi che fisicamente parlando, a prescindere ora del caso vero o meno, non ha alcun senso dire che il tempo si espande ad un tasso più elevato dello spazio, proprio perchè concettualmente e fisicamente sono due quantità totalmente diverse e non puoi fare un confronto diretto.

Concordo, ma forse mi ero spiegato male io (e mi succede non di rado xD ). Il confronto che menziono tra queste due quantità non è in senso stretto, ma in senso "concettuale" (se così posso chiamarlo). Mi sono permesso questo lusso solamente perché queste due grandezze hanno tra loro un legame, una correlazione. Mi spiego meglio.
Posso pensare di accostare, esagerando per rendere l' idea, due grandezze differenti, come i soldi di Pierino e la felicità di Pierino. So che c' è una correlazione tra le due (se Pierino ha pochi soldi, è senz' altro meno felice) (in un ipotetico mondo dove la felicità è esclusivamente relazionata ai soldi), ma non potrò mai fare operazioni aritmetiche tra le due grandezze, perché non sono nello stesso piano. Posso però permettermi di dire come si comporta l' una quando l' altra accresce, e viceversa. Ecco, questo è quello che intendevo, quando ponevo l' ipotesi che il tempo si espande ad un tasso più elevato dello spazio: la felicità di Pierino cresce ad un ritmo leggermente inferiore rispetto alla crescita del denaro, e un' osservatore potrà vedere come nel tempo la felicità di Pierino non cresca più vistosamente come prima al crescere di pari denaro. :awesome:


Forse la risposta è molto più semplice di quanto sia. Il tempo scorre sempre, da quando è iniziato, semplicemente perchè avanza! Si parla di spazio-tempo come concetto unico proprio perchè lo spazio cambia grazie al fatto che cambia il tempo stesso. Il tempo cambia continuamente senza mai fermarsi. Il motivo per cui misuriamo lo spazio espandersi è perchè esiste il tempo, altrimenti vedremmo sempre tutto immobile.

Ho provato a rifare il giuochino del sostituire la parola spazio con tempo, e.. Sono ritornato al punto due xD
Io propongo appunto la chiave di lettura opposta, che dovrebbe essere equivalente :thinking:


Quello di cui parli non è un tempo dell'Universo ma il tempo proprio dell'osservatore rappresentato da un orologio :). Non esiste un modo per visualizzare il tempo di tutto l'Universo, perchè se cambiasse non te ne accorgeresti dal momento che vivi al suo interno. Puoi solo accorgerti se il tempo di un altro osservatore è diverso dal tuo facendo un confronto sulla stregua di quanto hai detto. Ma questo rientra nel ben noto caso della teoria della relatività, come ti ha già ben detto Dark!

Si è chiaro, stai confondendo quello che è il tempo proprio dell'osservatore (e che può infatti cambiare in base a dove ti trovi) con il tempo che invece è dell'Universo, che è uguale per tutti a prescindere. Il tempo di decadimento come giustamente dici è un ottimo orologio per misurare possibili effetti di dilatazione. Nel qual caso, quello dei muoni è proprio una delle conferme della relatività speciale.

L'errore di base che commetti è vedere il tempo come una coordinata spaziale e pensare che se cambia il tempo dell'Universo noi potremmo accorgecene. Purtroppo non funziona così, l'unico tempo che possiamo vedere cambiare è quello di un altro osservatore (ad es. i muoni) misurato da noi con un esperimento, ma non il tempo dell'Universo, che deve rimanere uguale per tutti a prescindere. Spero di essere stato chiaro :biggrin:.

Wops! Assolutamente concordo, anzi chiedo venia mi ero perso nei meandri della mia mente xD Teoria della relatività al 100% ;)

Però approfitto della risposta per avere anche qui maggiori numi, se possibile, su una tua frase che mi ha incuriosito parecchio: perché il cosiddetto "tempo dell' universo" "è uguale per tutti a prescindere"? Perché non potrebbe avere delle zone di maggiore densità, e altre di minore densità, proprio come una nube di gas? Ci sono delle osservazioni che fanno concludere ciò, e in caso contrario almeno in linea teorica abbiamo la possibilità fisica e tecnica di fare tali osservazioni?

Ps. Il relativismo lo intendi nel senso filosofico? Da quel che so la scienza stessa ha opposto critiche a questa filosofia su alcuni aspetti.