Soldini Di Astrofisica 31115u

Gianfranco Pesci

Soldini di Astrofisica

Edizioni Youcanprint

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Titolo : Soldini di Astrofisica Autore : Gianfranco Pesci ISBN: 9788866180000 Prima edizione digitale 2012

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INDICE

Introduzione al libro

Le stelle

Sole

Classificazione delle stelle

Evoluzione delle stelle

Ciclo delle Stelle

Spettro delle stelle

Stella nana bianca

Pulsar

Buchi neri

Raggio di Schwarzschild

Cunicoli spazio temporali

Supernovae

Macchie solari

Comete e meteore

Comete Vaganti

Stelle cadenti

Sfericità degli astri

Pianeti

Pianeta Terra

La Terra

Rotazione della Terra

Milankovic

Punti Lagrangiani

Magnitudine e parallasse

Zodiaco

Coordinate celesti

Magnitudine

Parallasse

Distanza dei pianeti dalla stella

Paradosso di Olbers

Evoluzione delle stelle

Nebulosa del Granchio

Magnetismo solare e clima terrestre

Cicloni

La costante di Hubble

Teoria della relatività generale

La radiazione gravitazionale

Lente gravitazionale

Effetto Einstein

Censura cosmica

Moto reale e apparente

Distanze

Eclittica

Precessione degli equinozi

Diagramma di Hertzsprung-Russell

Cosmo

Cosmogonia

Universo

Multiuniversi

Distanze Cosmiche

Età dell’Universo

L’Universo di Hoyle

Galassie

Quasar

Vita nell’Universo

Principio Antropico

Dall’alfa all’omega

Asteroidi e pianetini

L’atmosfera della Terra

Il sole dalla Luna

Astrofisica

Freccia del tempo

Spostamento verso il rosso

La Termodinamica

L’energia

La Massa

Magnetosfera

Lunghezza Onde Elettromagnetiche

Commento al corpo nero

Radiazione cosmica

Meccanica Quantistica

Geometria frattale

Temperature

Pendolo di Foucault

Lhc di Ginevra

Idee di Mach

Forza di gravità

Universo di Planck

Planck

Forze unificate

Equivalenza

Materia e massa

Massa e Inerzia

Antimateria

Raggi Cosmici

Neutrini

Particelle subatomiche elementari

Misure fisiche

Spettroscopia

Neutroni

Neutroni seconda parte

E=mc2

Meccanica celeste

Etere cosmico

Costante

Quark e adroni

Materia Oscura

Bosoni

Neutrini e leggi della conservazione

Teoria delle stringhe

Le particelle

Sistema inerziale di riferimento

Orologi

Definizione del tempo

Equazioni di Hendrik Lorentz

Cono di luce

Lo spettro

Il Campo

Dossier per neutrini

La relatività speciale, o, ristretta

Principio di indeterminazione

Effetto Compton

Centro di gravità

La scoperta degli elementi

Elettronvolt (prima parte)

Elettronvolt (seconda parte)

Elettroni orbitali

Onde elettromagnetiche

Sistema periodico degli elementi.

Grandezza fisica

Telescopi

Densità dell’Universo

Pressione

Scale termometriche

Gut, grande teoria unificata

Introduzione al libro

Parlando con gente comune mi sono accorto della completa ignoranza di astronomia e astrofisica. Da qui ho preso la decisione di scrivere un libro, senza tante pretese scientifiche, ma spero divulgativo. La gente comune non si interessa di queste cose, eppure la specie umana oggi vive grazie alle scoperte scientifiche, di cui ritengo al vertice quelle astrofisiche. Appunto per capire tale evoluzione della specie umana, è stato costruito a Ginevra, il largo collisore di adroni, l’LHC: II mondo di oggi, a causa dello squilibrio fra risorse energetiche e demografia, è a un bivio. O emigrare nello spazio solare, oppure estinguersi in guerre di accaparramento energetico. Ma la gente comune non capisce perché non conosce il valore della conoscenza astronomica e astrofisica. Molti umani si sono impegnati a sviluppare tali conoscenze. Dai tempi delle prime civiltà Assiro-babilonesi, Egiziane e Greche, fino ad oggi. Le loro conoscenze sommate a quelle moderne ci hanno fatto capire una gran parte dell’Universo. Questo ci dà una speranza di sopravvivenza nel futuro. Perciò conoscere qualcosa del nostro Universo è un dovere di tutti noi della specie umana. Mentre l’Astronomia è lo studio della posizione degli astri in cielo, l’astrofisica è la chiave della comprensione del libro dell’Universo. Cioè è il suo abecedario. Da queste convinzioni, dato che mi ritengo astrofilo dilettante, ho provato a spiegare, cosa alquanto difficile, alcune delle leggi fisiche che reggono l’Universo, con concetti semplici.

PRIMA PARTE

Le stelle

Le cose che sappiamo delle stelle, ci vengono dalla radiazione che emettono dagli strati esterni gassosi e ad elevatissima temperatura. Dell’interno delle stelle non si hanno cognizioni dirette, ma dedotte dalle nostre conoscenze della fisica atomica. Cioè solo negli anni ’30 del secolo scorso, abbiamo appreso della conformazione dell’atomo e della sua energia di fusione. Da ciò si è dedotto che fra la massa gravitazionale del gas stellare, che tende al collasso, e le energie del nucleo in fusione che fa una pressione opposta alla gravità, si stabilisce un equilibrio. Tale equilibrio dipende dalla massa della stella, se la massa è grande l’equilibrio dura relativamente poco, milioni di anni, e poi si interrompe in un collasso gravitazionale esplosivo, le supernove. Se la stella ha una massa come il nostro sole, l’equilibrio dura 10 miliardi d’anni. Il calore energetico del nucleo per raggiungere gli strati superficiali radianti impiega centinaia di migliaia di anni, una volta in superficie viaggia a velocità della luce attraverso lo spazio. Il trasporto del calore del nucleo avviene in tre modi, conduzione di contatto, convezione, movimento di andirivieni degli strati interni, e radiazione elettromagnetica degli strati superficiali, la fotosfera, la cromosfera e la corona solare. Si può così paragonare in fisica una stella al cosiddetto corpo nero radiante in base alla sua temperatura. Lo studio spettroscopico della luce stellare ci dà informazioni sulla composizione delle stelle attraverso le righe di emissione degli atomi ionizzati, e le righe nere di atomi neutri degli strati superficiali. Da ciò è risultato che le stelle in generale sono composte per il 7075% di idrogeno, per il 25-28 % di elio, e per il 2% di altri elementi compresi metalli e molecole di composti. Le Stelle massicce sono fatte di idrogeno e elio in prevalenza. Le stelle meno massicce tipo il Sole, o le altre stelle più piccole, sono fatte anche di percentuali di metalli e composti. All’interno delle nubi gassose galattiche, compaiono nuclei da gas e polveri. Sono embrioni di stelle. Sono composti da idrogeno in prevalenza. Le forze elettromagnetiche, onde radio, infrarosso, luce, raggi x, raggi gamma, li caricano di energia. L’idrogeno degli embrioni si mette in movimento. Quando l’energia fotonica raggiunge i 10 milioni di gradi Kelvin, gli scontri, le collisioni dei nuclei di idrogeno, cioè dei protoni, superano la forza di carica repulsiva, e formano una coppia di protoni. Cioè un nucleo di elio. Si è così attivata la fusione nucleare cioè la nucleo-sintesi degli elementi. L’energia fornita dalla fusione serve per mettere in equilibrio la

stella neo formata. Fra il peso dei gas che tende a collassarla, e l’espansione della fornace nucleare. La stella diventa luminosa per emissione di luce propria: Di tre colori principali: Blu se massiccia e di enorme calore. Gialla, se media come il nostro sole. Arancione-rossa se di poco calore e poca massa.

Sole

Sole, parola latina, nome della stella del nostro sistema stellare, attorno al sole orbitano otto pianeti, dopo il declassamento di Plutone. Satelliti, asteroidi, comete e polvere cosmica. Il sole ha un diametro di un milione e 392 mila chilometri, e dista dalla Terra 150 milioni di chilometri. Distanza presa per unità di misura delle distanze astronomiche. Ha una densità quasi uguale a quella dell’acqua, pari a 1,4 (acqua 1) Pari a un terzo di quella della Terra. Ciò dipende dal fatto che il sole ha degli strati di gas di 600mila chilometri di raggio, che avvolgono un nucleo di 300mila chilometri di diametro, la cui densità è 160 volte quella dell’acqua a causa della pressione, pari a 33 volte la densità della Terra. Ma la media di densità fa 1,4. Ha una massa di 330 mila terre. Un volume di 1 milione e trecento terre. Ruota su se stesso in 27 giorni terrestri, cioè il giorno solare dura quasi un mese. Rivoluziona attorno al centro della galassia a 800 mila chilometri all’ora. Impiega 225 milioni di anni per fare un giro completo detto anno cosmico. Poiché esiste da 4,5 miliardi di anni, ha venti anni, il sole è un giovanotto. Appare nel nostro cielo splendidissimo con magnitudine meno 26. Che significa essendo la magnitudine di proporzione inversa alla luminosità, cioè la sesta è una stellina piccolissima, la uno e luminosa, sotto zero sono come il sole inguardabili per l’eccesso di luce. Ma se lo osservassimo dal pianeta Nettuno a circa 5 miliardi di chilometri sarebbe una stella appena visibile, di 4 o 5 magnitudine, cioè appena visibile. Ma se lo osserviamo dal pianeta Mercurio sarebbe più del doppio grande e luminoso di quello che vediamo noi. È fatto di idrogeno al 70/75 %, e dal 26% di elio, più tracce di elementi pesanti. In superficie ha la fotosfera da cui viene la radiazione solare, fatta di granulazioni tipiche dell’acqua in ebollizione dovute al calore affiorante. Flaccole brillanti, e macchie. Il sole è una nana gialla tipo G27 che indica stella di circa 6000 gradi in superficie, ma che nella cromosfera (atmosfera) aumenta a 50mila gradi, e nella corona solare, visibile con le eclissi totali di sole, la temperatura arriva fino a 2 milioni di gradi. Il sole emette per brillamenti ed esplosioni della fotosfera particelle di materia che vengono spinte dal vento solare verso il sistema planetario. Le protuberanze archi di materia solare che si innalzano per 300 mila chilometri sono dovute a forze magnetiche che si formano dai moti convettivi degli strati gassosi. Similmente si formano le macchie solari, che diventano equatoriali per torsione del magnetismo solare. Il

Sole in prospettiva con le altre costellazioni, sembra collocato sullo stesso braccio galattico di Orione.

Classificazione delle stelle.

Negli anni 1860, si diffuse negli osservatori astronomici ottici, l’uso della spettroscopia. Cioè l’analisi della luce delle stelle divisa da prismi in colori, e fotografata. Dai colori, e dalle righe nere comparse sullo spettro si riuscì a capire la natura delle stelle e delle nebulose, in seguito dette galassie. Il primo ad usare la spettroscopia, fu il prete gesuita Secchi. Che classifica le stelle in base al colore e alle righe scure. Con buona approssimazione classifica le bianche blu con righe scure dell’idrogeno, e le giallo arancioni con righe di metalli. Con l’avanzare delle conoscenze e delle tecniche, dopo oltre mezzo secolo, negli anni ’30 del XX secolo, all’Università di Harvard, all’avanguardia astrofisica, l’astronoma Anna Cannon classifica la stelle in sette classi denominate da classifiche precedenti in lettere : O, B, A, F, G, K, M, cui furono aggiunte R, N, S. La classifica è basata sul colore delle stelle in riferimento alla temperatura, derivata dal colore. Le stelle 0, B, A, sono di colore blu bianco. Che corrisponde a una temperatura da 40 mila a 9 mila gradi K., F, G, di colore giallo arancio, a una temperatura da 8 mila a 6 mila gradi. Le K, M, color rosso da 5 mila a 3 mila gradi. Le altre al di sotto dei 3 mila gradi. Le color blu hanno righe scure dell’idrogeno e dell’elio. Le altre di metalli e composti. Inoltre le classi sono suddivise in dieci sottoclassi, e numeri romani. Da cui il Sole è una stella tipo G2 V. Cioè nana gialla a 6mila gradi di fotosfera.

Evoluzione delle stelle.

L’evoluzione stellare, corrisponde alla nascita e alla morte delle stelle. Le stelle si sono formate da nubi di gas intergalattiche. Fatte in prevalenza di idrogeno ed elio, con pochi minerali pesanti. 75% idrogeno, 24% elio, 1% minerali. Tali nubi si assemblano per gravità, la forza di gravità le fa vorticare e la centrifuga le trasforma in disco rotante, con nucleo centrale globoso. Il nucleo per attrito da collasso aumenta la temperatura fino a raggiungere milioni di gradi kelvin. A 15 milioni di gradi inizia la fusione dell’idrogeno nel nucleo della protostella, un protone più un protone fanno l’elio, che perdendo massa danno energia, secondo formula e=mc². Tale fusione è per durata proporzionale alla massa della stella. Nel caso del Sole ha la durata totale di 10 miliardi di anni, se però la stella è più massiccia oltre 2 volte il sole e più fino a 30 volte, la durata è inferiore e va da un miliardo di anni a un milione. Se la stella è di massa più piccola del Sole la durata della fusione dell’idrogeno può durare anche centinaia di miliardi di anni. Una volta esaurito l’idrogeno del nucleo, per la compressione degli strati superiori, dovuta al minor calore espansivo, la stella perde l’equilibrio termico e collassa. La massa si raddensa nel nucleo, che aumenta di pressione e calore fino a 20 milioni di gradi. A tale temperatura inizia la fusione dell’elio. Che con tre atomi si fonde in Carbonio. Il carbonio assorbendo protoni diventa azoto, e ossigeno, rilasciando protoni. La fusione sempre proporzionale alla massa della stella, continua per milioni di anni. Ma la stella perde l’equilibrio termico e per collasso aumenta di temperatura, gli strati superiori si dilatano per milioni di chilometri. La stella diventa una gigante rossa. Rossa perché aumentando di superficie si raffredda e la sua luce si diluisce di frequenza nel rosso. Il nucleo invece che contiene la maggior parte della massa stellare si condensa in materia detta degenere che arriva a oltre 100 milioni di gradi, provocando la fusione degli elementi in neon, sodio, magnesio, silicio, fosforo, zolfo, cloro, potassio, calcio, cromo, ferro. A questo punto il nucleo si spegne di colpo. Perché per trasformare il ferro in elementi più pesanti occorre per il numero di protoni del nucleo più energia di quella prodotta dalla fusione. Ora secondo calcoli matematici se la stella ha massa come il sole o al massimo 1,4 volte, si forma una nebulosa planetaria, strati esterni espulsi dal calore, e la stella collassa in Nana Bianca, grande come il pianeta Terra, ma con densità di 300 mila terre, se supera il limite di 1,4 il collasso del nucleo fa miliardi di gradi. La Stella esplode

in supernova, generando stelle a neutroni dette pulsar, perché emettono onde radio pulsanti, oppure in Buchi neri, visibili solo attraverso gli enormi effetti gravitazionali che producono e la radiazione di raggi x e gamma che emettono ingoiando la materia circostante. Tale è la morte delle stelle. Che comunque è assai probabile, come lo vediamo in natura, che l’energia inglobata dai buchi nari sia riciclata, in altri Universi, coi buchi bianchi emettitori di particelle.

Ciclo delle Stelle

Le stelle piccole e medie, fondono lentamente l’idrogeno in elio, per miliardi di anni dopo miliardi di anni all’esaurirsi dell’idrogeno, che scarseggia e non genera più con la fusione in elio energia espansiva della stella, si ha il collasso gravitazionale. Per attrito gravitazionale aumenta a più di 100 milioni di gradi la temperatura. Si fonde così l’elio in tre atomi, e diventa carbonio, azoto, ossigeno sodio, magnesio, alluminio, silicio, fosforo, ecc. dando ancora energia alla stella. Sino al ferro. Ma il ferro spegne la stella. Che collassa all’istante su se stessa. L’attrito della sua massa in contrazione genera calore ulteriore. Che espande una massa della stella a più di 50 milioni di chilometri, per stelle come il sole, è la cosiddetta stella rossa del cielo notturno. Il suo nucleo, che contiene quasi tutta la sua materia si condensa di 300mila volte diventando grande come la Terra, ma con la stessa o quasi materia del sole, è una stella nana bianca. Che per altri milioni di anni emetterà calore. Come un tizzone ardente ma ormai bruciato e morto. Le stelle massicce da 3 a 10 volte il sole hanno lo stesso ciclo. Ma molto più rapido, migliaia di anni invece di milioni. Il collasso le fa esplodere, l’esplosione genera tutti gli altri elementi dal ferro all’Uranio, e li espande nell’universo. Sono le Supernove. Che diventano poi radiostelle dette pulsar. Oppure buchi neri.

Spettro delle stelle.

Lo spettro della radiazione elettromagnetica, è la rappresentazione grafica della sua lunghezza d’onda. L’esempio più comune è dato dallo spettro della radiazione luminosa, che si scinde in colori dal rosso, al giallo, al verde, al blu, al viola. Ad ogni colore corrisponde una lunghezza d’onda, per le stelle lontanissime si usano i fotometri, che rilevano deboli luminosità. Lo spettro è poi fotografato in un grafico. Su di esso si rilevano righe luminose colorate spettro di emissione, e righe nere di assorbimento. Le righe nere si manifestano sullo spettro, e sono diverse a seconda del tipo di stella, cioè dalla temperatura, luminosità, dimensione della stella. Le righe di assorbimento, dipendono dagli elementi ionizzati che si trovano negli strati superficiali della stella. Nelle stelle calde grandi e di colore blu, le righe corrispondono all’Elio. Per le stelle bianco gialle con temperatura inferiore le righe nere appartengono al Calcio, Silicio, Ferro e altri metalli. Il nostro Sole stella gialla ha uno spettro simile. Per le stelle piccole e rossicce a relativa bassa temperatura, circa 2000 gradi kelvin, lo spettro mostra molecole di composti, Cianuri, idruri di Carbonio, ossidi di Silicio, Zolfo, Titanio, ecc.. Da tale spettro si sono fatte classifiche delle stelle. Prima a occhio dal padre gesuita Angelo Secchi, poi dall’Università di Harvard in modo scientifico. E da tale classificazione è venuta la sequenza principale divisa in sette classi di stelle detta di Hertzsprung-Russell. Di cui ho già parlato in altro capitolo.

Stella nana bianca

Le nane bianche sono stelle di piccole dimensioni al massimo grandi come la Terra. Ma con massa pressoché uguale a quella del Sole. Cioè 300 mila terre. Compattate in una sola, tanto che un dado di essa peserebbe alcune tonnellate. Nella nostra galassia ne sono state scoperte più di 11 mila, a pochi anni luce di distanza. Sono l’ultima fase della vita delle stelle mediopiccole. Che finito il combustibile nucleare di fusione, subiscono un collasso gravitazionale improvviso. Per l’attrito della materia collassata, si sviluppano centinaia di milioni di gradi di calore, che gonfia gli strati esterni. Allargandoli per milioni di chilometri il Sole arriverà sino al pianeta Mercurio, è avrà così 100 milioni di chilometri di diametro. L’espansione per una serie di collassi ed espansioni continue per milioni di anni, alla fine formerà una nebulosa planetaria, che si allontanerà nello spazio a una frazione della velocità della luce. Portando con sé plasma di particelle che diventeranno raggi cosmici e materia riciclabile per altre stelle neonate. AI centro della nebulosa in allontanamento la gran massa stellare si condensa in una materia degenere. Perché non è fatta da atomi, bensì fatta da particelle barioniche (protoni e neutroni) nel nucleo della nana bianca, rivestita in superficie da strati di elettroni degeneri, che per repulsione di carica mantengono stabile la nana. Evitando ulteriore collasso. La nana bianca così esisterà per milioni o miliardi di anni. Emettendo luce bianca, pari a più di settemila gradi, Più del sole giallo, a seimila. Ma come tizzone ardente si spegne, così la nana perdendo energia e non rinnovandola è destinata a morire in nana nera. Cadavere di stella vagante.

Pulsar

Le pulsar sono stelle collassate che non emettono luce ma onde radio a fasci, come un radiofaro. Sono state scoperte dopo la costruzione dei radiotelescopi, negli anni ’60. La scoperta sconcertante avvenne per caso. Mentre si studiavano i Quasar, radiosorgenti extragalattiche. Si capì solo più tardi che le onde radio regolari ma intermittenti, provenivano da una enorme stella esplosa e collassata di massa superiore a quella solare di 1,4 fino a 3 masse solari. Alla fine della fusione nucleare il collasso violentissimo, faceva esplodere la stella, creando una nebulosa espansiva con residuo di massa da 2 masse solari concentrata in soli 10 chilometri di diametro. Con densità miliardi di volte superiore a quella dell’acqua. Tanto che un centimetro cubo di tale massa peserebbe quanto una montagna. Nel collasso la materia si compenetra. La forza di gravità sopravanza la repulsione di carica, gli elettroni, i protoni, scompaiono e diventano neutroni. L’oggetto così formato a causa dell’enorme energia che possiede ruota su se stesso in millesimi di secondo. La rotazione genera un fortissimo campo magnetico, un milione e più di volte di quello terrestre. La cui compressione ne fa un dipolo magnetico rotante che emette come un radiofaro. La percezione intermittente e regolare del segnale dipende dalla rotazione. La materia della pulsar è per la maggior parte fatta di neutroni e siccome è un radiofaro pulsante fu chiamata Pulsar. Nata da una esplosione detta supernova.

