MODELLO STANDARD

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modello standard

 

 

Se prendessimo alla lettera le predizioni della relatività generale,

potremmo dunque concludere che l’argomento (del testo cui faccio

riferimento) riflesso in un contesto più ampio, è privo di senso.

C’è una domanda, però, che prima dovremmo porci.

L’incompletezza dello spazio-tempo, prevista nella teoria, è una

reale proprietà fisica del nostro universo, oppure è solo una

proprietà matematica delle equazioni della relatività generale,

che non sono adatte a descrivere adeguatamente lo spazio e il

tempo in prossimità del big-bang? 

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Se prendiamo sul serio l’espansione dell’universo, ed andiamo

indietro nel tempo, dobbiamo infatti necessariamente arrivare

ad epoche quali l’intero universo attuale, con tutta la sua energia,

era concentrato all’interno di una regione spaziale estesa all’incirca

un centesimo di millimetro.

La densità d’energia dell’universo, a quell’epoca, aveva un valore 

talmente elevato da risultare inimmaginabile in base alla nostra

normale esperienza del mondo macroscopico: si calcola, con la

relatività generale, che la densità arrivava ad essere circa 10 (

elevato 80) volte più grande di quella di un nucleo atomico.

Tale densità, che prende il nome di densità limite ‘planckiana’,

segna appunto l’ingresso in un regime nel quale lo spazio ed

il tempo (insieme alla materia) devono seguire le leggi della

meccanica quantistica.

La relatività generale, invece, ignora completamente la meccanica

quantistica, e quindi può arrivare – per così dire – alle soglie del

big-bang, ma non può andare oltre, senza entrare necessariamente

in un regime nel quale le sue previsioni non sono più solide. 

modello standard

Per descrivere correttamente l’universo quando si entra nel regime

planckiano non basta dunque una teoria classica, come la relatività

generale, ma è necessaria una teoria capace di inglobare consistentemente

la meccanica quantistica e la gravitazione.

Tale teoria non esisteva all’epoca della formulazione del modello

standard.

In sua assenza, si è provato a speculare che le previsioni della relatività

generale potessero essere estese fino al suo limite estremo, e cioè

fino a descrivere la nascita dell’universo da uno stato infinitamente 

caldo, denso e curvo: la singolarità iniziale, prima della quale

non esisteva più nulla.

Secondo il ‘modello cosmologico standard’, e cioè il modello che

sta alla base dell’ipotesi del big-bang come istante iniziale, l’

universo si espande, e la curvatura decresce in maniera continua

e decelerata. 

modello standard

Se andiamo indietro nel tempo andiamo dunque verso stati di

curvatura sempre più elevata, e questa crescita continua senza

interruzioni fino allo stato di curvatura infinita, corrispondente

ad una singolarità, fissata per convenzione al tempo iniziale

t=0 oltre il quale la descrizione classica non può essere estesa.

Ma una singolarità, è spesso interpretata in un contesto scientifico

come un segnale che si stanno applicando delle leggi fisiche

al di fuori della regione in cui esse sono valide.

Per concludere, quali sono le prove e con esse le consone equazioni

e teorie per sondare quel lontanissimo passato del nostro

universo?

La risposta è la stessa che potrebbe dare un archeologo a chi gli

chiede le prove dell’esistenza di antiche civiltà: studiando i resti,

i reperti disponibili, si può cercare di risalire alle fonti e ricostruire

la storia originale.

(Così per il nostro ‘neutrino’ causa ed origine delle affermazioni di

questi giorni, per chi ha dimistichezza con la fisica, esse non appaiono

novità assoluta, ma certezza di reperti fossili, che non possono e 

non debbono essere capiti con le conoscenze attuali, perché

inapplicabili in quegli specifi ambiti, (a noi ancora sconosciuti).