Buchi neri

Il buco nero è un punto dello spazio completamente oscuro. Dovuto a un campo gravitazionale fortissimo, che concentra la materia in un raggio detto di Schwarzschild dal quale nulla può più uscire nemmeno la luce, perché la velocità detta di fuga è superiore alla velocità della luce. La massa genera la gravità e la gravità incurva lo spazio-tempo. L’incurvatura è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dal centro di gravità. Quando una massa si concentra in un punto al di sotto del raggio di Schwarzschild la forza di gravità aumenta a dismisura e blocca anche la luce che viaggia a 300 mila km/secondo. Nel buco nero quindi lo spazio-tempo, si richiude su se stesso. Un tale oggetto si isola dall’Universo. E diventa a sua volta un Universo a se stante. Tale fenomeno può verificarsi con qualsiasi materia di grande o piccola massa. Se il sole fosse concentrato in una sfera di 3 chilometri di raggio, diventerebbe un buco nero. La Terra dovrebbe concentrarsi in meno di un centimetro. Comunque anche se è teorizzabile che i buchi neri esistono anche in forme microscopiche fatte da particelle collassate al tempo del Big Bang, per lo più derivano dal collasso di stelle di grande massa oltre tre volte il sole, che esplodono in supernove. Il residuo collassa oltre il raggio descritto sino a una singolarità centrale che distrugge tutta la materia di tre soli in un istante, formando un buco nero. Sono stati scoperti dall’emissione dei raggi x e dagli effetti gravitazionali di stelle divorate orbitanti attorno ad essi e dall’effetto di lente distorsiva gravitazionale di luce di stelle ante vicino ad essi.

Raggio di Schwarzschild

Egli era un grande matematico e fisico, che dopo la teoria della relatività generale di Einstein, calcolò matematicamente, quanto doveva essere ompressa una massa per diventare un Buco Nero. Dal calcolo venne la formula R=2GM/c2. Cioè il raggio dei punti equidistanti dal centro di un astro, che impedisce per forza gravitazionale, la fuga della luce, provocando così un Buco Nero, è proporzionale a 2 volte la massa diviso per un numero corrispondente alla velocità della luce al quadrato. I punti equidistanti hanno in tal caso una attrazione gravitazionale superiore alla velocità della luce (300mila km./sec) Si dice superiore alla velocità di fuga. Il Sole che è di diametro un milione e quattrocentomila chilometri, ha un raggio di Schwarzschild di soli 3 chilometri. Cioè il nostro Sole per diventare un buco nero dovrebbe contrarsi in un astro di 3 chilometri, mantenendo la sua massa di 330mila Terre. Al raggio di 3 chilometri si verificherebbe l’impossibilità della luce di oltreare tale confine gravitazionale detto “Orizzonte degli Eventi”. Per la nostra Terra l orizzonte degli eventi sta a mezzo centimetro. Cioè il pianeta dovrebbe impiccolirsi restando ferma la massa e la densità in una pallina di mezzo centimetro di diametro. Per una grossa montagna, esempio il Gran Sasso, il buco nero e l orizzonte degli eventi, si formerebbe a un milionesimo di millimetro. In generale quindi si dice che il Raggio di Schwarzschild si verifica quando il raggio della massa compressa è uguale al raggio dell orizzonte degli eventi.

Cunicoli spazio temporali

Sono derivati dalla teoria della relatività generale. A causa dell’incurvamento dello spazio tempo, se la massa che lo produce è grande, si forma un buco nero, dotato di orizzonte degli eventi. che inghiotte tutto e non restituisce niente. Ma a causa di una rapidissima rotazione, l’orizzonte degli eventi può sparire. Sicché il buco nero diventa un cunicolo spazio-temporale, che permetterebbe in teoria, del tutto scientifica/far entrare e poi uscire informazioni elettromagnetiche, esempio la luce. Tali cunicoli sono piccoli, ma possono essere resi più grandi con l’introduzione della materia oscura. Tanto da farci are anche una astronave. Che potrà così all’istante viaggiare nello spazio intergalattico, ma anche fra altri universi. Inoltre essendo lo spazio collegato al tempo, sono possibili viaggi nel tempo, sia nel futuro che nel ato. Cioè il cunicolo spaziale è una macchina del tempo naturale, che nel futuro gli esseri umani anno.

Supernovae

Le Supernovae sono stelle che stanno all’ultimo momento del loro ciclo evolutivo, che si manifesta visivamente in una luminosità superiore a quella della stessa galassia che le contiene. Il termine è scritto in latino, appunto perché furono avvistate a occhio nudo nell’era pre telescopica. Dai cinesi, nel 1054, fu vista nella costellazione del Toro, poi denominata nebulosa del granchio perché al telescopio appare di quella forma. Tycho Brahe nel 1572 a occhio nudo vede apparire nella costellazione di Cassiopea, emisfero Nord, una nuova stella e scrive: “De nova et nullius aevi memoria prius visa stella”. Oggi dai residui si classifica Supernova. Oltre a tante nebulose scoperte in telescopi, anche Hubble in orbita, la prima Supernova osservata in telescopio è stata quella della galassia Grande nube di Magellano, nel 1987. Sia la supernova del Granchio che quella di Magellano, hanno fatto capire come si formano le Supernovae. Ci sono due tipi di Supernovae, Tipo I e Tipo II. Le Supernovae di Tipo I derivano da sistemi stellari binari in rotazione vicina, di cui una delle due ha ultimato il ciclo evolutivo, diventando una nana bianca, grande come la Terra, ma con una massa di 300/400 mila Terre, pari a 1,4 masse solari. Tale stella degenere ma di fortissima gravità attira gli strati superficiali di idrogeno della stella vicina, e, in un tempo variabile, si carica di massa, che supera il limite di Chandrasekhar di 1,4 masse solari. A questo punto la massa gassosa non essendo più sostenuta dal calore della nana bianca, collassa in pochi istanti. Si genera così un’onda d’urto enorme che frantuma la nana bianca e dall’energia in raggi gamma e neutrini si genera una esplosione, appunto una supernova di Tipo I. Le Supernovae di Tipo II invece derivano da stelle massicce, che superano di massa il limite di Chandrasekhar di 1,4 masse solari. Presso a poco massa di 5/600 mila masse terrestre possono arrivare al limite di Eddington di ben 200 masse solari. Tali stelle massicce enormi, bruciano in fusione l’idrogeno per sostenersi in pochi milioni di anni, finito l’idrogeno, fondono l’elio in un milione d’anni, nel frattempo il nucleo di fusione si contrae, mentre gli strati superiori per maggior energia da fusione si dilatano fino a milioni di chilometri anche grandi come il nostro sistema solare. Sono le giganti rosse. Nel nucleo, esaurito l’elio, dopo un milione d’anni, avviene la fusione del carbonio, dell’azoto, dell’ossigeno, del neon per pochi anni, il nucleo si contrae ancora e per pochi giorni fonde gli elementi presenti, silicio, zolfo, cloro, argo, potassio, calcio, cromo, manganese

sino al ferro. A questo punto il nucleo è talmente contratto e spento, per cui la spaventosa massa della gigante rossa in frazioni di secondo collassa, provocando una pressione tale far entrare nei protoni gli elettroni e trasformarli in neutroni. Si ha così la Neutronizzazione. Cioè il nucleo contenete la maggior parte della massa stellare si comprime in una stella di neutroni vorticante non più di 10 chilometri di diametro. Che per l’effetto vorticoso degli elettroni rimasti degli strati detto di sincrotrone, emette onde radio polari simili a un faro marino. Per questo fenomeno la stella di neutroni è chiamata Pulsar. Nel frattempo l’onda d’urto degli strati in collasso, i raggi gamma e i neutrini provocano un’energia tale che la stella esplode in frazioni di secondo. Proiettando nello spazio elementi pesanti creati dai suoi nuclei contratti. Inoltre essendo l’energia di esplosione immensa, durante essa si formano per fusione tutti gli altri elementi sino all’Uranio 238. La stella esplosa in Supernova emette luce visibile in quantità tale da superare la luminosità dell’intera galassia che la contiene. Anche per la durata di anni. Le stelle che superano la massa da 3 masse solari in su, in media 8 masse solari comprimono il nucleo annullando la materia, ma conservando la forza di gravità in un punto centrale detto Singolarità spazio temporale, di cui non si possono conoscere le leggi fisiche, ma si suppone in ipotesi che generino cunicoli spaziotemporali per raggiungere altri universi. Tali sono i cosiddetti Buchi Neri. Già individuati al centro delle galassie e nelle vicine costellazioni, sia dagli effetti gravitazionali di distorsione della luce di corpi luminosi attorno ad essi, sia da emissioni costanti di raggi X, dovuti alla materia che inghiottono in continuazione.

Macchie solari

Avete dato notizia di macchia solare, come se fosse fenomeno strano occasionale e divertente. Invece trattasi di intensa attività solare, che si ripropone ogni 11 anni, che ha un ciclo periodico di 22 anni, che obbedisce al ciclo di Maunder, astronomo dell’osservatorio di Greenwich del 1800. dove si studia il sole e lo si fotografa ogni giorno allo zenit. Ebbene disse Maunder che il sole ha un ciclo di minima attività di 76 anni, seguito da un ciclo di massima attività, in questa epoca 2011, siamo al massimo di Maunder, da cui riscaldamento terrestre, non dovuto a effetto serra, con buona pace di setta ambientalista contro tutto.

Comete e meteore.

Si parla di stelle cadenti al aggio di meteore luminose in cielo. Viste come segnali portafortuna di desideri. Le cui principali sembrano provenire dalle costellazioni del Perseo in agosto, dal Leone in novembre. Ma in realtà, ci sono meteore in tutto l’anno. Che sembrano provenire da tutto l’emisfero boreale e australe. Dalle costellazioni della Lira, Toro, Drago, Orione, Acquario, Gemelli,Orsa maggiore e minore, ecc…Ciò dipende dal fatto che in un anno, ano da 4 a 8 comete non sempre osservabili. Queste comete lasciano la coda in prossimità del sole, attorno al quale orbitano, quando la terra con la sua orbita solare, le intercetta, per gravità le meteore, granelli di ghiaccio e polvere, sono attratte dal pianeta e si incendiano per attrito nell’alta atmosfera. Sembrano provenire da costellazioni,per prospettiva di caduta. In realtà provengono da molto lontano, ma dal sistema solare, che le raggruppa in fasce e sfere al di là di Plutone e anche a distanza di uno o due anni luce.

Comete Vaganti

Esistono nella fascia di Kuiper, a disco, tipo anelli di Saturno, Comete di ghiaccio enormi, grandi come la luna. Ma c’è di più. Comete planetoidi grandi come Marte, 7000 km. circa, orbitano in modo sferico attorno alla nostra galassia, a uno o due anni luce, al confine con le stelle più vicine. Nella nube di Oort. Tali comete residuo delle nubi gassose che hanno formato il sistema solare, si sono assemblate alla periferia della nostra galassia, e per perturbazioni gravitazionali, dovute a esplosioni di supernove, e dei residuati stelle pulsar, che generano onde gravitazionali, cambiano orbita, e dirigendosi verso il sole hanno colpito più e più volte la terra. Provocando disastri. Ma anche dando l’Acqua dei nostri oceani. E trasportando acidi nucleici, fatti da carbonio azoto idrogeno, che ha dato origine al DNA, che abbiamo nella nostra genetica.

Stelle cadenti

Riecco le stelle cadenti. Sembrano provenire dalla costellazione del Perseo, a nord della via lattea, dette perciò perseidi. Ma in realtà iniziano a comparire a fine luglio, e hanno un massimo l’undici agosto. Da cui da profani di fatti astronomici, sono identificate con lacrime del santo Lorenzo, martire di questi tempi nell’antica Roma pagana. Le stelle cadenti, briciole della coda di cometa, lasciate in vicinanza del Sole, continuano a vorticare in orbita ellittica, abbandonata dalla cometa, che ha orbita fra sole e Giove, di oltre 100 anni. Tali meteore, rafforzate ad ogni orbita di perielio,vicino al sole della cometa, non seguono la cometa ma restano attorno al perielio. Incrociando l’orbita della terra appunto in fine luglio e metà agosto, portano su Terra acqua, anidride carbonica, cianuri, ammoniaca, metano, cioè i mattoni della vita organica vegetale e animale. Siamo figli delle comete. San Lorenzo poveretto, è una favola.

Sfericità degli astri.

I filosofi antichi greci, avevano in mente l’idea della sfera perfetta, e descrivevano l’universo come un insieme di sfere concentriche, su cui stelle e pianeti si muovevano. In effetti la sfera c’è. Ogni stella, ogni pianeta, ogni satellite grande come la luna è sferico. Ciò dipende da tre forze, nucleare, che forma i protoni, elettromagnetica, che forma gli atomi, e sopratutto la forza gravitazionale. Le prime due forze formano la materia, la forza di gravità la assembla. Ma essendo proporzionale alla massa, agisce solo quando la massa raggiunge una data quantità. Che è un corpo di almeno 500 chilometri diametro, esempio l’asteroide Cerere scoperto da Piazzi nel 1800. Al di sotto la forza di gravità è sopravanzata dalla forza elettromagnetica. Che genera corpi rocciosi asimmetrici di forme caotiche, come tanti asteroidi e comete.

Pianeti.

Domandiamoci cos’è un pianeta. La risposta è: un pianeta è un oggetto materiale che per gravità, orbita attorno a una stella. Il pianeta non è una stella, perché la sua massa-materia è insufficiente, per innescare le fusioni nucleari nel nucleonocciolo planetario. Il Sole che invece ha massa sufficiente nel suo nucleo innesca per pressione gravitazionale la fusione dell’idrogeno in elio. Ma occorre una massa-materia di oltre 300mila terre. Per diventare una stella, la Terra dovrebbe aumentare la sua massa di 15mila volte, pari a un ventesimo della massa solare, infatti 300mila diviso 20 fa 15mila. Il pianeta Giove che è un pianeta, ma somiglia a un sole mancato. lo è solo perché la sua massa è un cinquantesimo di quindicimila terre, pari a 300 Terre. Se Giove avesse avuto una massa di 50 volte superiore noi terrestri avremmo avuto due soli.

Pianeta Terra

La Terra è la nostra culla. È il terzo pianeta del sistema solare. Dista dal sole di circa 150 milioni di chilometri, pari a una unità astronomica, che serve per misurare le enormi distanze dell’Universo. Ha un diametro medio fra equatore e poli di 12.735 Km. Le terre emerse hanno una superficie di 149 milioni di km. quadrati (Italia 270 mila km²) Gli oceani hanno 360milioni di Km². Cioè 2 volte e mezzo le terre emerse. L’altezza media delle terre emerse è di 800 metri sul livello del mare. La profondità degli oceani è di 3.8 km. La massa totale della Terra è un milione di miliardi di miliardi di chili. La forza gravitazionale è 9.8 metri al sec. quadrato Rlvoluzione (giro attorno al sole a 108mila km ora) in 365 giorni, 6 ore, 9 minuti, 9 secondi. Rotazione attorno asse (1660 kilometri ora) in 23 ore, 56 minuti, 4 secondi, velocità di fuga per uscire dall’attrazione gravitazionale terrestre 11,18 kilometri al secondo, pari a 40mila kilometri all’ora. Velocità dei razzi che partono dalla Terra. Sarebbe quindi opportuno fare STAZIONI SPAZIALI PER ASTRONAVI.

La Terra.

Il pianeta Terra ha ancora oggi una struttura non ben definita. Dalle ipotesi cervellotiche del 1700, di una Terra cava, fatta di strati sferici concentrici distanziati da superfici vuote, oggi ne sappiamo un po’ di più, per lo studio della mineralogia, della densità, della sismologia, le cui onde rifratte e riflesse, sul tipo del Sonar, ci dicono la densità degli strati profondi della Terra. Per primo si è scoperto che gli strati superficiali sono meno densi di quelli profondi. E sono stati suddivisi in tre strati : SIAL, silicati di alluminio, SIMA, silicati di magnesio, NIFE, nichel ferro. Sial e Sima fanno la Litosfera, divisa in crosta e astenosfera per una profondità che va da 3, 4, chilometri sotto i fondali oceanici, 100, 200 chilometri sotto le montagne. Divise da una discontinuità detta dal nome dello scopritore di Mohorovičić (moho) L’astenosfera fa parte del Mantello sottocrostale profondo circa 3000 chilometri, alla temperatura di circa 2000 gradi Celsius, tale mantello fatto di silicati di magnesio e ferro è dotato di movimenti convettivi che determinano spaccature della crosta, causando l’Orogenesi (formazione delle catene montuose), vulcanismo, terremoti. Con la dispersione delle onde sismiche, si è rilevata un’altra discontinuità detta di Gutenberg, al di sotto della quale si trova il nucleo della Terra. Che ha un diametro di 3400 chilometri, grande più della Luna. Fatto di nichel e ferro a sua volta diviso da un’altra discontinuità detta di Lehmann, che divide il nucleo in esterno liquido e interno solido. Tale nucleo ha una densità di circa venti volte l’acqua, e a temperatura che si stima da 6000 a 10000 gradi Celsius, pressioni elevatissime. Il nucleo è in rapida rotazione e genera il campo magnetico terrestre. La crosta superiore è divisa dalle dorsali oceaniche vulcaniche magmatiche del mantello in Placche continentali che si muovono spinte dalla lava magmatica basaltica dei fondali oceanici. Al di sopra della crosta c’è l’atmosfera detta pneumatosfera, al di sotto della quale c’è l’idrosfera che danno i fenomeni ciclonici e meteorologici. La crosta soggetta a deformazioni è composta da rocce di diverso tipo, eruttive, sedimentarie, metamorfiche che soggette a pressioni e calore danno i graniti.

Rotazione della Terra.

La durata del giorno rallenta, per gravità luni solare, e, forze di marea conseguenti, di un sessantasettemillesimo di secondo all’anno, pari a un secondo ogni 67000 anni. Che in un miliardo di anni fa 4 ore e 14 minuti. Poiché la Terra ha circa 5 miliardi di anni, ha rallentato la sua rotazione di circa 20 ore. Da cui il giorno di oggi di 24 ore, poiché all’inizio della sua esistenza come pianeta doveva ruotare in sole 4 ore. Fra 5 miliardi di anni, alla fine del sistema solare, la Terra ruoterà su se stessa in circa 44 ore, cioè si avrà un giorno doppio.

Milankovic.

Chi era costui? Era un climatologo slavo. Del secolo scorso. Che formulò una teoria sulla climatologia della Terra. Disse: nel corso dei millenni, la Terra percorrendo l’eclittica (giro apparente del Sole) subisce mutamenti per il movimento a trottola detto precessione, e, per l’oscillazione dell’orbita fra circolare e ellittica. Tali cambiamenti dell’orbita e della rotazione della Terra, modificano l’equilibrio termico delle stagioni, anche se l’energia solare radiante resta immutata. Da ciò deriva che l’equilibrio termico fra estate e inverno è variabile nei millenni. A cui seguono periodi di glaciazioni e interglaciazioni. Previsti nell’arco di tempo di 10 mila, oppure 15 mila anni, nel periodo attuale siamo alla fine del periodo interglaciale, cioè dovremmo aspettarci una glaciazione, che mitigherà l’effetto serra?

Punti Lagrangiani

I punti lagrangiani sono punti di equilibrio del sistema gravitazionale Sole e Terra. Validi come le leggi di Keplero, per tutti i sistemi stellari e galattici. Sono dovuti a equilibrio di forze centripete, centrifughe, e di Coriolis vorticose. Generate dalle masse gravitazionali e dalle velocità orbitali planetarie. I punti sono 5. Detti L1, L2, L3, L4, L5. L1 ed L2, orbitano con la Terra a 1.5 milioni di KM. L1 dalla parte del Sole (ottimo punto d osservazione dei satelliti che studiano il sole). L2 dalla parte opposta, nell’ombra della Terra (ottimo punto d’osservazione dell’Universo, dove sarà appunto posto il nuovo telescopio spaziale Webb, che sostituirà l’Hubble). Il punto L3, sta nel diametro orbitale della Terra, dalla parte opposta di essa a 180 gradi. L4 ed L5 stanno nella stessa orbita terrestre precedendo di ben 150 milioni di kilometri, e seguendo alla stessa distanza sull’orbita la Terra, tanto da formare un enorme triangolo equilatero fra Sole, Terra, e punti. Tali punti restano fissi e ogni oggetto naturale o artificiale che vi arriva resta per sempre nello stesso posto. Quindi ad esempio il punto L1 verso il sole sarà un ottimo punto per una grande stazione spaziale e agricola del futuro ad energia solare.

Magnitudine e parallasse.

Nel secondo secolo avanti Cristo, l’astronomo greco Ipparco, compilò il primo catalogo delle stelle visibili a occhio nudo. Da cui trasse una classifica di sei classi. A seconda del loro splendore. Furono chiamate magnitudini in un secondo tempo. Le magnitudini vanno dalla prima più luminosa, fino alla sesta meno luminosa, appena percettibile a occhio nudo. Quindi la sesta magnitudine è meno luminosa della prima. Perciò la la luminosità aumenta mentre la magnitudine cala. Con l’avvento dei mezzi ottici, fotografici, fotometrici, e quindi la scoperta di astri prima invisibili, la classificazione si estende e cambia. Si introduce lo zero, e i numeri negativi, della magnitudine, per far posto alle stelle scoperte prima invisibili a occhio nudo. Da cui si stabilisce che il nostro Sole ha magnitudine negativa meno 26,8. Ciò perché le magnitudini sono basate sullo splendore apparente, relativo alla distanza. Non sullo splendore, detto luminosità assoluta dell’astro. Sicché stabilire la distanza della stella da noi osservatori è fondamentale per scoprire la luminosità vera assoluta della stella. Per conoscere le distanze delle stelle si è ricorso alla Parallasse. Spostamento apparente di una stella quando la si osserva da due punti differenti. Si determina con la trigonometria dei geometri, che misurano le distanze, con gli angoli di un triangolo che ha per base due punti distanti. Per le stelle si usa l’orbita terrestre che misura 300 milioni di chilometri. Si può misurare la parallasse con l’angolo dello spostamento dell’astro usando la trigonometria. Se però l’angolo,essendo le stelle lontanissime è inferiore di un secondo d’arco, si usa per le distanze il parsec, parallasse secondo. Che misura la distanza sotto un secondo d’arco. Pari a tre anni luce. Ma le stelle sono miliardi, e nella nostra galassia lontane 100 anni luce, da ciò si è creato un artificio di porre tutte le stelle a una ipotetica distanza fissa di 10 parsec. Da cui si è dedotta la magnitudine assoluta delle stelle. Il sole che visto dov’è ha magnitudine di meno 26,8, posto a dieci parsec è una stellina appena visibile di 5 magnitudine. Le magnitudini sono grandezze scalari su base logaritmica. Fra la sesta e la quinta magnitudine, c’è una intensità luminosa inferiore logaritmica di meno 2,5. Cioè essendo il logaritmo un esponente che moltiplicato per se stesso da la base, se si moltiplica 2,5X 2,5 si ottiene 6,2. Cioè ad ogni scala di valori luminosi l’intensità si moltiplica per logaritmo.

Zodiaco.

È la circonferenza nel cielo che si estende, dall’eclittica, giro apparente del Sole in cielo? nove gradi verso Nord, e nove gradi verso Sud. Col palmo della mano a braccio esteso verso il cielo fra il pollice e il mignolo, sono venti gradi. Cioè poco di più dei gradi zodiacali. In tale fascia ano oltre ai pianeti solari,le stelle considerate fisse, raggruppate in Costellazioni, pur essendo esse solo vicine per prospettiva e non per anni luce di distanza fra loro e la Terra. La parola Zodiaco, viene dai fatto che gli antichi greci, videro con fantasia mitologica, le stelle delle costellazioni raffigurare animali mitologici ed eroi. Zoidiakos, recinto per animali, i Greci antichi, divisero lo Zodiaco in dodici parti, ognuna di 30 gradi, cioè 360 gradi divisi per dodici, a partire dall’Ariete, che rappresenta in cielo il vello d oro degli argonauti, primo segno coincidente in prospettiva con l’equinozio di primavera, ma solo quattromila anni fa. Cioè all’equinozio di primavera, il Sole di giorno era allineato con la costellazione dell’Ariete. Ma per il movimento a trottola dell’asse terrestre, che fa un giro completo nell’emisfero polare Nord in 24 mila anni, detto precessione degli equinozi, ogni duemila anni, cioè dividendo per le dodici costellazioni, si verifica una nuova prospettiva fra Terra Sole e costellazioni, che va in senso orario, Dopo l’Ariete in senso orario troviamo i Pesci, poi l’Acquario, ecc.. Cioè il Sole si muove in senso diverso dai segni stabiliti dello Zodiaco astrologico, Dai Pesci all’Ariete. Nel nostro secolo XXII allineamento coincide con l’Acquario, e fra duemila anni sarà sostituito dal Cancro ecc.

Coordinate celesti

Nell’antichità si usava l’astrolabio per misurare l’altezza degli astri in cielo, oggi in versione moderna il sistema è detto altazimutale ed è applicato ai telescopi, che osservano l’astro nel suo moto attraverso la sfera celeste. Poiché la sfera celeste sembra ruotare da est ad ovest, sono necessarie coordinate celesti per stabilire il punto dove si trovano e si muovono, tali coordinate sono quattro, Azimut, Digressione, Ascensione retta, Declinazione. L’Azimut parola araba che vuol dire direzione, indica un angolo tra il piano verticale, perpendicolare all’orizzonte, contenente la stella sul meridiano del luogo dove si trova l’osservatore fa col polo Nord. L’angolo si misura in gradi dell’angolo giro di 360. In senso orario a partire appunto dal Nord uguale a zero gradi, Est 90 gradi, Sud 180, Ovest 270, Nord 360 torna a zero. La Digressione è la coordinata delle stelle circumpolari che fanno un giro su se stesse in senso orario. L’Ascensione retta è la coordinata celeste che rappresenta la longitudine, è la distanza angolare da un meridiano fisso celeste, calcolato all’incrocio equinoziale di primavera fra equatore celeste e eclittica. Come dire il meridiano di Greenwich. Si misura in senso antiorario in ore, minuti, secondi. Un ora è pari a 15 gradi d’arco. La Declinazione è la latitudine della sfera celeste a partire dall’equatore celeste, proiezione dell’equatore terrestre in cielo. Cioè l’altezza dell’astro. Si misura in angolo sul meridiano dell’astro a partire appunto dall’equatore celeste in gradi positivi verso Nord, e negativi verso Sud. Poiché la Terra ha un movimento a trottola che fa la precessione degli equinozi, le coordinate specie la declinazione cambiano nel tempo.

Magnitudine.

Ipparco, astronomo greco, del secondo secolo avanti Cristo, compilò il primo catalogo delle stelle,basato sull’osservazione. Divise le stelle in sei classi di grandezze dette magnitudini. Diede quindi la prima magnitudine alla più splendente, e così via fino alla sesta appena visibile. Quindi più è grande la magnitudine meno splendente è la stella. Tale scala resse fino a quando nel 1600, con l’avvento del cannocchiale di Galilei, ci si accorse che esistevano stelle prima invisibili. E così la scala fu allungata, fino alla decima magnitudine. Con l’avvento dei moderni telescopi fino alla trentesima. Poi ci si accorse che le magnitudini non dipendevano dallo splendore assoluto degli astri,ma dalla distanza di essi dalla Terra. Per cui si divise la magnitudine in assoluta e apparente. Apparente data dall’osservazione tale e quale appariva l’astro. Assoluta dovuta al vero splendore di esso se posto a una distanza standard che livellava tutte le magnitudini: Distanza scelta di dieci parsec,un parsec uguale a 3,2 anni luce,perciò una distanza di 32 anni luce. Da qui venne spontanea l’unità di misura della luminosità fra una magnitudine e l’altra scelta con calcolo logaritmico a 2,5 di differenza di splendore fra una magnitudine e I altra, da cui fra la prima e la sesta corrono 100 unità. 2,5 alla quinta fa 100.Si stabilisce anche che le stelle più splendenti,esempio le stelle bianco blu hanno una magnitudine superiore a quelle di una magnitudine, per cui si aggiunge alla scala lo zero, e i numeri negativi fino al meno trenta Cioè gli astri più brillanti hanno magnitudine negativa anche apparente. Esempio il Sole ha una magnitudine apparente meno 27. Ma se posto nella scala delle distanze di 10 parsec, ha una magnitudine assoluta di solo 4. Cioè è una stellina appena visibile. Appunto è classificata nana gialla G2 V.

Parallasse.

La parallasse, è lo spostamento apparente nella sfera celeste di un astro. Perché visto da due punti diversi d osservazione. Serve a determinare la distanza degli astri in cielo, attraverso la triangolazione della parallasse. Esempio osservando nello stesso tempo la Luna da due posizioni terrestri lontane chilometri, si vede il satellite proiettato nello sfondo del cielo, in due posizioni diverse. Conoscendo così l’angolo d intersezione delle rette di proiezione visiva dei due punti apparenti, attraverso la trigonometria,relazione matematica fra lati e angoli, si ricava la distanza dalla Terra. La stessa parallasse è buona per le distanze dei pianeti. E delle Stelle vicine. Solo che per le stelle la parallasse deve avere una base di 300 milioni di chilometri. Cioè i punti d osservazione devono essere presi a sei mesi di distanza, dell’orbita della Terra. Poiché la parallasse è uno spostamento apparente dell’astro su una sfera celeste di 360 gradi divisa in minuti e secondi d’arco, la parallasse ha stabilito il parsec. Che è la distanza a cui la parallasse fa un secondo d’arco. Pari a 3,2 anni luce, pari 30 mila miliardi e più di chilometri.

Distanza dei pianeti dalla stella.

La legge delle distanze delle orbite planetarie dalla stella è detta legge di TitiusBode. Astronomi tedeschi del 1700. E’ una vera teoria Universale secondo la quale i pianeti si formano solo a una certa distanza dalla stella per una sequenza matematica che da la distanza astronomica delle orbite planetarie. Per il nostro Sole la sequenza è …4, 7, 10, 16, 28, 52, 100…ecc..corrispondenti alle distanze dal Sole dei pianeti Mercurio, Venere, Terra, Marte, Asteroidi, Giove, Saturno, Urano, Nettuno. Rispettivamente di milioni di km. 50, 100, 150, 220, 350, 778, 1426, 2869…ecc.. Per ottenere matematicamente per tutte le stelle la sequenza numerica si inizia con la sequenza semplice 0, 3, 6, 12, 24, 48, ecc. a partire dal numero tre si raddoppia, ne viene una sequenza di.. 0, 6, 12, 24, 48, 96, ecc.. ora a partire dal numero zero si aggiunge il numero 4, da cui la sequenza… 4, 10, 16, 30, 52, 100..ecc.. che corrisponde circa alle distanze planetarie Cosmiche. La teoria considerata empirica negli anni 60, è stata confermata dalla scoperta che una Pulsar, cioè una stella a neutroni, ha dimostrato con l’occultazione del fascio radiante di radioonde di avere pianeti seppur morti, nella stessa posizione di quelli terrestri secondo legge Titius Bode. Perciò si deduce che tutto il nostro Universo ha pianeti formati alla stessa distanza dalla stella. Perciò TItius e Bode meritano il premio nobel alla memoria.

Paradosso di Olbers

Olbers era un medico tedesco dell’800. Dilettante astronomo, che appunto nel 1800, discusse il problema della luminosità notturna del cielo, da cui nasce il cosiddetto paradosso di Olbers. Il cielo notturno è buio. Specie in luna nuova. Ma oltre alle stelle, c’è la Via Lattea, la nostra galassia. Che fa un fiume di luce nell’emisfero celeste, da Nord a Sud. Nella galassia ci sono miliardi di stelle, e anche se stanno da 30, a 100 miliardi di anni luce da noi ci invadono di luce. Allora perché il cielo notturno è buio essendo le stelle pressoché infinite nel cielo? Non lo sapeva spiegare nemmeno Newton. Un astronomo matematico svizzero, fece calcoli basati sulla luminosità delle stelle e il tempo a velocità luce per raggiungere la Terra, fu la prima intuizione astrofisica del paradosso di Olbers, nel 1700. Ne venne una cifra “astronomica” un milione di miliardi di anni. La luce per arrivare dalle stelle dell’Universo a noi ci impiegherebbe questo tempo. Ma nessuno sapeva perché. Solo nel 1980, ci si è resi conto che il paradosso deriva dall’espansione dell’universo scoperta da Hubble, e dall’indebolimento della luce spostata di frequenza nel rosso.

Evoluzione delle stelle.

Evoluzione stellare, corrisponde alla nascita e alla morte delle stelle. Le stelle si sono formate da nubi di gas intergalattiche. Fatte in prevalenza da idrogeno, elio, e pochissimi minerali, percentuale dell’idrogeno nelle stelle è del 75 per cento. Elio del 24 per cento, l’un per cento i minerali. Tali nubi sono assemblate dalla forza di gravità. Che per attrito di collasso, aumenta la temperatura della nebulosa, fino a raggiungere la temperatura di milioni di gradi kelvin. A questa temperatura si innesta la fusione dell’idrogeno. Con protone-protone,essendo gli elettroni distaccati dal protone. Stato plasmatico, da 4 protoni si forma un nucleo di elio, per effetto di trasformazione di due protoni in neutroni. Elio ha 2 protoni e due neutroni. Tutto avviene nel nucleo della stella. Che raggiunge la temperatura di 15 milioni di gradi kelvin, la trasformazione dei protoni in elio,perde massa, da cui secondo formula e=mc², da massa scomparsa deriva enorme energia. Tale fenomeno avviene nel nostro Sole da 4.5 miliardi di anni, e continuerà per altrettanti anni. Ma alla fine del tempo,inizierà una nuova fonte di energia. Esaurito l’idrogeno del nucleo, inizia la fusione dell’elio, da cui si forma da tre atomi di elio il carbonio. Da cui prende l’avvio del ciclo del carbonio, detto CNO. Perché è la sigla del carbonio, azoto (nitrogeno in inglese) e ossigeno. Il carbonio si forma perché il nucleo collassato, dopo l’esaurimento dell’idrogeno del nucleo, aumenta di temperatura fino a 20 milioni di gradi. Per cui finito l’idrogeno inizia la fusione dell’elio, tre atomi di elio a 2 protoni e 2 neutroni, formano un atomo di carbonio 6 protoni + 6 neutroni uguale al 2 peso atomico. Dagli strati superiori al nucleo ancora con idrogeno, i protoni, senza elettroni, cioè stato plasmatico, assorbiti dal nucleo a oltre 20 milioni di gradi e maggior pressione, sono inglobati dal carbonio 12, che diventa azoto 13, e poi ossigeno 15 che sono isotopi instabili, isotopi che emettono energia sotto forma di raggi gamma, elettroni positivi detti positroni, e neutrini, trasformando i neutroni in protoni. Ma cedendo energia alla stella,nel nucleo. Quando gli strati esterni esauriscono l’idrogeno/tale processo di sintesi di elementi si intensifica, producendo elementi oltre l’ossigeno. Cioè neon, sodio, magnesio, alluminio, silicio, fosforo, zolfo, cloro, potassio, calcio, cromo, ferro. A questo punto la fusione si arresta. Perché per utilizzare il ferro in ciclo energetico, occorre più energia della fusione in altri elementi di peso superiore. A questo punto il nucleo si spegne, il resto degli strati, una parte della massa stellare collassa, verso il

centro della stella, che nel nucleo contiene la maggior densità della massa stellare. Il calore dell’attrito del collasso, genera energia espansiva. La stella esce dalla sequenza principale e diventa gigante rossa, per espansione degli strati superficiali. Mentre il nucleo continua il collasso di quasi tutta la materia della Stella. Che se la stella ha massa come il sole diventa grande come la terra, ma con densità di 300 mila terre, e forma materia degenere, protoni da una parte e elettroni da altra, detta stella nana bianca, per luce emessa intensa. Se la stella ha massa superiore al Sole come 3 o 20 masse solari, si ha una supernova, che collassa in una stella fatta di soli neutroni, detta pulsar. Oppure se stella massiccia dopo la supernova si forma un buco nero.

Nebulosa del Granchio.

La nebulosa del Granchio, sta nella costellazione del Toro. Si chiama così, perché nell’ottocento ai telescopi apparve come un granchio con tanto di chele è comparsa nell’anno mille, come stella della magnitudine del pianeta Venere, all’improvviso, nel cielo notturno autunnale della Cina. Gli astrologi dell’Imperatore l’annotarono. Fino al 1850, nessuno capiva cosa fosse. Ma ne studiarono la forma e la luminosità. Solo dopo la scoperta della radioastronomia, delle Pulsar, dopo gli anni 1965, si scopre che la nebulosa è una esplosione di una supernova, cioè una stella di oltre 1.4 masse solari, limite di Chandrasekhar per le nane bianche. Da quel tempo abbiamo acquisito nozioni astrofisiche, che ci hanno spiegato l’Universo. Ma molti oggi ignorano tali evoluzioni mentali degli esseri umani.

Magnetismo solare e clima terrestre.

Si sa dai tempi di Galilei che nel sole ci sono le macchie solari. Dovute a flussi magnetici convettivi, che bucano la superficie solare, detta fotosfera. Le macchie sono variabili di intensità e numero, con un ciclo regolare fra un minimo e un massimo di 11 anni, fra due picchi massimi scorrono 22 anni. Compaiono alle alte latitudini verso i poli solari. Poi lentamente in 4 o, 5 anni scendono verso l’equatore solare. Per poi iniziare lentamente a scomparire in 5 o, 6 anni. L’attività delle macchie, è proporzionale all’attività energetica del sole. Più macchie ci sono più il sole è attivo. Più manda chilowatt d’energia sulla terra. Durante tale iperattività il sole ci manda flussi di particelle dette vento solare. Tale vento causa la radioattività del carbonio che sta nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica, tale anidride radioattiva assorbita dalle piante, aumenta gli anelli di accrescimento dei tronchi. Da ciò si è stabilito, poi confermato da satelliti solari, che il sole è una stella variabile con un ciclo di 76 anni, infatti nei secoli diciassettesimo e diciottesimo, i carotaggi di piante secolari hanno dimostrato minima attività solare coincidente con la cosiddetta “ piccola era glaciale.” Tali cicli minimi detti di Maunder, sono intercalati da cicli di massima attività solare. Il secolo ventunesimo, cioè il nostro, si apre con un massimo di attività. Per cui l’aumento di temperatura terrestre è dovuto al ciclo solare e, non certo al supposto effetto serra da emissioni di gas serra da fatti umani. Come sostiene la fede ambientalista.

Cicloni

L’atmosfera è fatta da mescolanza di gas. azoto, ossigeno, anidride carbonica, vapore acqueo, metano, gas nobili inerti e polveri vulcaniche, che sono trattenute a strati sempre meno densi in altitudine dalla gravità della Terra, a livello del mare la pressione dei gas atmosferici vale una atmosfera, che ha valore di un kilo per metro quadrato di superficie. L’unità di misura è il minibar oppure l’etto pascal, quando c’è tempo detto buono soleggiato si ha una atmosfera, quando invece fa temporale la pressione dell’aria si abbassa e venti portano vapore acqueo e burrasche. Se il calore esagerato dei mari tropicali fa innalzare I aria riscaldandola, si produce una depressione simile a un vuoto d’aria, l’aria fredda dell’alta atmosfera allora si precipita nel vuoto formatosi. E per via della rotazione della Terra assume vortice ciclonico antiorario nell’emisfero nord, orario al sud, dato il vuoto di pressione a livello del mare i gas precipitando da 30 e a chilometri di altezza acquistano energia cinetica dalla forza gravitazionale e viaggiano da 150 a 100 km ora. devastando ogni residenza umana.

La costante di Hubble.

Negli anni 20, del secolo XX, L’astronomo Edwin Hubble con la spettroscopia e la scoperta dello spostamento nel rosso delle righe scure dello spettro, segno di allontanamento secondo effetto Doppler delle galassie dell’Universo, formula la legge empirica della costante detta appunto di Hubble. La costante introduce una proporzione diretta fra velocità di allontanamento delle galassie e la distanza di esse dalla Terra. Il cosiddetto redshift, spostamento nel rosso. Detto Zeta, rapporto fra velocità di allontanamento della galassia in esame, e la velocità della luce, il rapporto tende a uno, velocità pari a distanze massime. La costante introdotta da Hubble riguarda una velocità statistica fissa per tutte le galassie a distanza di un mega-parsec, cioè tre milioni di anni luce. Poiché tale legge è empirica è diventata un parametro arbitrario, che varia da 40 a 80 Km/sec. La proporzione inversa ci da l’età dell’Universo, cioè se la costante di allontanamento delle galassie partita dal Big Bang è elevata l’Universo ha meno anni del previsto. Se invece è bassa, ha più anni. Da ciò si deduce a forfait l’età di 15 miliardi di anni.

Teoria della relatività generale

La teoria della relatività generale fu formulata da Einstein, nel 1905. Dopo il fallito esperimento di Michelson-Morley, sull’esistenza dell’etere cosmico. E dopo le equazioni di Lorentz che descrivevano i campi elettromagnetici osservati da altri sistemi di riferimento. Einstein su queste basi formula la teoria della relatività generale, tenendo conto della gravità, della massa. Da cui deduce che la massa incurva lo spazio-tempo. Quindi la luce delle stelle, in prossimità di Masse stellari e galattiche si incurvano,non per attrazione gravitazionale come diceva Newton, che considerava la luce fatta di corpuscoli. Ma la luce si in curva per distorsione dello spazio in prossimità di stelle e galassie. Un esperimento fatto negli anni successivi al 1915, confermò la teoria.

La radiazione gravitazionale

Per la teoria della relatività generale, la massa genera la forza di gravità. Come se fosse un oggetto pesante posto su un telo elastico, che rappresenta lo spazio. Telo che viene infossato dal peso della massa. Peso creato dalla forza di gravità associata alla massa. Al vibrare della massa, per moti gravitazionali, vibra di conseguenza anche il telo che la regge. Tali vibrazioni si propagano nello spazio, come le onde elettromagnetiche, alla stessa velocità, increspando lo spazio. Tale è la radiazione gravitazionale. La radiazione, provocata dalle supernove, stelle massicce esplose, oppure da pulsar binarie ruotanti in tandem, si propagano in tutto l’Universo. Purtroppo essendo debolissime, miliardi di miliardi di volte più deboli delle onde elettromagnetiche, non sono ancora state scoperte. Forse nel prossimo futuro, attraverso rilevamenti satellitari di perturbazioni della radiazione elettromagnetica di fondo, che fu generata dal Big Bang, sarà scoperta. Per le perturbazioni ondulatorie dello spazio,che la radiazione di fondo ha dovuto attraversare. Così finalmente il bosone gravitone sarà una reale scoperta, per la teoria del tutto.

Lente gravitazionale.

Dopo la teoria della relatività generale che formula l’incurvatura dello spazio tempo fatta da grandi masse gravitazionali, si capisce che la luce non si propaga in una geometria spaziale euclidea, ma in una geometria curva. Le grandi masse che provocano l’incurvamento dello spazio tempo quadridimensionale, sono grandi galassie, ammassi di galassie, e, i cosiddetti MACHO, oggetti massicci probabilmente fatti di materia oscura. Ora quando una stella, una galassia, un quasar, si trovano in prospettiva di occultamento dietro a un corpo massiccio, la loro luce si sdoppia. Per seguire la curva geodetica dello spazio tempo. Ciò fa apparire l’oggetto occultato sdoppiato in due o più immagini ai lati del corpo che si comporta da lente gravitazionale. Inoltre tali immagini diventano più splendenti e sfavillanti. Il ritardo di comparsa di una delle immagini può essere la giusta misura della costante di Hubble, che ci da l’età dell’Universo.