Il neutrino assieme al protone e l’elettrone è ciò che rimane dopo

il ‘decadimento’, scavare nel loro ‘universo’ è l’opera di questo

nuovo tassello di archeologia cosmologica che appartiene al

nostro passato, e su ciò c’è tanto e troppo da dire soprattutto in

diversi ambiti di questo, dove diamo per scontate tante e troppe

certezze. Compreso quel Dio di cui pensiamo conoscere verbo,

pensiero e …’futuro disegno’ – curatore del blog -)

Testi consultati:

(B. Greene, La trama del cosmo. M. Gasperini, L’universo prima

del Big Bang, G. Lazzari, Il Viaggio)

 

 

modello standard

   

 

IL GENIUS E IL NEUTRINO (il limite di Einstein)

In riferimento al post leggere:

421578 

cern-neutrini-velocita-della-luce

risultato-di-ricerca.aspx?searchtxt=neutrini&sortifield=date

Prosegue in:

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il genius

 

 

Materia oscura….

 

Abbiamo visto precedentemente che ci sono forti prove teoriche

e sperimentali a favore del fatto che l’universo sia costituito da

materia standard (protoni e neutroni, soprattutto, visto che gli

elettroni contano per meno dello 0,05% della massa ordinaria)

per un misero 5% del suo totale.

Il resto è costituito per un 25% dalla materia oscura e per il 70%

dall’energia oscura.

Sull’identità di queste misteriose entità nere, però, ci sono ancora

molti dubbi. L’ipotesi più naturale è che la materia oscura sia

costituita sempre da protoni e neutroni, che in qualche modo,

però, non si sono riuniti e non hanno iniziato il processo di

produzione stellare.

 

il genius

 

C’è però una considerazione di carattere teorico che rende questa

possibilità molto remota.

Grazie a molte osservazioni dettagliate, oggi sappiamo molto bene

quanto gli elementi più leggeri (idrogeno, elio, deuterio e litio)

siano abbondanti nel cosmo. I dati sperimentali si accordono con

grande precisione con quelli calcolati partendo dall’ipotesi che i

nuclei di questi elementi siano stati sintetizzarti in un certo modo

nei primi minuti di vita dell’universo, e questo è uno dei maggiori

successi della cosmologia contemporanea.

Ma tutti questi calcoli si basano sul fatto che la materia oscura non

sia fatta di protoni e neutroni, perché se così fosse queste particelle

sarebbero troppo abbondanti, il modello salterebbe e la teoria

non si accorderebbe più con la realtà osservata.

Se non è costituita da protoni e neutroni, allora, di cosa è fatta la

materia oscura?

Nessuno lo sa con precisione, ma non mancano certo le supposizioni.

I candidati sono molti, dagli assioni agli zinos, e chi proporrà il

nome voncente sarà di sicuro convocato a ritirare un certo premio

in quel di Stoccolma.

Una seria limitazione è data dal fatto che la materia oscura non è

stata mai osservata in alcun modo, nonostante non sia confinata

nello spazio profondo, ma sia distribuita ovunque nell’universo,

ivi compresa la nostra Terra.

Secondo le ipotesi più accreditate, in questo preciso istante miliardi

di particelle costituenti la materia oscura stanno trapassando il

nostro corpo. E’ ovvio dunque che il candidato ideale a questo 

ruolo deve essere in grado di passare attraverso la materia senza

interagirvi in alcun modo.

 

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I neutrini potrebbero fare al caso nostro.

Relitti cosmici prodotti dal big-bang, le stime mostrano che dovrebbero

essercene in giro molti, circa 55 milioni per metro cubo. Se una delle

tre specie note di neutrino pesasse almeno un centomilionesimo del

protone, la loro massa complessiva paregerebbe quella della materia

oscura. 

Il modello di cui ci avvaliamo per spiegare quanto in apparenza

sembra impossibile spegare e dimostrare, si avvale del ‘modello

cosmologico standard’, che rappresenta senza esagerazioni una

delle conquiste più importanti della fisica del XX secolo.

Questo modello, fornisce una descrizione molto completa e

soddisfacente dello stato attuale del nostro universo.

Non solo: la descrizione del modello standard può essere estesa

anche all’indietro nel tempo, per ricostruire la storia passata dell’

universo, e spiegare ad esempio l’origine degli elementi che lo

componevano dal primo stadio primordiale e caldissimo di

particelle.

Il completamento naturale del modello standard, il cosiddetto

‘modello inflazionario’, spiega inoltre come si siano formati gli

enormi ammassi di materia che oggi osserviamo a partire da

microscopiche variazioni di densità della materia primordiale.

 

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