Effetto Einstein.

L’effetto Einstein è lo spostamento nel rosso della luce delle stelle che venendo da noi subiscono deformazioni gravitazionali nel tragitto. Sappiamo che la luce è una radiazione elettromagnetica che viene percepita come luce bianca. Ma in realtà è formata da diversi colori a partire dal rosso al giallo verde, al blu indaco. Tale radiazione si sposta nello spazio sempre alla stessa velocità. Indipendente dal movimento della sorgente e dell’osservatore. Ma cambia di energia radiante. Da ciò si deduce che il colore che percepiamo ci dà l’energia della luce. Quando è rossa ha poca energia. Quando è blu ha tanta energia. Ebbene al di là dei conteggi astrusi degli Angstrom decimiliardesimi di metro, la luce cambia frequenza, ma non la velocità, in due condizioni, cioè se la sorgente si allontana, oppure se la radiazione a vicino una fonte gravitazionale forte,esempio una stella di neutroni. La luce perde energia, ma mantiene la sua velocità radiante. Si trasforma di colore e diventa rossa. Tale è l’effetto Einstein.

Censura cosmica.

Come tutte le censure è un controllo sulle idee. Quando venne in mente l’idea del buco nero, col suo confine spazio-temporale, detto orizzonte degli eventi, si censurò ogni ipotesi di emissioni di radiazioni da esso. Cioè il buco nero era la tomba dell’Universo e per sempre. Ma nel prosieguo delle nozioni astrofisiche, si capisce che la relatività generale non impedisce di pensare al contrario. Cioè il buco nero può emettere radiazioni e particelle, diventando un buco detto bianco. Che è senza l’orizzonte degli eventi, perciò detto nudo. Le leggi fisiche nel cuore dei buchi neri sono sconosciute. Per cui non si può fare alcuna previsione matematica su ciò che può accadere in una singolarità. Per cui la censura non regge. Si è perciò concepito il buco bianco che se comunicante con un buco nero genera un cunicolo spaziale, con un entrata e un uscita. La prova sta nel fatto che il nostro Universo è scaturito da una singolarità esplosiva, inflazionaria, che ha generato il tutto,compresi noi. Quindi è possibile senza alcun dubbio matematico, che i viaggi nel tempo, attraverso i cunicoli spaziali un giorno saranno possibili.

Moto reale e apparente.

Se in un treno, che viaggia a velocità costante un bambino giocando, lancia una palla in alto la vede ricadere in basso, senza spostamenti dalla verticale. Poiché il treno va veloce in avanti perché la palla non cade indietro? Perché dentro il treno persone e oggetti hanno tutti la stessa velocità. Ma se il lancio fosse visto dal di fuori del treno da un osservatore fermo. L’osservatore avrebbe visto la palla lanciata fare un movimento parabolico, non verticale. Ciò perché lui è fuori dal treno, cioè in sistema di riferimento diverso. La parabola dipende dalla componente delle forze. Una verticale “lancio palla” una orizzontale “velocità treno”. La risultante è la diagonale a 45 gradi degli assi cartesiani verticale e orizzontale, il treno che si sposta determina per l’osservatore esterno un moto più lungo della palla, rispetto al bimbo del treno. Da cui si deduce che il tempo è relativo all’osservatore. Lo ha capito per primo Galilei, poi confermato da Einstein.

Distanze

Le distanze astronomiche sono enormi, tanto che nel sistema solare si usa l’unità astronomica pari a 150 milioni di km. fra sole e terra. Giove sta a 5 unità astronomiche dal sole. Saturno a 10. Urano a 18. Nettuno a 30. Ma se vogliamo misurare la galassia nostra detta Via Lattea, dobbiamo, per distanze astronomiche ricorrere all’anno luce, un anno luce è lo spazio percorso dalla luce alla velocità di circa 300 mila km/secondo pari a 10 mila miliardi di km. La Via Lattea ha un diametro di 100 mila anni luce, la galassia più vicina Andromeda sta a 2 milioni anni luce. l’Universo ha 15 miliardi di anni luce di diametro, se sferico, non tentate calcolo in km.

Eclittica.

L’eclittica,è il piano del percorso apparente del sole nella sfera celeste. In un anno, è l’intersezione con l’orbita terrestre attorno al sole. Dovuta all’asse di rotazione della Terra sfasato di 23 gradi e 27 secondi dell’angolo giro di 360 gradi. Lo sfasamento fra il piano dell’orbita terrestre, e il giro che fa apparente il sole, genera nei punti d incrocio dei cosiddetti nodi. Che corrispondono agli equinozi. Di primavera e di autunno. L’eclittica è divisa in dodici segni, di 30 gradi dell’angolo giro di 360 gradi. A ogni segno corrisponde una costellazione, il segno inizia dall’equinozio di primavera. Che per il moto a trottola dell’asse terrestre, si «sposta ogni duemila «anni in modo retrogrado. Cosicché dopo 4000 anni il punto Ariete di primavera è diventato dopo i Pesci, oggi l’Acquario. Lo spostamento è dovuto alla forza gravitazionale del sole e della luna.

Precessione degli equinozi.

Precessione è un movimento rotatorio e conico del pianeta Terra, causato dalle forze gravitazionali del sole e della luna, il movimento fa fare all’asse terrestre di rotazione un giro conico con centro al centro del pianeta, e altro nel polo opposto. Cioè l’asse terrestre fa un doppio cono, in senso antiorario. Lo spostamento è lentissimo, per un giro completo occorrono 25 mila anni. Questo spostamento cambia l’allineamento degli equinozi, momento in cui il giorno e la notte hanno la stessa durata, perché il sole sorge e tramonta nei punti cardinali est e ovest. Oggi l’asse terrestre punta la stella polare a nord, per causa della precessione fra 14 mila anni, la stella polare sarà Vega, della costellazione della Lira. Lo spostamento annuale è di 50 secondi dell’angolo giro graduato in 360 gradi, di 60 secondi all’anno, quindi ogni anno la precessione precede l’allineamento terra sole del fine anno di 50 secondi d’arco, pari a circa 20 minuti primi d ora. Cioè a mezzanotte noi festeggiamo 20 minuti prima del vero tempo l’anno nuovo.

Diagramma di Hertzsprung-Russell

È un grafico che classifica le stelle in base alla temperatura e la luminosità. Le stelle sono messe in una diagonale dal basso a destra della ascissa (asse orizzontale) in alto sulle ordinate (asse verticale). In basso ci sono le stelle a bassa temperatura al di sotto del sole, poco luminose. In alto ci sono le stelle massicce anche 10 volte e più del sole di grande luminosità e di colore biancoblu. Il sole occupa la parte medio bassa della diagonale. La posizione lo fa classificare stella medio-nana di colore giallo. Il colore è proporzionale alla massa della stella che per reggere gli strati superficiali,deve bruciare moltissimo idrogeno, che la fa splendere in blu. Le stelle piccole sono di colore arancione. Quando però qualsiasi stella esaurisce la fusione nucleare perde il posto nella diagonale dette sequenza principale. E si trasforma in gigante rossa andando per calo di temperatura a destra del diagramma. Il sole fra 5 miliardi di anni diventando una gigante rossa andrà prima a destra della diagonale. Per poi andare a sinistra per aumento della temperatura poiché diventa nana bianca caldissima, ma essendo poco luminosa scende nel basso diagramma.

Cosmo.

È possibile dire che il Cosmo non coincide con l’Universo. Cioè sarebbe un Superuniverso, matrice di Universi multipli. Eternamente esistente, depositario di dimensioni forze, energie unificate per la teoria del tutto. Il Superuniverso, di cui noi saremmo i figli, è paragonabile a una enorme pentola d’acqua in ebollizione, dalle cui bolle in superficie nascono gli Universi. Da una di queste bolle, sarebbe nato per espansione inflattiva il nostro Universo. Il Cosmo quindi non dovrebbe essere sinonimo di Universo, dell’Universo visibile, ma rimane una misteriosa ipotesi. Infatti, dice l’astrofisico Guth : Nel vuoto del nulla, che dovrebbe coincidere col Cosmo madre, l’energia vibra e genera inflazioni espansive eterne, che generano multiuniversi, di cui uno sarebbe-il nostro, nato da un Big Bang espansivo inflazionano. Dice Gott, altro astrofisico, i buchi neri perforando lo spazio tempo, generano Buchi Bianchi che riciclano l’energia delle particelle ingoiate dal buco nero, rigenerandole e creando nuovi Universi. Dice l’astrofisico italiano Veneziano: tutto viene dalle Stringhe, concentrato di energie e dimensioni multiple che vibrando fanno emergere Universi Multipli, di cui uno sarebbe il nostro. Da ciò si può dedurre che sapere la verità è come vincere una lotteria. Però per ora non c’è di meglio.

Cosmogonia

All’inizio dell’espansione del Big Bang, la densità era di 100 mila miliardi di volte quella dell’acqua uguale a uno. La temperatura era di 1000 miliardi di gradi. L’energia era talmente grande che da essa scaturivano in continuazione particelle e antiparticelle, cioè quark, antiquark, elettroni antielettroni, particelle esotiche virtuali,e sopratutto fotoni di grande energia da raggi gamma. Ma il giogo di fuoco si espanse in pochi secondi e si raffreddò in fretta, e nello stesso tempo i fotoni gamma persero energia. L’antimateria per annichilamento con la materia in quantità superiore scomparve, quasi tutta. I fotoni divennero meno energetici, tanto da non potere più scalzare gli elettroni dai protoni. Si formarono così atomi di idrogeno ed elio e nello stesso tempo, 300 mila anni dopo il Big Bang, i fotoni calati di frequenza spaziarono dell’Universo neonato con un lampo di luce, che oggi percepiamo come radiazione di fondo in microonde radio. L’assemblaggio degli atomi idrogeno ed elio e altri leggeri, aumentò la forza gravitazionale da cui nacquero stelle e pianeti e galassie. Assemblati a loro volta dalle particelle esotiche nate dal Big Bang, dette materia oscura. Che costruisce per gravità ammassi e superammassi di galassie, creando un universo spugnoso.

Universo.

Nel XIX secolo il medico astronomo Olbers propose il paradosso che porta il suo nome. Poiché l’Universo era considerato eterno e statico, disse che stante le stelle infinite, la notte doveva essere illuminata e non buia. Il paradosso fu spiegato dopo la spettroscopia da Hubble negli anni 20 del secolo XX. Lo spettro dimostrava lo spostamento nel rosso delle righe oscure. Ciò voleva dire che l’Universo si espandeva. Tale espansione costante e proporzionale alla distanza delle galassie, raggiunge velocità prossime a quella della luce al limite dei 15 miliardi di anni luce. Ciò ha fatto capire che l’Universo non è statico ma in evoluzione. Negli anni 60, due fisici tecnici dell’azienda Bell, scopersero una radiazione di fondo, proveniente da tutti i punti cardinali. Tale radiazione detta fossile, si spiega con l’emissione di energia elettromagnetica di raggi gamma nel momento del Big Bang, che per diluizione energetica di 15 miliardi di anni luce si è trasformata in microonde radio di un millimetro di lunghezza d onda. Altra prova dell’evoluzione dell’Universo. Tutto allora è iniziato da un punto incredibilmente denso e caldo adimensionale, detto Singolarità. Dall’espansione di essa in frazioni di secondo si forma una sfera spazio temporale, da cui nascono particelle fermioniche, elettroni e quark e bosoni di forze, e rispettive antiparticelle. Che hanno formato da un caos primordiale l’Universo che abitiamo.

Multiuniversi.

Dopo che si è capito che l’Universo non è statico ma si evolve da una singolarità in espansione improvvisa, ci si cominciò a chiedere se ci fosse qualcosa prima dell’espansione. La prima perplessità venne dal fatto che l’Universo espanso in frazioni di secondo fosse omogeneo in senso sferico. Cioè come avevano fatto le dimensioni appena formatesi ad avere le stesse leggi fisiche senza alcun contatto, dato che il tempo d espansione era velocissimo? La spiegazione fu “L’inflazione”, una energia esplosiva a velocità superiore dell’espansione, cioè più veloce della luce appena formatasi. Ma da dove veniva tale energia inflattiva? Si susseguirono ipotesi e teorie per spiegare il fatto. La prima dello stesso Guht della teoria inflattiva che ipotizza un vuoto pieno di energia espansiva, genitore di multiuniversi. Altra teoria dice che le molteplici bolle di vuoto genitrici di Universi fluttuano in inflazione eterna che genera universi multipli. Altre teorie pensano ai buchi neri dell’Universo che genererebbero universi figli da buchi detti bianchi, trasmettendo come DNA biologico le leggi fisiche. Leggi fisiche che se sono trasmesse bene generano multiuniversi simili al nostro, ma se trasmessi in mutazione generano Universi differenti che a volte scompaiono nel nulla. Per ultimo nasce la teoria delle Stringhe, che per spiegare l’emanazione d’energia e particelle e dimensioni, si rifa al dualismo quantistico dell’onda particella. Le stringhe sarebbero compattazione del Tutto, in dimensioni di miliardesimi di miliardesimi di millimetro. Di forma varia dal laccio di scarpe da cui il nome, a fogli dette membrane, a tubi a ciambella. Tali stringhe vibrano come corde di chitarra, nei punti nodali di tali vibrazioni si evidenziano dimensioni, particelle e forze, che creano Universi multipli. In tali stringhe sarebbero contenute le nostre 4 dimensioni spazio temporali, oltre ad altre di cui il numero è in discussione se 10 oppure 16, oppure 26. Le stringhe per ora in formule matematiche non sperimentabili, sono la porta per la comprensione della Teoria del Tutto. Cioè l’unificazione in Supergravità e Supersimmetria di tutte le particelle e antiparticelle reali e virtuali, fermioniche e bosoniche della matrice dei Multiuniversi.

Distanze Cosmiche

Per gli antichi greci, il cielo sostenuto da Atlante,non si trovava più in là della cima del monte Olimpo, sede degli Dei. Stelle e pianeti ruotavano su sfere concentriche, attorno alla Terra. Ma nessuno aveva la benché minima idea delle distanze. Alcuni secoli prima di cristo, Eratostene, matematico,calcolò la circonferenza della terra usando la trigonometria delle ombre al solstizio. Aristarco con l’ombra della Terra sulla luna in eclisse stabili le prime distanze,e si convinse che il Sole era al centro dell’Universo. Ma non essendo creduto, fino al 1500, si continuò a parlare di sfere a distanze sconosciute. Solo alla fine del 1600 si scopre che il sole sta a milioni di Chilometri. Attraverso le leggi di Keplero. E si introduce il metodo trigonometrico della parallasse, un metodo empirico che si può capire facilmente,mettendo una matita davanti agli occhi, se si chiude l’occhio sinistro, la matita sembra spostarsi a sinistra. Viceversa per il destro dall’angolo di spostamento e la trigonometria, si ricava la distanza, applicando la parallasse alle stelle,si può determinare la distanza per migliaia anni luce. Con l’affinamento dei telescopi, si scoperse la variabilità luminosa di alcune stelle dette cefeidi, perché della costellazione del Cefeo. Dalla variabilità luminosa detta magnitudine, si stabilisce che più è lungo il periodo di variabilità, più la stelle è lontana. Le cefeidi della Nebulosa di Magellano, ci hanno dato 150mila anni luce distante. E 2 milioni anni luce per la galassia più vicina Andromeda. Ulteriore o avanti per la misura delle distanze cosmiche, è stata l’invenzione dello spettrografo e della fotografia a metà secolo XIX. Sullo spettro comparivano righe nere di assorbimento,date da elementi delle stelle. Tali righe per effetto Doppler si spostano verso il rosso per stelle che sono lontane. Verso il blu per quelle viarie. Dà cui là misura esatta e scientifica delle distanze anche a miliardi di anni luce: Oggi ci sono i satellite i telescopi orbitanti che determinano che il nostro Universo ha un diametro di 15 miliardi di anni luce. Le stelle pulsanti,cioè che cambiano di luminosità detta magnitudine, si chiamano Cefeidi. Esse pulsano da una fase di minima luminosità a una di massima, nel tempo di pochi giorni, fra un picco di luminosità e l’altro scorrono sempre gli stessi giorni, detto periodo. Ora sappiamo dall’ottica, che la luminosità di una fonte di luce diminuisce col quadrato della distanza. Cioè un lampione visto a 100 metri è 4 volte più luminoso che se visto a 200 metri. Pertanto conoscendo la luminosità del lampione possiamo dal suo calo di luce

stabilire la distanza. La stessa cosa ci permette di fare una stella cefeide. La cui luminosità risulta dal periodo di massima magnitudine, fra un picco luminoso e un altro con la fotometria si calcola il calo di luminosità da cui si stabilisce la distanza tale e quale si farebbe col lampione. Le misurazioni una volta imprecise oggi pervia satellitare e telescopi in orbita è alquanto precisa.

Età dell’Universo

Alla fine degli anni 20, del secolo scorso, l’astronomo Hubble, scopre attraverso la spettrografia che le galassie si allontanano. Per effetto Doppler, righe nere sullo spettro, si spostano sul colore rosso. Ciò fa capire che lo spazio in cui stanno le galassie si espande, per cui sembra che le galassie si allontanano. Che sia lo spazio a espandersi si intuisce andando indietro nel tempo. Al momento della singolarità che ha provocato il Big Bang, dove lo spazio era a dimensione zero. Che nel trascorrere del tempo si è espanso fino ad oggi. Da ciò ne viene che l’età dell’Universo dipende dalla velocità dell’espansione spaziale. La velocità è stabilita dalla cosiddetta costante di Hubble. La cui misura deriva da osservazioni della luminosità assoluta di stelle variabili dette Cefeidi, vicine alla Via Lattea. Il valore non è preciso, e varia da 40 km. al secondo, a 100 km. al secondo. Misurata alla distanza di un megaparsec, pari a 3milioni di anni luce, nel primo caso l’Universo ha 18 miliardi di anni, nel secondo 10 miliardi. Ma si è stabilito che l’Universo ha 15 miliardi di anni. Per il detto latino «in medio stat virtus».

L’Universo di Hoyle.

Secondo l’astronomo F. Hoyle, non è stato il Big Bang, esplosione improvvisa a creare l’Universo. Bensì un campo di energia, detto di Creazione continua. Un campo di energia genera forze vettoriali nello spazio tempo sferico. Che interagisce su altre energie o particelle,in senso attrattivo o repulsivo. Esempio campo gravitazionale ed elettromagnetico. In tale campo di creazione, che si dovrebbe trovare al centro di ogni galassia,si creano dall’energia particelle. Tali particelle sottoposte a una energia antigravitazionale detta energia negativa, sono spinte all’espansione nello spazio tempo dell’Universo semieterno e quindi detto Statico. C è da notare che oggi si usa la teoria dell’inflazione, per spiegare il Big Bang. L’energia negativa di Hoyle coincide con essa. In pratica l’Universo di Hoyle si identifica con quello esplosivo del Big Bang, Solo però ne fa eccezione il tempo. Cioè per Hoyle il tutto avviene eternamente e lentamente, anche se la forza del campo è la medesima del Big Bang, cioè l’inflazione. Da ciò ne deriva un Universo eterno. Le moderne teorie fisiche dei multiuniversi generati da una eterna matrice, sembra che diano ragione ad Hoyle.

Galassie

Le galassie, sono universi isole, fatte di sistemi stellari a miliardi, tenuti insieme dalla forza di gravità e assemblate dalla materia oscura, al centro di ogni galassia c’è un enorme buco nero che le fa vorticare attorno ad esso, ingoiando milioni di stelle. Sono così lontane che per vederle occorrono telescopi. Uniche eccezioni la gigantesca galassia di Andromeda, 2 volte la via lattea,che seppure sta a 2milioni di anni luce è visibile a chi ha buona vista anche a occhio nudo fra la costellazione del Perseo e di Cassiopea a Nord della via lattea. E le nubi di Magellano, piccole ma vicine a 150mila anni luce. Le galassie sono state classificate per la loro forma in irregolari, a disco spirali,barrate, ellittiche. Sembra che la loro evoluzione sia conforme alla classificazione dalle irregolari in su. Le spirali sono a forma di disco con bulbo centrale con diametro da 100 a 200 mila anni luce ma spessore di soli 1500 anni luce. Nei bracci per compressione vorticosa gravitazionale delle polveri e dei gas e delle stelle esplose, le supernove, si formano altre stelle. Così è stato per il nostro sole, i bracci girano attorno al bulbo della galassia a grande velocità, il sole che sta a distanza media dal bulbo va a 225 Km/secondo, pari a 800mila km/ora, impiega 225 milioni di anni per fare un giro attorno a galassia detto anno cosmico. Cioè poiché il sole esiste da 4500milioni di anni dividendo per 225 si ottiene 20. Il nostro sole ha 20 anni cosmici. le galassie sono agglomerati di stelle, si sono formate dodo un miliardo di anni dal big bang, hanno forme e dimensioni diverse, la loro esistenza è stata scoperta solo dopo l’invenzione di potenti telescopi, che hanno risolto in stelle quelle che si chiamavano nebulose, fino all’inizio del secolo scorso XX, si parlava della via lattea,detta appunto galassia, dal greco galaxias che vuol dire latte. Perché si pensava vedendo in cielo d estate una luminosità a forma di strada, la via lattea, che fosse il latte versato dalla dea Giunone sposa di Giove, mentre allattava i suoi figli in cielo. Magellano primo circumnavigatore della Terra, vide delle nubi in cielo di notte che chiamò nubi di Magellano, in realtà galassie satelliti della via lattea, la nostra galassia ha una forma a spirale con bracci, vista dalla nostra posizione di un braccio a 30 mila anni luce dal centro ci appare come una luminosità che va da nord a sud sull’emisfero celeste con un aumento di luminosità al centro in corrispondenza in questa epoca con la costellazione del Sagittario visibile d estate a sud preceduta dallo scorpione con la rossa Antares. Le galassie che contengono

centinaia di miliardi di stelle sono a sua vola centinaia di miliardi, hanno varie forme a disco spirali, ellittiche, barrate, globulari, irregolari, iperattive, interagenti ecc..eppure messe insieme fanno appena appena l’un per cento dell’Universo, intriso di materia oscura e altri misteri sconosciuti.

Quasar

il nome Quasar deriva da Radiosorgente quasi stellare, poiché sembra otticamente una stella luminosa, che emette onde radio. Sono chiamati anche oggetti quasi stellari. Sono stati scoperti negli anni sessanta. Otticamente sembrano stelle ma non lo sono. E poiché hanno un forte spostamento delle righe nere nel rosso dello spettro, Si è capito che sono lontanissimi. Da due a dieci miliardi di anni luce, il che fa pensare che si sono formati ai primordi dell’Universo. Per apparire luminosi a questa distanza devono avere l’energia di migliaia di galassie messe insieme. L’unica spiegazione è che sono enormi buchi neri contornati da vecchie stelle, o materia interstellare cosmica. Residui di galassie divorate dal buco nero, che ingoia la materia e una stella intera ogni anno. Mentre divora materia emette enorme energia radiante in tutte le frequenze, a partire dalle onde radio, alle ottiche, ai raggi x e gamma.

Vita nell’Universo.

Per vita si intende un essere organico basato sul carbonio, capace di nutrirsi trasformando la materia dell’ambiente in energia e accrescimento che gli da la capacità di riprodursi. La vita si presenta in miriadi di forme vegetali e animali. Organizzate in modo diverso a seconda dell’ambiente vitale. Dai virus, solo DNA, alle cellule con DNA e citoplasma dove si svolgono i processi di trasformazione della materia in energia e riproduzione. Che si dividono in procarioti ed eucarioti a seconda se hanno un nucleo che contiene il DNA, gli eucarioti, o non lo hanno i procarioti. Il DNA e la sua copia RNA, sono fatti di basi puriniche e pirimidiniche, anelli chimici di carbonio, azoto, ossigeno, idrogeno. CHNO. Le cellule eucariote si assemblano a formare organismi pluricellulari detti metazoi,in forme di vita vegetali e animali che popolano il pianeta. Ciò fa pensare che la vita sia un prodotto autoctono della Terra. Ma le cose non stanno così. A parte le fantasiose fantascientifiche avvistamenti di UFO, La vita viene di sicuro dalle nubi gassose interstellari e intergalattiche dell’Universo. Infatti il CHNO, cioè il carbonio,idrogeno, azoto, ossigeno, cioè i mattoni della vita, si formano nel nucleo delle stelle, l’idrogeno dal Big Bang. Soprattutto nelle stelle massicce 2, 20 volte il nostro sole. Che per mantenere la pressione anticollasso, devono bruciare idrogeno a gran velocità, producendo appunto carbonio,azoto,ossigeno, e gli altri elementi della vita, rame, magnesio, calcio, fosforo sino al ferro, e dopo milioni di anni esplodono sparando plasma atomico incandescente a milioni di gradi kelvin nello spazio. Tale plasma si raffredda e si condensa in nubi gassose, vaganti, che sono assemblate dalla forza gravitazionale e raffreddate dallo spazio. Ecco allora comparire i composti dagli elementi formatisi nelle stelle. A partire dalla formaldeide HCOH, progenetrice degli amminoacidi con l’aggiunta dell’azoto. Si forma cosi la glicina, amminoacido più semplice ma fondamentale per costruire gli altri venti alla base della vita. Anche acqua e alcool, sono stati trovati nelle nebulose gassose interstellari e galattiche. Le stesse purine fatte di carbonio idrogeno ossigeno e azoto in forma ciclica, componenti del DNA, sono assemblate probabilmente nelle nubi gassose. Le nubi gassose formano sistemi stellari, ma anche in modo sferico al sistema miliardi di comete, contenenti in Freezer galattici tutte le sostanze vitali. Le comete attratte dalle stelle che circondano portano sui pianeti orbitanti tali composti. Se il pianeta ha la giusta posizione,massa, atmosfera

acqua, temperatura giuste avviene l’impollinazione della vita. Che poi in miliardi di anni evolve in forme intelligenti. Di tali pianeti la nostra via lattea ne possiede miliardi, non siamo certo soli nell’Universo.

Principio Antropico

Il principio Antropico deriva da recenti convinzioni di scienziati che l’esistenza dell’Universo dipende da leggi fisiche create appositamente per la vita intelligente. A partire dalle costanti delle grandezze fisiche. La costante di gravità, di carica e massa delle particelle subatomiche, della velocità della luce, della costante di Planck, della costante di struttura fine, che pone rapporto preciso fra le costanti elettromagnetiche. Inoltre il principio antropico si basa sulla posizione della Terra rispetto al Sole. Sull’inclinamento dell’asse di rotazione che fa le stagioni. Sulla formazione degli elementi della vita sulle stelle dell’Universo. Il carbonio, l’azoto, l’ossigeno, che uniti all’idrogeno creano la vita. Il principio inoltre si basa sulla grande estensione dell’Universo, per aumentare le probabilità di vita. E sulla sua lunga durata, per permettere l’evoluzione delle specie viventi. Tutto insomma sembra creato per la vita. Tale principio fu fondato ufficialmente dal fisico Carter negli anni 70. Egli distinse il principio in tre parti. IL principio debole, riferito alla formazione del carbonio nelle stelle, il principio forte, riferito alla durata di miliardi di anni, per permettere alla vita di svilupparsi. Il principio ultimo, creatore di un essere intelligente e osservativo dell’universo. Che nel nostro caso è la specie umana.

Dall’alfa all’omega.

In astrofisica si paria di un punto Omega. Indica il collasso gravitazionale delle galassie. L’espansione dell’Universo si arresta e raggiunto un massimo di espansione si ferma, poi torna indietro. Ciò fa retrocedere le galassie,che a un certo tempo, inverso dell’espansione, si ritrovano a contatto in un punto caldissimo, che le dissolve in particelle. Le quali cadono in un enorme buco nero, sintesi di tutti i buchi neri dell’Universo. Cioè una enorme singolarità tale e quale a quella del Big Bang. Che ripete l’esplosione inflazionistica e rigenera un altro universo.

Asteroidi e pianetini.

Sono masse rocciose orbitanti in una fascia attorno al Sole posta fra Marte e Giove. Compresa fra 300 e 600 milioni di km. dal Sole. Non è chiaro se si tratta di pianeti entrati in collisione, o se rappresentano un pietrisco non assemblato in pianeta. Comunque stanno nelle posizione che rispetta la legge delle distanze planetarie di Bode. Se ne stimano centinaia di migliaia. Hanno orbite con periodi che vanno da 3 a 6 anni, attorno al Sole. Ma alcuni di essi anche grandi, hanno orbite eccentriche che intersecano l’orbita della Terra. Nel ato sono entrati in collisione, e potrebbero nel futuro ripeterlo con la Terra. IL più grande di essi è Cerere, scoperto dall’astronomo Piazzi nel 1801. Ha diametro di 933 km. perciò è chiamato pianetino, poiché è sferico. Segue Vesta di 500 km. scoperto da Olbers. Poi ce ne sono di altre dimensioni chiamati con nomi mitologici ma non sferici. I più piccoli sono della grandezza di un sasso. Molti di essi precedono e seguono l’orbita di Giove nei punti lagrangiani e sono chiamati Troiani.

L’atmosfera della Terra.

L’atmosfera è il velo d’aria che circonda il globo terrestre, la massa d’aria esercita a livello del mare la pressione di mille millibar, pari a una atmosfera. L’atmosfera si estende sino a 100 e più chilometri di altezza. È composta prevalentemente da azoto al 75%, ossigeno al 20%, vapore acqueo al 4%, 1% di gas rari, 300 parti per milione di anidride carbonica, si divide prevalentemente in tre strati, la troposfera, l’aria che respiriamo, dove avvengono i fenomeni meteorologici. La stratosfera dove i raggi ultravioletti del Sole intercettando l’ossigeno lo trasformano in Ozono, evitando che ci distrugga per radiazione penetrante la nostra cute. La ionosfera che si estende oltre 200 chilometri, sede di atomi ionizzati. Nella ionosfera per l’impatto del vento solare fatto di particelle, il gas rarefatto si illumina dei colori dell’arcobaleno, creando le aurore polari. Inoltre la polvere delle code delle comete di aggio attratte dalla gravità della Terra si incendiano per attrito, facendo il fenomeno delle stelle cadenti in strati più alti della ionosfera. All’altezza di oltre 600 chilometri, i raggi cosmici provenienti dalle stelle dello spazio profondo agiscono all’impatto col gas rarefatto come acceleratori di particelle, producendo per l’enorme energia d impatto nuove particelle. Con l’altezza ionosferica e oltre la pressione si riduce quasi a zero, mentre la temperatura si innalza oltre i 1000 gradi Celsius, per poi ridursi allo zero cosmico. I satelliti meteorologici sono posizionati a 300 chilometri oltre la ionosfera. I geostazionari per le telecomunicazioni a 36000 chilometri.

Il sole dalla Luna.

Come un osservatore che stesse sulla faccia della Luna rivolta verso la Terra vedrebbe il sorgere e il tramontare del Sole? Si sa che la Luna volge sempre la stessa faccia verso la Terra. La sua orbita dura in media 28 giorni. Così dovremmo immaginare come sorge e tramonta il sole, visto dalla Luna. Poiché la Luna gira intorno alla Terra in senso antiorario sfasata di cinque gradi, rispetto all’orbita terrestre, quando è in luna piena vista dalla Terra, sulla Luna la Terra appare scura, mentre il Sole è allo zenit. Ma in una settimana lentamente il sole tramonta verso ovest. Dopo un altra settimana il tramonta definitivamente, mentre la Terra è illuminata piena, dopo una settimana di Sole sorgente a est, e la Terra illuminata a metà, si torna a vedere il Sole allo zenit, che ci resta per una settimana. Cioè sulla luna il giorno dura un mese.

SECONDA PARTE

Astrofisica

L’astrofisica studia il cosmo, i fenomeni astronomici attraverso la fisica. Si divide in Astrofisica osservativa, ottica, attraverso o studio dei raggi luminosi e lo spettro, i raggi Uva, i raggi X e gamma e la radioastronomia, che ci permette di capire la densità la composizione, la temperatura, la luminosità delle stelle e galassie. E astrofisica teorica, che studia la cosmogonia e cosmologia, originata dal Big Bang inflattivo, creatore dello spazio Tempo e delle particelle, che hanno fatto stelle, pianeti e galassie. L’astrofisica richiede la padronanza di tutta la fisica dalla meccanica classica, alla relativistica, alla quantistica. E la conoscenza delle forze dell’universo, gravità, elettromagnetica, nucleare, dei rapporti fra esse attraverso la conoscenza di tutte le particelle che scambiano i quanti d energia dette bosoni. L’astrofisica è iniziata nell’ottocento, dopo I’affinamento dei telescopi e della spettroscopia. Oggi evolve coi satelliti scopritori dell’infrarosso, raggi x, raggi gamma che illustrano I’universo nella sua vera essenza. L’insieme dell’astrofisica, che comprende I’astrometria, tende alla cosmogonia, che teorizza l’unificazione del Tutto. Teoria della grande unificazione detta GUT. In sintesi senza la fisica e I astrofisica, non si può comprendere l’universo. Per questo motivo, mi accingo a provare da astrofilo a divulgare in “soldini” I’Astrofisica.

Freccia del tempo

il tempo è un sistema di riferimento con cui possono essere ordinati gli eventi. Basato sul moto della Terra. Con lo spazio tridimensionale forma la quarta dimensione. Ma seppure si è capito che il tempo non è assoluto, resta il mistero della freccia del tempo, che va solo verso il futuro. Ciò dipende dal secondo principio della termodinamica. Che dice che l’energia nel are da un sistema ad un altro si dissipa. Ciò porta come conseguenza che i corpi macroscopici si deteriorano,senza avere probabilità di ritornare all’energia primitiva. Da cui la freccia del tempo, che sembra irreversibile. Ma poiché nel mondo microscopico delle particelle, questo non accade. Cioè per le particelle non c’è freccia temporale, perché possono trasformarsi in energia e particelle e viceversa. Essendo il mondo macroscopico fatto di particelle, se si avesse un tempo infinito a disposizione, più lungo dell’età dell’Universo, pur essendo improbabile l’inversione della freccia del tempo, non è impossibile. C’è quindi la probabilità che in futuro si possa costruire la macchina del tempo.

Spostamento verso il rosso

La luce, come ogni altra radiazione elettromagnetica, viaggia sempre alla stessa velocità, 299.792,458 km/s. Però è soggetta all’effetto Doppler che la fa diluire se la sorgente si allontana, la comprime se si avvicinala diluizione che corrisponde ad una ridotta frequenza la sposta verso il rosso dello spettro. Cioè le righe nere dello spettro, si spostano nel rosso. La compressione le fa spostare verso il blu. Ciò ha permesso di capire gli spostamenti delle galassie. La scala di misura detta Zeta, frazione della velocità luce, va da millesimi al 90% vel. luce. Con una costante detta di Hubble, pari a 60 km/s cioè z=0,0005. Lo spostamento nel rosso proporzionale alla distanza delle galassie, non è dovuto al moto delle galassie, bensì all’espansione dello spazio. Come dire su un palloncino che si gonfia, sono dipinte in superficie le galassie, che si allontanano mentre il palloncino si gonfia. Inoltre, lo spostamento verso il rosso è datato anche dalla forza di gravità. La luce che emerge da una massa gravitazionale perde energia, cala di frequenza e si sposta nel rosso.

La Termodinamica.

La termodinamica è la fisica che studia gli scambi di caloreenergia tra corpi materiali, e sistemi termici. L’energia sotto forma di calore, è un movimento atomico molecolare, che compie un lavoro. Che è forza (energia) per spostamento. La termodinamica si occupa della trasformazione del calore in lavoro. L’energiacalore, e il lavoro sono grandezze fisiche trasformabili l’una nell’altra. Il calore deriva dall’agitazione degli atomi molecole causata da una energia che fa aumentare la temperatura di un corpo o di un sistema termico. Quando due corpi a diversa temperatura si mettono in contatto, il calore a dal più caldo a quello più freddo. Mai viceversa. Questo è il primo Principio della Termodinamica. Il calore si trasforma in lavoro, spostando i corpi del sistema termico. Il lavoro si trasforma in calore, perde calore che deriva dal lavoro, non si ritrasforma più in lavoro. Perché si disperde nell’atmosfera dei sistema termico in modo irreversibile, cioè non più recuperabile. Ciò causa la degradazione dell’energia calorica. Questo degrado irreversibile è detto Entropia. Questo è il secondo principio della termodinamica. Se poi ci troviamo in un sistema termico a energia e calore zero. Cioè nello spazio profondo dell’Universo, essendo la temperatura prossima alla zero assoluto, cioè meno 273 gradi kelvin sottozero, nessun atomo molecola può muoversi. L’energia è zero, il calore è zero, quindi l’entropia è zero. Questo è II terzo principio della termodinamica.

L’energia

L’energia è una grandezza fisica che si esprime in una forza che compie un lavoro. Si presenta in forme diverse che possono essere trasformate le une nelle altre, con la costanza della quantità dell’energia. In ogni sistema fisico l’energia si distingue in potenziale e cinetica poiché le forme di energia sono diverse, esempio: meccanica, elettrica, termica, chimica, nucleare, ogni forma ha la sua energia potenziale che diventerà cinetica. La meccanica, utilizza la energia di allontanamento dal centro gravitazionale. Esempio spostamento di uri corpo in alto, energia potenziale. La termica riscaldando un corpo. La chimica trasformando carburante in energia cinetica di automobile, la nucleare trasformando la massa uguale a mc² in energia. In un buco nero la massa precipita dall’orizzonte degli eventi nella singolarità. Nucleo del buco nero, è l’energia cinetica che diventa potenziale, ma tale energia essendo di caduta in una singolarità sarebbe di potenziale negativo a massa sottozero. Da cui si deduce che se il Big Bang si è determinato da una singolarità senza massa ma con solo energia ha avuto origine dal nulla. Si dice da stringhe d’energia.

La Massa.

La massa è una grandezza fisica,concetto che permette la classificazione di entità fisiche in classi confrontabili e misurabili, secondo unità di misura di classe. Corrisponde alla materia di un oggetto o di un corpo. Che va dalla particella subatomica, agli ammassi di galassie. La massa di un oggetto o corpo, è caratteristica di essi. Che non dipende dal luogo dove si trova. Si identifica con l’inerzia e la gravità. L’inerzia è l’opposizione a una forza che sposta la massa dallo stato di quiete o di moto, accelerandolo. La gravità secondo Newton, e data dalla forza di attrazione tra corpi massicci. Secondo Einstein dalla distorsione dello spaziotempo dato dalla massa. Ma sia l’una che l’altra sembrano equivalenti. La massa a riposo a velocità della luce,essendo essa una costante insuperabile, ad ogni ulteriore accelerazione si trasforma in massa. Per l’equazione e=mc², essendo l’accelerazione una energia, che non può più accelerare il moto. La massa non coincide col peso, da cui è indipendente. La massa sulla Terra si misura in chili, sulla Luna in etti. Ciò dipende dalla forza di gravità che l’attira nel gorgo spaziotemporale. Ma la massa è sempre la stessa in qualsiasi luogo essa stia.

Magnetosfera.

Il magnetismo oltre ad essere naturale,in minerale ossido di ferro detto magnetite,è dato dal movimento degli elettroni, sia rotatorio detto spin, sia orbitale attorno al nucleo dell’atomo a cui appartiene, la Magnetosfera è la conseguenza del magnetismo, che si estende in linee di forza magnetiche bipolari dal polo Nord al Sud. Tali linee meridiane proteggono la Terra dall’energia e dal plasma (particelle energetiche) del vento solare,che la comprime nella zona rivolta verso il sole, e la fa prolungare dalia parte opposta fino alla distanza terra luna. Nelle zone polari il vento plasmatici solare eccitando gli strati dell’altissima stratosfera detta ionosfera causa le aurore polari multicolori. All’equatore magnetico le particelle solari si addensano creando le fasce di Van Allen, altamente energetiche e pericolose per gli astronauti. La magnetosfera risente del ciclo solare delle macchie undicinali. Eccetto il pianeta Giove gli atri pianeti hanno debole 0 nulla magnetosfera.

Lunghezza Onde Elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche sono generate da oscillazioni di elettroni. Si propagano per energia radiante di campi elettrici e campi magnetici, alla velocità della luce, come tutte le onde, hanno una lunghezza, una frequenza, un periodo. La loro natura varia da onde radio, all’infrarosso, alla luce visibile, all’ultravioletto ai raggi x, ai raggi gamma. Per misurare la lunghezza di tali onde, si usano varie unità di misura. il chilometro il metro il centimetro il millimetro per onde radio, il submillimetro per l’infrarosso. il nanometro, pari a un decimiliardesimo di metro, pari a un decimilionesimo di millimetro. Tale misura si chiama Angstrom: L’Angstrom si usa per misurare la lunghezza d onda delle onde luce, degli ultravioletti, dei raggi x. dei raggi gamma. Il rosso ha una lunghezza di 7000 Angstrom. il giallo di 6000, il verde di 5000, il bluvioletto di 4000. Che corrispondono a milionesimi di millimetro. L’ultravioletto ha una lunghezza media da 3000 a 9 Angstrom,pari a nove centomilionesimi di millimetro. I raggi x hanno lunghezza di un centesimo di Angstrom, pari a un centomilionesimo di millimetro. Per i raggi gamma, si deve usare il picometro, pari a un miliardesimo di millimetro. Cioè in un millimetro ci sono un miliardo di onde gamma, con il massimo d energia radiante fotonica, mortale per le cellule viventi.

Commento al corpo nero

Per capire l’importanza del cosiddetto corpo nero fondamentale per la teoria quantistica per i fotoni, e per farvi capire l’interesse pratico fondamentale per il fotovoltaico, cioè esplicitamente la radiazione elettromagnetica espelle elettroni da atomi di semiconduttori solo se ha una certa energia, al di sotto della quale non avviene, e l’energia è proporzionale all’alta frequenza inversa alla lunghezza d onda, esempio si ottiene solo cogli ultravioletti, non con i raggi bluvioletti. tutto ciò è stato capito solo dopo aver comprese la radiazione del corpo nero.

Radiazione cosmica

Dopo aver capito che il corpo nero emette solo a certe temperature radiazioni di lunghezza d onda da onde radio, a onde radar, a infrarosso, a onde luce ultravioletto, raggi x, raggi gamma, risulta evidente che essendo la singolarità del big bang simile a un corpo nero, rispetto alla radiazione emessa, e poiché la sua temperatura era di miliardi di gradi, al momento dell’espansione, ha emesso raggi gamma, ma poiché nell’espandersi subisce un raffreddamento, la radiazione cala di frequenza, fino a diventare quella che è oggi microonda di 5 centimetri, corrispondente alla temperatura di 2,7 gradi Kelvin, pari a meno 270 gradi sottozero Celsius. Da ciò anche voi potrete capire l’importanza della radiazione del corpo nero, che ha spiegato le origini dell’Universo.

Meccanica Quantistica

Molti oggi sentono dire della meccanica quantistica. Ma pochi sanno cos’è. È un insieme di teorie fisiche moderne. Che descrive la materia subatomica. Deriva dalla scoperta che le particelle subatomiche es. elettrone, si comportano in modo dualistico. Sono onde elettromagnetiche e particelle. La particella compare come un fantasma all’osservazione di essa. Ma appena cessa I osservazione torna onda d energia che si propaga ondulatoriamente. Da ciò deriva che nel mondo subatomico non valgono le leggi fisiche deterministiche della meccanica classica. Che dice che a causa subentra un solo effetto. Ma poiché la particella si trasforma in onda, non si può prevedere la sua posizione né la sua quantità di moto. Da cui la legge dell’indeterminazione quantistica. Contraria al determinismo classico. Si ha una sola certezza, cioè non può essere stabilita la posizione della particella contemporaneamente al suo spostamento. Poche particelle sono la base degli atomi, della materia, delle stelle, dei Pianeti della vita, se ne deduce che viviamo in un mondo antico, cioè imprevedibile e indeterminato e caotico.

Geometria frattale.

Frattale deriva da frazione. L’universo si dice, è fatto da frattali. Che vuol dire? Al di là dei concetti matematici, Noi profani, possiamo immaginare un frattale come un cavolfiore. Cioè come l’infiorescenza della pianta Cavolo. Infatti se prendiamo un rametto dell’infiorescenza possiamo constatare che è perfettamente uguale a tutta l’infiorescenza. Cioè il frattale è una ripetizione in dimensioni ridotte di una forma. Ripetendo il frazionamento della forma, le dimensioni del frattale diventano microscopiche. Mentre la forma macroscopica diventa sempre più frastagliata. Ebbene gli astrofisici hanno deciso che l’Universo ha una geometria frattale. Cioè un atomo è un frattale di un sistema solare, che è un frattale di una galassia, che è un frattale di un ammasso di galassie, che è un frattale di un Universo, che è un frattale dei multiuniversi. Quello che sconcerta è che l’esempio viene dal Cavolo.

Temperature

Le temperature sono proprietà fisiche di scambi di calore fra due sistemi materiali, è un trasferimento di energia da un sistema ad un altro. I fisici hanno sviluppato molti metodi per misurare la temperatura. I metodi si basano sulle proprietà fisiche della materia che varia a seconda della temperatura Da ciò ne viene una scelta arbitraria della scala termometrica. Le scale sono: Celsius. Fahrenheit, Kelvin. La scala Celsius, si basa sull’acqua ghiacciata, e sull’acqua bollente, rispettivamente da zero gradi a cento. La scala Fahrenheit da 32 acqua ghiacciata, a 212 acqua che bolle. Cioè la scala Fahrenheit è divisa in 180 gradi (212-32=180) . La scala Kelvin si basa sullo zero assoluto cosmico, immobilità totale delle particelle subatomiche, poiché il grado Kelvin corrisponde al Celsius, lo zero Celsius vale 273 Kelvin. Se avete febbre usando un termometro clinico medico avrà la scala Celsius che va da 35 gradi a 42. oltre siete bolliti.

Pendolo di Foucault

Un pendolo è un sistema fisico fatto da un filo, e da una massa peso, che oscilla soggetta alla forza di gravità. L’esperienza di esso ci dice che il pendolo,conserva il piano di oscillazione, ai poli il piano di oscillazione è in senso orario a Nord viceversa al Sud. Ma avvicinandosi alla latitudine equatoriale I oscillazione non cambia direzione. Ciò perché il pendolo è soggetto a due forze, una gravitazionale che fa oscillare il pendolo. E una forza di rotazione terrestre detta di Coriolis che fa deviare a destra il piano di oscillazione a Nord, viceversa al Sud. Perciò all’equatore bilanciandosi la forza di Coriolis, il pendolo non cambia mai il piano di oscillazione. Ma poiché ogni movimento è dovuto a una forza accelerante che modifica I inerzia solo rispetto a un punto di riferimento. Essendo il piano di oscillazione del pendolo fisso rispetto a qualcosa, si è stabilito che il piano di oscillazione è riferito all’Universo. Cioè il pendolo ha un punto di attacco, un chiodo, piantato fra le galassie II pendolo è un Dio cosmico.

Lhc di Ginevra

Lhc=Largo collisore di protoni, ha meno energia dei raggi cosmici. Cioè radiazioni di particelle e energie elettromagnetiche a raggi x e gamma,Eppure cerca di individuare il Bosone detto di Higgs. Ma non ci riesce. Per individuare l’ Higgs, ci vuole più energia. Perciò si è progettato un collisore lineare amplificato, cioè che accelera i protoni. Se ne viene fuori il bosone, cioè la forza che fa interazione fra energia e materia,possiamo capire il cosmo, cioè oltre l’Universo. impedisce ciò, la nostra società contraddittoria, ignorante, istintiva. Cioè siamo ancora scimmie, non esseri senzienti, pensanti, evoluti. Forse fra un milione di anni ci arriveremo.

Idee di Mach

Sappiamo dalla stona che Mach, era un fisico teorico dell’ottocento che si interesso oltre ad altre teorie fisiche sopratutto al moto dei proiettili di cannone in aria. E quindi all’ostacolo dell’aria alla traiettoria da cui venne il numero di Mach dato agli aerei supersonici. Mach 1, 2, 3, ecc..Ma Mach ha convinto Einstein a rifiutare l’idea dello spazio assoluto, quale riferimento del moto dei corpi dell’universo. Da cui la teoria della relatività speciale, che ha equiparato la gravità all’accelerazione di un corpo in movimento nello spazio. Insomma la teoria di di Mach ha generato la relatività di Einstein.

Forza di gravità

La forza di gravità è la più debole fra le forze dell’Universo, è proporzionale alla materia che la possiede, è inversamente proporzionale alla distanza. Ma si fa sentire all’infinito è calibrata su particelle subatomiche. Esempio elettroni se avessero più massa cioè più attrazione gravitazionale aumenterebbero l’attrazione elettromagnetica dei protoni di segno opposto, e precipiterebbero dentro i protoni, annullandone la carica elettrica, e, trasformandoli in neutroni. Ciò effettivamente accade, quando, una stella grande il doppio del nostro sole, muore. Esaurito il combustibile idrogeno,elio, carbonio, ecc.. arrivata la fusione al ferro, la stella si spegne. E collassa su se stessa. Una massa di oltre 600mila terre precipita verso il centro della stella. L’attrito genera centinaia di milioni di gradi kelvin, che fa esplodere la stella,che espelle la sua cromosfera. Mentre la massa di due soli, si concentra in una sfera di pochi chilometri. In tale sfera si ha una forza di gravità enorme. Ma anche una energia enorme, che si evidenzia con rotazione in miliardesimi di secondo della sfera,e con l’emissione di lampi di luce, radioonde,raggi x, raggi gamma. Tutto è dovuto alla forza di gravità, debolissima ma fondamentale per l’esistenza dell’Universo.

Universo di Planck

Planck, ci ha spiegato l’Universo delle particelle e delle loro dimensioni. La costante di Planck è il rapporto fra un quanto d energia e la sua frequenza. Cioè fra natura corpuscolare e ondulatoria della materia. La lunghezza di Planck, è un quanto di dimensione spaziale,al di la della quale non esiste più lo spazio, il tempo di Planck è il quanto di tempo che impiega la luce a percorrere la lunghezza di Planck, al di la non esiste più il tempo. La massa di Planck è il quanto di massa di una particella che ha la lunghezza d onda di Planck. La densità di Planck è la densità nello spazio di una lunghezza di Planck. L’Universo ha avuto origine da una singolarità che aveva densità lunghezza tempo di Planck.

Planck

Max, Ernst, Karl, Ludwig, Planck. Chi era costui? Era un tedesco del XIX secolo,che studiò e si laureò in fisica a Berlino. All’inizio del XX secolo, quando la fisica era ancora sconosciuta e degli atomi si sapeva poco o niente,ipotizza l’esistenza dei quanti. A quei tempi nessuno sapeva spiegare perché da un cosiddetto corpo nero, cioè una scatola annerita all’interno, con un buco d entrata di energia radiante, usciva energia a frequenze diverse proporzionali alla temperatura del corpo nero. A una temperatura corrisponde una determinata frequenza. All’aumento della temperatura del corpo nero, non aumenta l’intensità di frequenza, ma scatta una frequenza maggiore. Come se si salisse una scala, i cui gradini sono le frequenze. Da cui l’ipotesi dei quanti di energia di Planck. Che oggi è teoria affermata,detta meccanica quantistica.

Forze unificate

Gut, grandi teorie unificate, descrivono il Cosmo, progenitore del nostro Universo. Nel secolo XIX, Faraday e Maxwell, unificarono l’elettricità col magnetismo. Nel secolo successivo,che esistono quanti di energia, i fotoni, che interagiscono fra elettroni e protoni. 80 anni dopo si scoprono le particelle virtuali, dette bosoni W e Z. Che unificano I’elettromagnetismo con la radioattività dette poi forza elettrodebole. Ora si sta cercando al Cern di Ginevra col LHC, collisore di protoni, i bosoni Gluoni. che tengono insieme i quark al loro interno. E il bosone di Higgs madre di tutti i bosoni, che da energia e massa agli altri bosoni virtuali,e alle particelle stabili che fanno gli atomi e le stelle e galassie. Manca all’appello il bosone gravitone. Perché la forza di gravità è debolissima a livello di particelle, perciò non si riesce a individuarlo. Da cui la teoria unificata delle forze è di la da venire. Forse nel prossimo secolo.

Equivalenza

L’interazione fra corpi con massa, fa attrazione, detta gravità. La gravità genera una campo di forze sferico e infinito vettoriale, perché muove le masse attratte secondo linee di forza lineari dette vettori. La massa attratta oppone resistenza allo spostamento detta inerzia, sia la gravità, che una qualsiasi forza accelerante vincono l’inerzia. Da cui si deduce che la gravità e l’accelerazione sono equivalenti. Cioè la massa gravitazionale e la massa inerziale sono la stessa cosa. Se vai in ascensore sei schiacciato alla partenza come se subisci gravità, se si ferma sei più leggero per inerzia di moto. Che simula ridotta gravità.

Materia e massa

La massa è una grandezza fisica che permea la materia. Da alla materia la forza di gravità, che la assembla e la fa muovere nello spazio. La relatività ristretta che considera costante insuperabile la velocità della luce ci dice che un corpo che viaggia a velocità luce trasforma l’accelerazione in massa. L’energia atomica dice che dai pezzi dell’uranio fissile si ricavano isotopi con meno massa dell’uranio, da cui massa uguale energia sprigionata, che è immensa, centomila volte la combustione dei fossili, secondo formula e=mc². La massa quindi non coincide con la materia, ma è una componente di essa, forse data dall’interazione del bosone di Higgs.

Massa e Inerzia

L’inerzia è data da una massa su cui agisce una forza che cambia lo stato di quiete o di moto. Ma per osservarla ci vuole un sistema in quiete rispetto alla massa su cui agisce la forza che ne cambia l’inerzia. Ebbene ne il nostro pianeta, per rotazione e rivoluzione solare, ne il sole per rotazione e rivoluzione galattica,sono sistemi inerziali in quiete. Da cui si deduce che non si può misurare l’inerzia esattamente, da cui deriva che anche la massa identificata dall’inerzia non è misurabile esattamente.

Antimateria

L’antimateria è la stessa materia cambiata di segno elettromagnetico, protone negativo ed elettrone positivo. Dirac fisico matematico inglese degli anni 1930, sviluppando equazioni algebriche per l’elettrone, intuisce l’antielettrone, per esempio si può avere il numero 9, moltiplicando +3x+3=9, oppure -3x-3=9. Dirac da queste equazioni deduce che se esiste l’elettrone c’è l’antielettrone, che infatti fu scoperto quando si studiarono i raggi cosmici, in natura,e artificialmente negli acceleratori di particelle dove l’energia di scontro è convertita in particelle e antiparticelle, cioè elettroni e antielettroni, detti positroni, lo spettrometro ams, inviato sulla stazione spaziale iss, ci dirà se nel nostro universo ce l’antimateria, captando nella ionosfera a 300 km dalla superficie terrestre particelle di antielio, il che vuol dire che nell’universo ci sono stelle fatte di antidrogeno che si è fuso in antielio, che poi la stella esplosa ha mandato nello spazio raggi cosmici alla antielio, da una intuizione matematica avremmo così scoperto l’antimateria.

Raggi Cosmici

I raggi cosmici bombardano la terra con miliardi di radiazioni al secondo sono raggi e particelle. Da dove vengono non si ha certezza forse da pulsar, da buchi neri, da quasar, da galassie a getto di materia, un esempio di raggi cosmici sono quelli intercettati sotto scavi di montagne che filtrano raggi diversi. L’atmosfera e il magnetismo terrestre ci protegge da tali raggi cosmici, che sarebbero distruttivi per la vita biologica. Ai poli dove si concentra il magnetismo terrestre, i raggi cosmici si evidenziano con le aurore boreali.

Neutrini

I neutrini sconosciuti fino agli anni ’30, Furono individuati per la legge della conservazione dell’energia. Si apprese dai fisici, che I atomo radioattivo emetteva energia inferiore alla perdita della sua massa. Mancava qualcosa, che i fisici dell’epoca non capivano,fino a che il fisico Pauli, ipotizzò I esistenza di una particella nuova emessa dalla radioattività. Fermi la battezzò neutrino, perché non aveva carica elettrica, e si pensava non avesse massa. Ma con lo studio di queste particelle ci si è accorti che erano di tre tipi, dotati di massa crescente ma piccolissima, un milionesimo di quella dell’elettrone, non reagenti con altre forze escluse la gravità e la radioattività, sono chiamati neutrino elettronico, muonico, tauonico (elettroni massicci) da cui derivano.

Particelle subatomiche elementari

A parte il filosofo greco Democrito e Dalton fautori dell’atomismo, le particelle elementari componenti dell’atomo, furono individuate all’inizio del 1900. Cioè l’elettrone e il protone. Dopo 70 anni si ipotizzò l’esistenza di altre particelle dette quark, che erano le componenti dei protoni e dei neutroni detti barioni (pesanti). I quark di due tipi, detti su (up) e giù (down) formano i protoni e neutroni, e sono tenuti insieme dalla forza forte con la particella bosone detta gluone. Che nel nucleo atomico diventa mesone, entrambe fatte da due quark. Gli elettroni e i neutrini sono invece detti leptoni(leggeri) e sono particelle elementari senza quark. Ovviamente tutte le particelle hanno le corrispondenti antiparticelle e i quark sono sei, anche se bastano due per fare un protone.

Misure fisiche

La misura della forza è data dal Newton. Che è una forza che applicata al peso di un kilo massa gli imprime una accelerazione all’inerzia o al moto di un metro al secondo ogni secondo, detto secondo al quadrato, è l’unità di forza. Il sottomultiplo è il Dyn o, Dina, uguale a un centomillesimo di Newton. Forza che sposta un grammo-massa di un centimetro al secondo ogni secondo. Joule è unità di lavoro, forza per spostamento, uguale al lavoro effettuato se il kilo massa-peso, si sposta di un metro al secondo nella direzione della forza. Watt misura la potenza, cioè il lavoro in joule nell’unità di tempo. Cioè un joule al secondo, in un secondo un watt sposta un kilo di un metro, abbiamo in casa 3 kilowatt di energia elettrica cioè una potenza che in un secondo sposta 3 tonnellate di un metro, perciò, non meravigliatevi se mettendo le dita nelle prese elettriche prendete la scossa.

Spettroscopia

L’analisi dello spettro della luce, che è fatto dalla dispersione di un raggio di luce attraverso un prisma ci da la possibilità di capire di cosa sono fatte le stelle. Lo spettro divide la luce in colori, dal rosso all’arancione, al giallo, al verde, al blu, all’indaco. Cioè in un arcobaleno, il fenomeno dipende dall’energia degli elettroni degli atomi che sono presenti in una stella o in una nebulosa, se l’elettrone dell’atomo dell’elemento o del composto acquista energia, la sottrae alla luce. Che di conseguenza fa una riga nera sullo spettro. Se l’elettrone perde energia, emette luce e fa una riga luminosa colorata sullo spettro. Poiché ogni elemento o composto, ha una sua caratteristica di emissione o assorbimento di luce, si è stabilita la essenza delle stelle, delle galassie e delle nebulose. L’elio, elemento rarissimo nell’atmosfera della terra, per la sua leggerezza e inerzia a unirsi ad altri elementi, fu scoperto nel secolo XIX, appunto facendo lo spettro della luce solare.

Neutroni

Fino agli anni 1930, si pensava che l’atomo fosse composto da soli protoni ed elettroni. Ma la disparità fra il peso massa degli atomi e la carica elettrica, fece pensare che i protoni si mescolavano cogli elettroni, rendendoli neutri. Perché il protone ha carica positiva e l’elettrone negativa. Poi si è scoperto che bombardando con radioattività elementi ne usciva una radiazione non deviata da cariche elettrica, da cui si capisce che radiazione è una particella senza carica cioè neutra, da cui neutrone. Questa scoperta chiarifica la differenza fra numero di protoni, ed elettroni e disparità di peso degli elementi, il cui nucleo è quindi composto da protoni e neutroni, non da protoni ed elettroni soltanto. Tutto accade nell’anno 1932.

Neutroni seconda parte

I neutroni servono a stabilizzare il nucleo degli atomi. Fatto da protoni, che hanno carica negativa e per la legge di Coulomb elettrostatica tendono a respingersi, anche se fermati dal bosone mesone della forza nucleare forte, il neutrone impedisce la disgregazione del nucleo atomico. Fino a 82 protoni, al di là di questo numero gli atomi diventano instabili e perdono i neutroni in eccesso, emettendo energia detta radioattività. l’atomo emette nuclei di elio (2 protoni e 2 neutroni) detti raggi alfa, elettroni e antielettroni (positroni ) neutrini, e raggi gamma, tali fenomeni sono detti radioattività. Si creano cosi serie di isotopi radioattivi, come la serie dell’uranio, che genera il torio, il radio, il polonio, tutti radioattivi, finché si forma il piombo a 82 protoni stabile, non radioattivo. Gli isotopi radioattivi si creano artificialmente con neutroni, servono per bombe atomiche, plutonio, cobalto e cesio per cure antitumore, iodio per diagnosi mediche.

E=mc2

E=mc², m=E/c². Che vuol dire? Vuol dire che se un corpo materiale assorbe energia la sua massa aumenta per un fattore di E : (diviso) c² C² uguale a 300 mila moltiplicato 300 mila, un numero enorme, ma che sta al denominatore della divisione, per cui la massa materia acquista poca massa. Cioè per fare massa (particelle) occorre enorme energia. La particella più massiccia è la particella di Higgs, che l’LHC non è ancora capace di creare per mancanza di energia. Se però la massa perde energia, per esempio nella radioattività, oppure nella fissione atomica, da una piccola massa si produce una enorme energia, pari appunto a e=mc².

Meccanica celeste

La meccanica celeste è un settore della meccanica classica di Newton. Studia il moto dei corpi celesti (stelle,pianeti,satelliti compresi quelli artificiali,asteroidi e comete). Dalla meccanica classica sappiamo che la velocità di spostamento dei corpi celesti è proporzionale alla forza che li fa muovere, e, inversamente proporzionale alla massa che li compone. Da Galilei sappiamo che sia corpi piccoli che corpi massicci cadono al suolo nello stesso tempo. Perché appunto agisce una forza proporzionale alla massa. Che causa lo stesso effetto. Keplero nel 1600, osservando a occhio nudo il pianeta Marte, con calcoli matematici intuisce le leggi del moto dei pianeti. Newton li attribuisce alla forza di gravità. Moto riferito a uno spazio immobile e assoluto, che non esiste. Einstein riferisce il moto celeste alla distorsione dello spazio fatto dalla massa dei corpi, dice : la massa incurva lo spazio, e lo spazio incurvato fa muovere la massa. Ma quando i corpi celesti sono molteplici interagiscono in modo imprevedibile. Per via della reciproca attrazione oppure curvatura spaziale che li fa muovere. Nemmeno il più sofisticato computer riesce a dirimere la matassa dei caotici movimenti. Per cui dovremmo temere l’arrivo di un improvviso asteroide, del tipo di quello che ha sterminato i dinosauri 60 milioni di anni fa.

Etere cosmico

L’etere cosmico era una congettura ottocentesca, che voleva spiegare la propagazione della luce delle stelle. Si pensava che le vibrazioni dell’etere trasmettessero la luce. Così come il suono è trasmesso dall’aria. L’etere cosmico era concepito elastico, senza peso, permeante immobile l’intero universo, attraverso le sue vibrazioni in linea retta si propaga la luce. Anche dopo che il fisico Maxwell nella metà del 1800, elabora la teoria dell’interazione dei campi di forza elettrici e magnetici. Creando la teoria elettromagnetica. Si continuava a pensare che l’energia elettromagnetica metteva in vibrazione l’etere cosmico. All’inizio del 1900, due fisici premi Nobel, Michelson e Morley fecero esperimenti per rilevare l’etere cosmico. Utilizzando il movimento rotatorio e di rivoluzione della Terra, fecero esperimenti con fenomeni ottici di riflessione della luce delle stelle considerando lo spostamento rispetto all’etere della Terra. L’etere vibrando in avvicinamento e in allontanamento doveva accelerare o rallentare la luce. L’esperimento dimostrò che la luce aveva sempre la stessa velocità. Da questi esperimenti Einstein intuisce che l’etere non esiste. Che la luce si propaga nel vuoto a velocità costante e insuperabile. Da cui deduce l’equazione e=mc².

Costante

Costante è l’inverso di variabile è un tot minimo invariabile nel tempo di una grandezza fisica universale, sono caratteristiche di processi fisici di varia natura che non si ricavano per via teorica, ma solo sperimentale. Esempio: per considerare la velocità della luce, una costante dell’universo, Einstein dovette aspettare le esperienze di Michelson e Morley. Le costanti influenzano solo l’intensità, più o meno forte delle leggi fisiche. Sempre con l’esempio della velocità della luce, se non fosse costante il rapporto causa effetto spazio temporale sarebbe differente, avremmo altro spazio e altro tempo. Le principali costanti sono: la velocità luce la massa e carica degli elettroni e dei protoni, neutroni, il numero di molecole di Avogadro. C è però allo studio scientifico, una costante particolare dell’Universo. Detta di struttura fine, che mette tutto in discussione. Perché sembra variare nel tempo.

Quark e adroni

I quark sono le particelle elementari formatesi dall’energia dello scoppio del Big Bang. Assieme ad essi, si sono formati i gluoni. Che sono bosoni, cioè intermediari delle forze universali. I gluoni sono i bosoni dell’interazione nucleare forte. Assemblano i quark in protoni, detti adroni. Dopo millesimi di secondo dall’espansione della singolarità generatrice del Big Bang, la temperatura-energia subisce un calo, per cui i quark perdendo energia cinetica, sono assemblati dai gluoni. Cioè da una energia forte. Che li riunisce a tre, formando protoni e neutroni, detti adroni. nello stesso tempo si formano gli elettroni, il cui bosone è il fotone che li unisce alla forza elettromagnetica e agli adroni (protoni) si genera così l’idrogeno padre di tutti gli elementi, la forza nucleare forte si trasforma in bosoni mesoni, e tiene insieme i protoni, perché più forte della repulsione elettromagnetica di Coulomb, i neutroni stabilizzano il tutto bilanciando gli adroni dei nuclei degli elementi. Che a un certo punto di crescita si squilibrano. e per ridurli all’equilibrio interviene la forza nucleare detta debole. Cioè la radioattività, i bosoni dell’interazione sono stati scoperti e si chiamano W e Z.

Materia Oscura

Fino agli anni 80, gli astronomi credevano che la maggior parte della materia dell’universo fosse rappresentata da stelle e galassie luminose. Oggi però con l’osservazione da satelliti del movimento delle stelle nelle galassie, e dai movimento delle stesse galassie ci si è convinti che esiste una materia non luminosa dotata di gravità che non interagisce o debolmente interagisce con la materia delle stelle, eccetto per la gravità che fa muovere le stelle e le galassie. La materia oscura, attraverso l’effetto doppler e lo spostamento nel rosso dello spettro, e dal fatto che le stelle pur girando nei bracci delle galassie a gran velocità circa un milione di chilometri all’ora non subiscono la forza centrifuga, ma restano incollate alla galassia, ha dimostrato che dentro le galassie c’è materia oscura in grande quantità, anche il movimento delle galassie in ammassi e superammassi, si spiega solo con la materia oscura e la sua forza di gravità. Poiché la materia ordinaria,detta barionica cioè fatta di protoni e neutroni assemblata cogli elettroni, perciò luminosa è solo l’un per cento, la materia oscura è il 99 per cento. Non si sa di cosa sia fatta. Alcuni stanno studiando i neutrini e li includono quelli con piccola massa nella materia oscura, altri pensano a materia oscura chiamata Wimp. Acronimo inglese che significa particelle dotate di massa e gravita debolmente reagenti coi barioni.

Bosoni.

I Bosoni prendono il nome dal fisico indiano Bose. Che per primo li descrisse. Sono particelle virtuali dello stato quantico delle forze fondamentali della natura, cioè della forza elettromagnetica detti fotoni, della forza nucleare forte detti gluoni all’interno dei protoni e neutroni, che tengono insieme i tre quark che fanno i barioni (protoni e neutroni) detti anche adroni perché tenuti insieme da bosone forte detto mesone, che sta fra un protone e l’altro, impedendo che la stessa carica elettrica li allontani per repulsione di Coulomb, e faccia scoppiare gli atomi i deboloni, cioè i bosoni della forza nucleare debole dette radioattiva. Sono il W e Z, individuati al Cern negli anni80, che fece prendere il Nobel a Rubbia. In ipotesi ci sono i gravitoni, perché ancora nessuno li ha visti. Sono i bosoni della forza di gravita. La prima ad essere individuata da Newton, ma ancora in fase di studio. Quindi i bosoni possono essere concepiti come quanti indivisibili e minimi delle forze, che funzionano all’interno delle forze e ne permettono l’esistenza. Cioè sono i creatori dell’Universo. Al Cern LHC (largo collisore di adroni, protoni), stanno cercando il più ipotetico e sfuggente dei bosoni, il bosone di Higgs. Che dovrebbe dare massa all’energia quantica. Cioè forma le particelle dall’energia. Detto appunto particella di Dio. ancora da scoprire.

Neutrini e leggi della conservazione

Le leggi della conservazione stabiliscono l’invariabilità delle grandezze fisiche,durante le reazioni e trasformazioni della materia. Negli anni 30, dopo la scoperta della radioattività, che emetteva particelle e energia dal nucleo atomico,il conto non tornava. L’energia emessa, in forma cinetica delle particelle, non corrispondeva alla massa consumata. Dopo anni di riflessioni si ipotizzò l’esistenza di una nuova particella (Pauli) chiamata neutrino (Fermi). Che pareggiava il conto. Il neutrino fu infatti scoperto negli anni 50, con i reattori a fissione dell’Uranio. La rottura dell’atomo trasforma i neutroni in protoni, emettendo enorme numero di neutrini, che furono individuati. Anche nei raggi cosmici dal sole e dallo spazio furono individuati. La fusione nel nucleo solare,protone protone che trasforma l’idrogeno in elio, cioè 4 protoni in 2 protoni e 2 neutroni (elio) emette tantissimi neutrini. Ora poiché i neutrini sono pressoché senza massa e non reagiscono con la materia, in pochi secondi arrivano sulla Terra dal centro del Sole. Mentre i raggi gamma per arrivare da noi attraversando dal nucleo solare, gli strati del sole di raggio 600mila chilometri,impiegano si dice un milione di anni, per arrivare sotto forma di Luce e Calore, lo studio dei neutrini dovrebbe darci la situazione attuale del reattore di fusione solare. Ebbene i neutrini sono un terzo di quelli previsti. Ciò fa temere che il sole si stia spegnendo. E uscirà dalla sequenza principale delle stelle di Hertzsprung-Russell diventando una gigante rossa prima di 5 miliardi d’anni. Oppure fantasiosamente, che il Sole è già spento da migliaia d’anni, e a noi arriva l’ultima luce dei gamma. Oppure poiché i neutrini nel tragitto spaziale di 150 milioni di chilometri si trasformino in altri tipi non facilmente individuabili, il mistero resta aperto.

Teoria delle stringhe

La parola stringa vuol dire cordicella. Ma possono essere membrane o stringhe più grandi. Furono ipotizzate negli anni 60, dal fisico italiano Veneziano,per spiegare le particelle dette dette bosoni che emergevano dall’energia degli acceleratori di particelle assieme ad adroni. Da ciò ipotizzò che le particelle scaturivano da energie a dimensioni compatte e allungate che chiamò stringhe. Tali stringhe sono di diametro piccolissimo, miliardesimi di un protone, ma lunghissime, tanto da comprendere più universi. Dalla loro vibrazione scaturiscono particelle, forze e dimensioni. Tanto da formare Universi anche paralleli a dimensioni diverse. Erano previste arrotolate in esse 10 dimensioni, poi 11, poi 16, infine 26. A queste dimensioni sono associate le forze. La gravità, l’elettromagnetica, la nucleare forte e debole. Ma solo nel nostro universo. Da queste ipotesi associate a equazioni matematiche è scaturita la Teoria dell’unificazione del Tutto. Che vorrebbe assemblare la relatività con la meccanica quantistica. Cioè il Mondo è generato da una vibrazione di un a stringa.

Le particelle

Le particelle si dividono in reali (stabili) e virtuali (instabili). Le stabili che formano la Materia sono state scoperte dall’inizio del secolo scorso fino ad oggi, e sono ancora allo studio. Sono : i Quark, componenti dei protoni e neutroni, detti fermioni per mezzo spin (giro della particella su se stessa) Cioè per tornare alle stesse condizioni fisiche impiega 2 giri. I principali quark sono chiamati, su, giù, strano, hanno carica elettrica frazionata la cui somma algebrica fa uno oppure zero, esempio protone a tre quark ha carica intera, neutrone a tre quark carica zero. I protoni e i neutroni fatti di tre quark sono chiamati anche fermioni (mezzo spin) Barioni (pesanti), adroni (soggetti a forze nucleari forti). Le altre particelle sono gli elettroni, i primi ad essere scoperti. Detti anche Leptoni (leggeri) fermioni (mezzo spin) in compagnia di muoni e tauoni (elettroni pesanti) e neutrini, di tre specie, elettronico, muonico, tauonico. Infine ci sono i Bosoni, spin intero di massa variabile intermediari delle forze. Detti fotoni, gluoni, mesoni, pioni, deboloni W e Z, gravitoni. La materia oscura ha gli assioni e i gravitini. Il fotone dell’iperspazio si chiama Tachione (più veloce del fotone).

Sistema inerziale di riferimento

Esistono infiniti sistemi di riferimento inerziali, causa della effettiva mancanza di un sistema assoluto. Ma sono con approssimazione tutti equivalenti fra loro. Il sistema inerziale di riferimento serve per spiegare i fenomeni meccanici dinamici,che avvengono nel sistema. I sistemi di riferimento sono riferiti alla Terra, al Sole, alle stelle, alle galassie, all’Universo. In un sistema inerziale di riferimento, gli oggetti sono liberi di muoversi in uno spazio tempo a seconda dei principi della meccanica Newtoniana, primo, secondo, terzo. Il loro movimento se però è visto da altro sistema di riferimento in moto rispetto al primo o viceversa,cambia ma resta equivalente e valido comunque, il cambiamento del moto nello spazio tempo è reale non illusorio. Da ciò deriva la relatività ristretta che genera il paradosso dei gemelli. Che avendo la stessa età. Se uno parte con astronave a velocità luce e poi torna a Terra, trova il gemello invecchiato. Ciò è dovuto dal sistema inerziale terrestre fermo,rispetto all’astronave a velocità luce dove il tempo rallenta, perché visto da Terra, mentre per il gemello viaggiatore nulla è cambiato.

Orologi

Misurare il tempo con orologi oggi è facile. Eppure per migliaia di anni la specie umana ha avuto difficoltà. Ci si è rivolti all’ombra solare, poi all’acqua che scorre in gocce da un recipiente. Oppure da sabbia attraverso un buco. Solo dopo Galilei, che scopre l’isocronismo del tempo del pendolo, si fanno orologi basati sul pendolo. Lo sviluppo della meccanica sostituisce il pendolo col bilanciere alimentato da una molla. Quando poi si scopre che i cristalli di quarzo emettono frequenze isocrone, si misura il tempo con orologi al quarzo. La comprensione della materia e degli atomi ha fatto capire che le vibrazioni degli atomi sono costanti e quasi perpetue. Da cui orologi atomici, al cesio e all’idrogeno. Con errore di un secondo ogni 300 milioni di anni.

Definizione del tempo

Il Tempo è un periodo nel quale si divide la durata degli avvenimenti i quali fanno accadere qualcosa. Il tempo ato e il presente diventano il tempo futuro. Esso esprime la velocità del moto dei corpi dell’Universo quantificato da orologi. Ma non è assoluto, bensì varia a seconda di chi lo conteggia da lontano.

Equazioni di Hendrik Lorentz

Dopo l’esperimento fallito di Michelson-Morley per scoprire il moto della Terra rispetto all’ipotetico etere cosmico, attraverso riflessi di luce in apparecchi ottici, durante il movimento della Terra nella sua orbita, il fisico H. Lorentz, formula equazioni matematiche che quantificano le trasformazioni spazio-temporali, di onde elettromagnetiche, rispetto ad osservatori in sistemi inerziali diversi. Dopo di lui Einstein elaborò la teoria della relatività ristretta estendendo agli oggetti le equazioni di Lorentz. Da cui scaturisce che l’etere non esiste. La luce ha velocità costante e insuperabile, che ogni accelerazione aumenta la massa e contrae la lunghezza. Che l’osservatore esterno vede gli orologi rallentare, ossia il tempo rallenta. Cioè è stata formulata la teoria della relatività.

Cono di luce

All’inizio del secolo scorso, il professore di matematica di Einstein, il prof. Minkowski, elaborò una geometria quadridimensionale dello spazio-tempo. In un sistema di assi cartesiani, dove il tempo sta sull’ordinata (verticale) e lo spazio sull’ascissa (orizzontale) la luce viene rappresentata dalla diagonale a partire dal vertice degli assi ortogonali con angolo di 45 gradi, immaginando di ruotare il foglio attorno all’asse verticale del tempo, si ottiene un cono, col vertice in basso e base in alto. Poiché la velocità della luce è insuperabile (diagonale a 45 gradi) tutto il futuro spazio-temporale può essere immaginato dentro il cono al di sopra dell’ascissa. Il cono opposto immagina il tempo ato. Fuori dai coni si va in altri universi.

Lo spettro

La luce detta bianca,in realtà è un insieme di colori, o meglio di frequenze che attraverso un prisma può scomporsi in base a una certa lunghezza d onda in uno spettro di colori che va dal rosso, all’arancione giallo, al verde, al blu, all’indaco. Colori dell’arcobaleno. Lo spettro totale delle onde elettromagnetiche va dalle onde radio, alle microonde, agli infrarossi,alla luce,ai raggi ultravioletti,ai raggi x,ai gamma. Comunque ci si riferisce allo spettro della luce usando la spettroscopia, spettro fotografato e analizzatesi tengono in conto righe nere,assorbimento di energia elettromagnetica,dovuto a elementi interposti fra la sorgente di luce e l’osservatore. Poiché ogni elemento ha una sua caratteristica di assorbimento,espressa in righe nera, da esse si ricavano gli elementi delle stelle analizzate. Inoltre poiché per l’effetto doppler le stelle o le galassie che si allontanano hanno le righe nel colore rosso, e quelle che si avvicinano nel blu, con lo spettro si calcola l’allontanamento o l’avvicinamento delle galassie.

Il Campo

L’idea del campo che trasmette una forza attraverso lo spazio, venne a Newton, che concepì la forza gravitazionale che agisce a distanza senza contatti meccanici. Ma fu Faraday nel 1800 a intuire le linee di forza dei campi elettromagnetici,attraverso esperimenti coi magneti Poi formulati in equazioni matematiche da Maxwell. La definizione di campo è, una regione dello spazio,che risente in ogni punto di una grandezza fisica. I campi si dividono il scalari,espressi in valori numerici. Es. temperature e pressioni che sono quantificati in linee dette isoterme e isobare. E campi vettoriali che oltre al valore numerico hanno una direzione vettoriale espressa in frecce o vortici. Tali campi sono conservativi se soggetti sempre alla stessa forza,anche se con la distanza si attenua d intensità, es. il campo gravitazionale, e variabili se cambia nel tempo, ad es. il campo elettromagnetico che varia continuamente da elettrico a magnetico, nella propagazione dello spazio. La versione moderna dei campi è quantistica, dati da variazioni di energia quantica che genera particelle intermediarie delle forze e nello stesso tempo onde elettromagnetiche. Es. fotone particella quantica dell’onda elettromagnetica responsabile dello scambio d energia fra protoni ed elettroni, che si trasforma col fotone in onde radianti elettromagnetiche. Nello stesso modo l’elettrone si trasforma in onda in un campo quantistico.

Dossier per neutrini.

I neutrini, che dopo Gran Sasso, vanno di moda, furono ipotizzati dal fisico austriaco ebreo Pauli negli anni 30. Quando ancora non si conosceva il neutrone del nucleo. L’ipotesi dell’esistenza venne in mente al fisico Pauli, perché la radioattività, allora scoperta e studiata, non corrispondeva alla conservazione dell’energia, secondo legge fisica. Cioè gli elettroni emessi dalla radioattività avevano secondo calcoli meno energia cinetica del dovuto. La legge della conservazione energia e massa era violata. Nessun fisico di quei tempi era in grado di capire perché. Anzi si ipotizzò che per gli atomi e le particelle la legge della conservazione non fosse valida. Pauli, ipotizza l’esistenza di una particella che si forma mentre il nucleo radioattivo emette energia.. Nello stesso periodo per la differenza numero atomico dei protoni e peso, si scopre il neutrone, un protone senza carica elettrica. Allora Fermi chiama la particella di Pauli neutrino, simile al neutrone ma piccolissimo e senza carica. Poi si scopre che il neutrino si divide in tre, elettronico senza, massa, muonico, tauonico, con masse di milionesimi dell’elettrone. Praticamente senza massa. Perciò penetrante attraverso la materia, un muro di piombo spesso un anno luce, non lo ferma, il neutrino ipotizzato negli anni ’30, è stato scoperto negli anni dei reattori nucleari che lo emettono a miliardi. E soprattutto dopo il 1987, quando la stella esplosa, la supernova, nella grande Nube di Magellano, manda verso di noi dopo 160 mila anni luce, la luce della supernova preceduta da un impulso di neutrini, che dovrebbero confermare la superiore velocità dei neutrini, rispetto alla luce. Il che metterebbe in crisi la formula e=mc².

La relatività speciale, o, ristretta

È una teoria che riassume la meccanica classica, e I’elettromagnetismo tra sistemi di riferimento inerziali. Ristretta e speciale vuol dire appunto che si tiene conto di eventi tra sistemi inerziali,in quiete o in moto, senza accelerazioni, compresa quella di gravità. La meccanica classica su teorie di Galileo e Newton,supponeva che ogni azione tra corpi in sistemi di riferimento diversi era simultanea. Che lo spazio e il tempo fossero assoluti e riferiti ad un sistema di riferimento dato dalle stelle fisse. DA ciò la simultaneità degli eventi nello spazio e nel tempo. Ma quando Maxwell fa le equazioni matematiche delle onde elettromagnetiche riferite all’etere cosmico e alla velocità finita della propagazione, la simultaneità Newtoniana cade. IL dualismo,sempre ipotizzando l’etere cosmico, fu tentato dissoluzione, prima con l’esperimento di Michelson Morley, fallito. Poi con le equazioni di Lorentz, che sempre considerando l’etere esistente, introduce per la prima volta il concetto di relatività spazio temporale, riferito alla trasformazione degli strumenti di misura dell’etere cosmico. Da queste premesse Einstein deduce che l’etere non esiste. Che la velocità della luce è una costante fatta di campi elettromagnetici che si propagano nel vuoto. Che la velocità di propagazione è indipendente sia dal moto della sorgente che da quello dell’osservatore, e resta sempre costante. Che le leggi fisiche sono invariabili in tutti i sistemi di riferimento. Che lo spazio e il tempo non sono assoluti. Che a causa di una equazione matematica di relatività alla velocità della luce la lunghezza di un corpo in moto si accorcia, la sua massa aumentaci tempo si dilata. Siccome a un corpo in moto a velocità relativistica prossima a velocità luce, essendo la velocità insuperabile ad ogni energia acceleratrice corrisponde un aumento di massa, si deduce la formula e=mc².

Principio di indeterminazione

Nel mondo subatomico delle particelle, sembra che non può esserci il determinismo, secondo il quale ogni evento deve essere preceduto da un altro secondo il rapporto causa effetto, bensì vige la legge del Caso, complicata dal Caos. Il principio è fondato sul fatto che è impossibile osservare contemporaneamente il movimento e la posizione della particella osservata. Ciò per due postulati (verità ammesse), la dualità onda particella e la non località di essa. Il principio è la base della meccanica quantistica. Perché stabilisce che in una coppia di grandezze fisiche di una particella la misura precisa di una grandezza si fa solo a discapito della misura dell’altra. Da ciò l’indeterminazione che spiega l’effetto Tunnel delle particelle. La capacità di attraversare barriere di forza repulsiva teoricamente e deterministicamente impenetrabili. A causa del fatto che la particella non è un punto in movimento, ma per i postulati onda particella non località, diventa una nubecola che risponde solo al caso e così supera barriere che sembravano insuperabili. Ciò accade nella fusione dei protoni nel nucleo delle stelle. Che così superano la repulsione elettrica e si fanno assorbire dalla forza nucleare forte. Lo stesso principio ci rende ragione della comparsa dall’energia di particelle secondo I’equazione e=mc² , che sembra venire dal nulla.

Effetto Compton

Compton fisico americano,negli anni 20 studia il fenomeno quantistico fotoelettrico, teorizzato da Planck, spiegato in pratica,per lo studio del corpo nero, che emetteva radiazione in base alla temperatura sempre più energetica in scala di valori indipendenti dalla intensità radiante di una energia,ma in base a lunghezze d onda, da Einstein. Compton quantifica la perdita di energia dei raggi X e gamma, incidenti su un materiale, che vengono diffusi a maggiore lunghezza d onda e a minore energia. Tale energia è trasferita all’elettrone colpito,che acquista energia cinetica, che lo fa uscire dall’orbita fino ad espellerlo, creando l’effetto Compton fotoelettrico. Lo stesso Compton diede il nome ai quanti d energia elettromagnetica chiamandoli fotoni.

Centro di gravità

Il centro di gravità è il centro di un corpo in cui è concentrato tutto il suo peso. Detto baricentro. In un pianeta corrisponde al centro della sfera geoide media. Ma se come è quasi sempre il pianeta ha satelliti e ruota attorno a una stella, il centro di gravità diventa centro di massa, che determina l’orbita, il centro di massa determina l’orbita della stella attorno la galassia,della galassia attorno l’ammasso di galassie e cosi via. Tale centro di massa si trova in un punto sul segmento che congiunge gli astri in rotazione orbitale. Ed è posizionato a distanza inversamente proporzionale alle masse in rotazione.

La scoperta degli elementi

Gli elementi chimici sono costituiti da atomi dello stesso tipo. Cioè stesso numero di protoni,che corrisponde allo stesso numero di elettroni. Ciò li classifica secondo un numero atomico dato dai protoni corrispondenti agli elettroni, oltre che a un peso atomico dovuto ai neutroni. Secondo peso atomico sono ordinati in sette periodi schematici orizzontali, che si riordinano in gruppi orizzontali per il numero degli elettroni dell’ultima orbita atomica. Nella preistoria si scopre col fuoco il carbonio, lo zolfo, nell’epoca egizia, l’oro, l’argento, il mercurio, il rame, nell’epoca Assirobabilonese il ferro, nel medioevo arsenico,zinco. nell’epoca dei lumi cioè inizio 1800, si scopre l’idrogeno, l’azoto, l’ossigeno, fino all’uranio, con la scoperta dell’elettrochimica, il calcio, il potassio, il sodio, con la spettroscopia, e la radioattività, il gallio, il germanio, il fluoro, il polonio, il radio, con gli acceleratori di particelle, gli elementi artificiali transuranici. Che sono 18, portando a 110 gli elementi conosciuti.

Elettronvolt (prima parte)

L’elettronvolt, che ha per simbolo eV, è una misura dell’energia cinetica acquisita da un elettrone in un campo elettrico con differenza di potenziale di un volt. Per la formula e=mc², 1 energia cinetica può essere convertita in massa, dividendo l’energia per C2 velocità della luce al quadrato. Quindi si può usare l’elettronvolt per calcolare le piccole masse delle particelle subatomiche, per esempio il protone ha massa pari a un miliardo di eV, detto un GigaeV. L’elettrone un cinquecentomillesimo del protone pari a un cinquecentomillesimo di GigaeV, pari a un cinquecentesimo di MegaeV. Il neutrino che ha massa o,5 dell’elettrone sarebbe se i conti sono giusti un solo eV di massa. Mega vuol dire un milione, Giga un miliardo, Tera mille miliardi. Poiché l’elettrone si sposta sollecitato da una forza di campo vettoriale, produce un lavoro, la cui unità di misura è il Joule. L’elettronvolt espresso in Joule fa un centosessantamiliardesimi di miliardesimi di Joule, pochino vero?

Elettronvolt (seconda parte)

L’elettronvolt è una unità di misura dell’energia di movimento detta cinetica dell’elettrone, sottoposto a un campo elettrico costante che lo sposta con la differenza di potenziale di un volt, quindi è un lavoro (forza per spostamento). Il lavoro si misura in Joule. Forza di un Newton, che sposta un chilo di un metro al secondo nella direzione della forza. Ma tale misura per l’elettronvolt, scritto eV, è enorme. L’eV è decimiliardesimi di miliardesimi più piccolo del Joule. Per quantificarlo in pratica si usano multipli. Il chiloeV uguale a mille, iJ mega uguale a milione, il giga al miliardo, il tera a mille miliardi. Per la formula e=mc², che fa l’energia equivalente alla massa, si deduce che la massa si può calcolare in eV, con M=E/C2. Tale misura piccolissima si usa per calcolare la massa delle particelle subatomiche. Da cui viene che l’Elettrone ha massa 0,5 megaeV/c2, pari a circa miliardesimi di grammo massa. Il protone 2000 volte circa maggiore ha massa pari a un gigaeV.

Elettroni orbitali

Gli elettroni sono disposti attorno al nucleo dell’atomo, secondo quantità di energia cinetica. Sono distribuiti in orbite concentriche. Ad ogni orbita corrisponde una fissa energia cinetica dell’elettrone. Che è proporzionale alla distanza dal nucleo dell’atomo, ogni orbita ha un orientamento magnetico. Per il moto degli elettroni. Le coordinate delle orbite degli elettroni, sono stabilite da energia cinetica, orientamento magnetico, spin di rotazione dell’elettrone, orbita circolare o ellittica dell’elettrone attorno al nucleo, per queste coordinate sono possibili solo due orbite o circolari o ellittiche. Su ogni orbita possono muoversi solo due elettroni. Con spin inverso. I vari livelli di energia sono ordinati in numeri e lettere maiuscole, esempio : K, L, M, N, 0, P, Q. associati ai numeri da K in poi, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Poiché a ogni livello energetico ci sono due orbite, queste si indicano con lettere minuscole, s, p, d, f, per indicare le orbite. Esempio : per l’orbita del livello P uguale al numero 6, si può scrivere 6s. Con l’aumentare del numero atomico e quindi degli elettroni orbitali le orbite energetiche sono completate fino alla settima Q. Se si fornisce energia all’elettrone, sotto forma di radiazione fotonica, l’elettrone acquista energia, sbalza in orbita superiore, e ritorna nell’orbita naturale, emettendo energia, in forma di onde radio oppure luce, raggi x, raggi gamma. Se l’energia radiante supera la soglia della carica elettrica attrattiva, protone elettrone, L’elettrone viene espulso dall’atomo. Secondo teoria quantistica è impossibile determinare contemporaneamente velocità e posizione dell’elettrone nella sua orbita, perciò si fa uso degli orbitali. Cioè l’orbita dell’elettrone è statistica indeterminata solo probabile, mai certa.

Onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche, nascono da una sorgente d energia oscillante, che si propaga nello spazio. Si chiama radiazione elettromagnetica, le fonti di produzione naturali sono le stelle le pulsar e persino i buchi neri rotanti, che nell’ingoiare materia emettono raggi X e gamma. Le sorgenti artificiali, sono le candele, le lampadine, le antenne radio. Esse hanno una ampiezza che corrisponde all’altezza dell’onda, una lunghezza, una frequenza, un periodo, cioè il tempo di un onda completa, la frequenza è inversamente proporzionale alla lunghezza, perché nello stesso tempo ha più periodi se è più corta. Più l’onda ha corte lunghezze e alte frequenze possiede più energia quantistica, che genera fotoni più energetici, dalle onde radio, alle microonde, agli infrarossi, alle onde luce, agli ultravioletti, ai raggi X e Gamma. Mentre le onde radio si misurano a chilometri, metri centimetri, millimetri, la luce e i raggi superiori si misurano in Angstrom pari a dieci milionesimi di, millimetro, da cui il rosso ha 750 Angstrom di lunghezza d onda, e il blu 400. i Raggi X e Gamma un millesimo di Angstrom. Le onde elettromagnetiche sono soggette alle leggi dell’ottica, per riflessione, rifrazione, interferenza, diffrazione, la frequenza si misura in Hertz al secondo. Per le radio e la Tv si usano Mega e Gigahertz, pari a un milione e un miliardo di frequenze al secondo. Le onde elettromagnetiche sono connesse al movimento delle cariche elettriche cioè elettroni. Che muovendosi generano un campo elettrico simultaneo a un campo magnetico ad esso perpendicolare che si sposta a velocità della luce nello spazio nella direzione del moto delle cariche. Una vola creata l’onda elettromagnetica si propaga in modo autonomo in campi elettromagnetici collegati, La cui velocità della luce 299.792 Km al sec è costante, percorrendo grandi distanze spaziali di anni luce l’onda si allunga e cala di frequenza spostandosi prima nel rosso, poi nelle onde radio. L’esempio lo abbiamo con la radiazione di fondo universale, che partita da raggi Gamma è diventata microonda. Però la velocità essendo una costante non può variare e resta sempre la stessa. All’onda è associato il fotone, particella quantistica bosonica, che aumenta di energia con le onde ad alta frequenza e piccola lunghezza d onda, diventando pericoloso nei raggi UVA, X, Gamma.

Sistema periodico degli elementi.

È lo schema della classificazione degli elementi chimici. Ordinati in periodi, e, in gruppi, a seconda del peso atomico, del numero atomico, e della valenza. Nello schema i periodi sono sette e occupano caselle disposte in linee orizzontali. I gruppi sono sedici, divisi in otto A e otto B. Gli antichi greci conoscevano solo quattro elementi, terra, aria, acqua, fuoco, a cui si aggiunse l’etere quinta essenza aristotelica. Nel medioevo, gli alchimisti scopersero altri elementi, oltre allo stagno, al rame, al ferro, scoperti in epoca antica lo zolfo, l’argento, l’oro ma soprattutto il mercurio, con cui si cercò di trasmutare i metalli in oro. E con la pietra ottenuta detta filosofale, avere il potere della vita eterna, l’elisir di lunga vita all’inizio del 1700 l’alchimista scettico Boyle, si accorge che i composti non sono elementi. Dopo di lui il chimico inglese Cavendish scinde per la prima volta l’acqua, in idrogeno e ossigeno. Il chimico Lavoisier, prima di essere ghigliottinato scompone l’aria in ossigeno e azoto. Gli elementi antichi furono sostituiti da trentatré elementi. Il chimico Proust, studiando i gas, stabilisce che i composti si assemblano secondo proporzioni numeriche definite. Dalton chimico inglese, dalle proporzioni definite stabilisce l’esistenza degli atomi, secondo le ipotesi dell’antica Grecia di Leucippo, e Democrito. Ma i conti di proporzione non erano esatti. Il chimico italiano Avogadro, stabilisce che volumi uguali di gas a parità di temperatura e pressione contengono sempre lo stesso numero di particelle, che chiama molecole. Da ciò il chimico siciliano Cannizzaro, introduce nella chimica la molecola, che compone alcuni elementi. Da ciò si stabilisce il giusto peso atomico degli elementi. Il fatto fu ufficialmente stabilito al congresso di Karlsruhe in Germania, nel 1860. In questo tempo gli elementi conosciuti erano più di cinquanta. Ma ben presto con l’elettrolisi, e la scomposizione di composti divennero più numerosi. Il caos degli elementi doveva essere ordinato. Molti si ingegnarono a farlo. Ma fra i più furono il tedesco Meyer e il russo Mendeleev. Entrambi capirono che gli elementi si potevano raggruppare oltre che per il peso atomico, sopratutto per le proprietà chimiche simili fra loro. Mendeleev più abituato al lavoro per primo pubblicò la tavola periodica degli elementi. Da cui oggi ha il nome. Mendeleev ebbe una intuizione, perché a quell’epoca non si conosceva niente dell’atomo e della valenza. Che fu scoperta in seguito

attraverso i raggi X. Cioè si scoperse che il nucleo dell’atomo aveva protoni con carica positiva a cui corrispondevano altrettanti elettroni orbitali a carica negativa. Per fare l’atomo neutro. E sia il nucleo di protoni che la nuvola di elettroni determinavano le proprietà chimiche dell’atomo, cioè la valenza, la proprietà di legarsi ad altri atomi per fare composti. Da ciò il peso atomico viene sostituito dal numero di protoni del nucleo, detto numero atomico, corrispondente agli elettroni orbitali ad atomo neutro. Ora sappiamo che le proprietà degli elementi derivano dagli elettroni di valenza. Che stanno nell’orbita esterna dell’atomo, a seconda del livello d energia quantistica. Dalla valenza esce la proprietà simile degli elementi, che dipende dalle orbite elettroniche, divise in sette periodi orizzontali dello schema che terminano in elementi a due elettroni orbitali esterni stabili come l’elio, che si ripete con la regola dell’ottetto che ha configurazione simile ma messi in gruppi verticali. Come appunto l’elio, Neon, Argo, Cripto, Xeno, Rado, che sono gas inerti, ma che iniziano ognuno un periodo nuovo. Esempio l’elio inizia il periodo del Litio, che sta nel gruppo dell’idrogeno, per aver nell’orbita esterna un elettrone come l’idrogeno. Così fa il sodio 11, dopo il neon 10. E cosi via. Nello schema si mettono insieme le cosiddette terre rare, Lantanidi, perché sono a valenza uguale. Gli Attinidi perché radioattivi naturali e artificiali fino all’elemento a 110 protoni e altrettanti elettroni.

Grandezza fisica

Una grandezza fisica è un qualunque fenomeno od oggetto percepito dai nostri sensi, che può essere misurato secondo una misura numerica che deriva dal confronto fra grandezze omogenee. La grandezza fisica si stabilisce con criterio di omogeneità confrontabile. Un esempio semplice può essere la velocità, grandezza data dal rapporto fra spazio e tempo, omogenee e collegate insieme, quindi confrontabili. Da cui l’unità di misura della velocità è data dal rapporto lunghezza,distanza, percorsa nell’unità di tempo, misurata in chilometri all’ora o se grande come la velocità della luce Km al secondo. Altro esempio la forza che deriva dal rapporto fra massa e sua accelerazione, misurata in Newton, un chilomassa spostato di un metro al secondo quadro. Il lavoro, derivato dal rapporto fra forza in Newton, che sposta un corpo di un metro nella direzione della forza misurata in Joule. La potenza lavoro nell’unità di tempo, in Watt. IL volt, che mette in relazione potenza elettrica, data dalla differenza di potenziale fra due punti di un circuito e l’intensità della corrente. Le grandezze principali sono ordinate in sette classi e rispettive unità di misura e cioè : Lunghezza, metro. Massa, Kg, Tempo, secondo. Corrente, ampere. Temperatura assoluta, kelvin, luminosità, candela. Sostanza, mole. A queste sette grandezze corrispondono grandezze derivate di cui elenco alcune : frequenza, forza,pressione,lavoro, potenza, carica elettrica, radioattività, volume, accelerazione, entropia…ecc..

Telescopi

La luce delle stelle molto lontane, non è percepibile dall’occhio umano. La nostra pupilla al massimo della midriasi, è mezzo centimetro, o poco più. La luce catturata dall’occhio è quindi poca. Con i cannocchiali e poi coi telescopi la luce dell’obbiettivo che corrisponde alla nostra pupilla, è enormemente maggiore. La luce catturata dall’obbiettivo, è poi focalizzata, come nell’occhio sulla retina, in un sistema ottico, detto oculare, che ingrandisce e mette a fuoco l’immagine. I cannocchiali e i telescopi rifrattori, usano lenti diottriche che mettono a fuoco l’immagine con rotelle focheggiatrici, o con manopole nei telescopi. I rifrattori sono stati i primi ad essere usati. Hanno obbiettivi fatti da da lenti convergenti, mono o biconvesse, e lenti mono e biconcave. La luce viene focalizzata e l’immagine ingrandita. Il fuoco dei raggi, unico o duplice, è variabile a seconda dei sistemi ottici. Le lenti comunque non possono superare una certa grandezza, Massimo un metro. Inoltre subiscono il cromatismo detto aberrazione, cioè l’effetto rifrazione dei colori delle frequenze luce, anche se ridotto da tecniche costruttive. Perciò si usano per osservare il cielo i telescopi a riflessione. Che raccolgono luce in uno specchio nel fondo del tubo ottico, la inviano all’oculare tramite specchio, posto a distanza focale, che manda luce all’oculare per 1 osservazione e l’ingrandimento. I telescopi così fatti sono del tipo Newton, Cassegrain, Schmidt e altri. La differenza sta nel tipo di specchio focale, e nella posizione dell’oculare, laterale nel Newton, posteriore negli altri. Lo Schmidt ha davanti una lastra ottica per aberrazioni è adatto per fotografie celesti. Ma i telescopi non sono solo ottici. Ma telescopi a radiofrequenze, per le Pulsar, che sono enormi parabole tipo quelle della televisione, telescopi all’infrarosso, a raggi X a raggi Gamma, che stanno in satelliti attorno alla Terra fuori dall’atmosfera, che li bloccherebbe. Ci sono infine telescopi sotterranei, per l’osservazione del Sole, e per captare gli sfuggenti neutrini. Per questi si deve andare dentro miniere profonde, o sotto gallerie di montagne, come il Gran Sasso. Usare invece di lenti o specchi, vasche enormi di oli speciale o tetracloroetilene, che essendo fatti di grandissima quantità di atomi, hanno la probabilità una su un miliardo di intercettare un neutrino, che fa un lampo di luce, e viene fotografato da rivelatori associati. Ci sono anche telescopi gravitazionali, che cercano di intercettare attraverso minime torsioni di masse i famosi gravitoni, bosoni della forza di gravità, simili ai fotoni elettromagnetici.

Ma finora mai nessuno li ha visti.

Densità dell’Universo

La densità è una grandezza fisica dell’Universo. Che esprime la quantità di massa nell’unità di volume di una sostanza. Se la sostanza è solida, la densità è definita dal rapporto fra massa del corpo e il suo volume. Esempio semplice, a parità di volume il legno pesa meno del ferro, perché ha meno massa del ferro. l’unità di misura della densità è il chilo (Kg.) a metro cubo. Per l’Astrofisica è utile il concetto di densità relativa. Che è il rapporto tra la densità assoluta di un corpo, e la relativa densità dell’acqua. La densità relative dell’acqua, viene calcolata nell’uso pratico dal Kg. a litro. Pari al Kg. a decimetro cubo, tale densità è il paragone della densità dell’Universo, pari a 5x10 alla meno 27. Cioè un miliardesimo di miliardesimo,di miliardesimo di Kg. per volume di metro cubo di spazio-tempo. Cioè una inezia di densità. Per cui se è vero che l’Universo è in bilico fra espansione infrenabile, e collasso inevitabile, cioè un universo piatto, si deve per forza concepire che ci sia una materia gravitazionale esotica sconosciuta che determina una densità media critica che impedisce all’Universo di dissolversi nel nulla. Tale materia è detta materia oscura ancora da scoprire.

Pressione

La pressione è una grandezza fisica che esprime il rapporto tra una forza che si esercita sull’unità di superficie in modo perpendicolare ad essa. La sua misura è il Bar, forza di pressione di una atmosfera, equivalente a una colonna di mercurio di un centimetro quadrato, posta su una vasca, che a 760 millimetri si equilibra con la colonna d’aria dell’atmosfera. La misura è anche espressa in pascal, pari a un centomillesimo di Bar. Il pascal è la forza di un newton su un metro quadro di superficie. Appunto per fare un Bar occorrono 100 mila pascal. La pressione delle stelle massicce in collasso gravitazionale è considerata bilioni di Bar. La pressione del vento solare, fatta di fotoni, protoni, elettroni, muoni, mesoni, si esercita sulle comete, orientando la coda in direzione opposta all’attrazione gravitazionale del Sole, sia in avvicinamento che in allontanamento.

Scale termometriche

Nel 1700 il fisico tedesco Fahrenheit inventa una misura delle temperature. Usa ghiaccio e sale al cui scioglimento da la temperatura di 32 gradi, e all’ebollizione dell’acqua 212 gradi, è una scala di 180 gradi, ancora usata. La divisione in 180 gradi ne fa misure senza tanti decimali, circa 50 anni dopo l’astronomo svedese Celsius utilizza il punto di congelamento dell’acqua e quello di ebollizione che in seguito furono stabiliti Zero congelamento e 100 ebollizione, ne risulta una scala centigrada, più pratica anche se meno precisa. Circa un secolo dopo il fisico irlandese Kelvin determinando le temperature della termodinamica stabilisce lo zero assoluto a meno 273 gradi k. Da cui parte la scala fino a valori di miliardi di gradi k. Lo zero assoluto riguarda l’immobilità di tutte le particelle cosmiche. Infatti la scala è usata per le temperature degli astri e dell’Universo. Comunque il grado kelvin coincide col grado Celsius. Cioè la differenza di temperatura è la stessa. Misurata fra lo zero assoluto e il cosiddetto punto triplo dell’acqua. Punto di tre fasi, solido, liquido e gassoso, che però cambia con gli isotopi. Esempio l’acqua pesante è deuterio e ossigeno, ha punto triplo diverso dall’acqua normale. Per are da una scala all’altra ci sono formule matematiche. Che in sostanza dicono così: Un grado Celsius diventa fahrenheit con +32 x5/9. un Celsius diventa kelvin aggiungendo 273,15, un Fahrenheit diventa un kelvin con +459,67 diviso 1,8. E viceversa cambiando i segni.

Gut, grande teoria unificata

Noi viviamo in un Universo fatto di quattro forze. Forza di gravità, forza elettromagnetica, forza nucleare debole (radioattività), forza nucleare forte (che tiene insieme protoni e neutroni nel nucleo atomico). Queste quattro forze agiscono rispettivamente attraverso mediatori fatti di particelle dette Bosoni. Che sono : gravitoni, fotoni, W e Z, Gluoni. Ciò costituisce l’elettrodinamica quantistica, e la cromodinamica quantistica, pervia della comparsa di tali bosoni a certi livelli d energia. La GUT e la successiva Teoria del Tutto, che prende in esame la forza di gravità, derivano dal successo del 1983 al Cern di Ginevra (premio Nobel Rubbia) della scoperta dei bosoni W e Z della forza nucleare debole, che mediava coi fotoni della forza elettromagnetica creando unificazione delle due forze in una detta Teoria elettrodebole. Tale scoperta fu fatta ad energie di circa migliaia di Gigaelettronvolt. Da ciò nacque la Teoria che le forze all’atto del Big Bang erano unificate in una sola. Che all’abbassarsi dell’energia si sono suddivise in quattro. Ma per evidenziare la teoria con la forza nucleare forte, non si riuscirà mai a creare un acceleratore di particelle che dia l’energia quadrupla dei bosoni W e Z, per separare i quark dai gluoni. Similmente il bosone gravitone è talmente sfuggente e inafferrabile che resta solo in ipotesi. Da cui sia il Gut, che la Teoria del Tutto per ora sono di la da venire, ma è certo che verranno.