Archivi tag: relatività speciale

Loop vs stringa: due facce della stessa medaglia?

Sono passati circa 80 anni da quando gli scienziati si sono resi conto della difficoltà di conciliare la teoria della gravità con la meccanica quantistica e questo tentativo rimane ancora incompiuto. Tuttavia, da qualche decade i fisici hanno provato ad aggirare il problema proponendo due formulazioni ben distinte, e cioè la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop, che sono considerate ampiamente incompatibili dai rispettivi sostenitori. Oggi, però, alcuni scienziati affermano che l’unica strada da perseguire è quella di unire gli sforzi poichè i due modelli matematici, forse i migliori candidati per una “teoria del tutto”, potrebbero essere in definitiva due facce della stessa medaglia. Continua a leggere Loop vs stringa: due facce della stessa medaglia?

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Effetto tunnel quantistico su scale dell’attosecondo

Un gruppo internazionale di scienziati che lavorano nel campo della fisica “ultra veloce” ritiene di aver risolto un mistero della meccanica quantistica. I risultati di questo studio, pubblicati su Nature Physics, suggeriscono che l’effetto tunnel quantistico è in realtà un processo istantaneo.  Continua a leggere Effetto tunnel quantistico su scale dell’attosecondo

Il tour della relatività: celebrando i 100 anni della teoria di Einstein

Il 2015 segna un anniversario importante nella storia della fisica: stiamo parlando dei 100 anni della teoria della relatività generale di Albert Einstein (pubblicata il 25 Novembre 1915) che permise di ridefinire nuovi concetti di spazio, tempo e gravità. Continua a leggere Il tour della relatività: celebrando i 100 anni della teoria di Einstein

Gargantua, il primo buco nero più ‘realistico’ del grande schermo

Si tratta di una simulazione senza precedenti, quella concepita da uno degli esperti più rinomati nel campo dei buchi neri, che sarà protagonista del film Interstellar, un epico viaggio nello spazio scritto e diretto da Christopher Nolan, in uscita nelle sale il prossimo 7 Novembre. L’oggetto sembra ruotare quasi alla velocità della luce, trascinandosi con sè lo spaziotempo a causa della sua intensa attrazione gravitazionale. Una volta era una stella ma invece di dissolversi o esplodere è collassata sotto l’effetto della gravità in un ‘punto’ che gli astronomi chiamano singolarità.

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La NASA si prepara a verificare gli effetti del volo spaziale su due gemelli speciali

La NASA si sta preparando a verificare sul campo, o meglio nello spazio, il famoso paradosso dei gemelli previsto dalla teoria della relatività speciale. Gli astronauti Scott Kelly ed il suo gemello Mark, attualmente in pensione, saranno “prestati” all’agenzia spaziale americana per un esperimento che avrà lo scopo di esplorare gli effetti del volo spaziale a lungo termine sul corpo umano. La missione avrà inizio il prossimo mese di Marzo 2015 quando Scott si unirà al cosmonauta russo Mikhail Kornienko nella Stazione Spaziale Internazionale. Scott, che rappresenta il “gemello di prova”, orbiterà attorno alla Terra alla velocità di quasi 28.000 Km/h per un anno mentre Mark, il “gemello di controllo”, rimarrà sulla Terra. Naturalmente, lo scopo dell’esperimento non sarà quello di vedere ad occhio gli effetti previsti dalla relatività speciale sullo scorrere del tempo, dato che la stazione spaziale dovrebbe orbitare con una velocità relativistica, bensì saranno studiati altri fenomeni che riguarderanno la genetica, la biochimica, le scienze cognitive e altre fenomenologie associate al corpo umano ed in particolare al caso dei gemelli.

NASA: NASA to Conduct Unprecedented Twin Experiment

 

La ricerca di esopianeti con la relatività speciale

La ricerca di nuovi mondi rappresenta una sfida significativa perché stiamo parlando di oggetti molto piccoli, deboli, e vicini alle loro stelle. Le due tecniche più promettenti utilizzano il metodo della velocità radiale, che si basa sull’oscillazione delle stelle,  ed il metodo del transito, quando i pianeti passano davanti alla stella ospite determinando una diminuzione della luminosità. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Tel Aviv e dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hanno scoperto di recente un pianeta extrasolare grazie ad un nuovo metodo che si basa sulla teoria della relatività speciale di Einstein. “Siamo alla ricerca di effetti molto piccoli. Avevamo bisogno di misure estremamente precise della luminosità stellare al livello di poche parti per milione“, spiega David Latham del CfA. “Ciò è stato possibile grazie alla qualità dei dati di Kepler“, aggiunge l’autore Simchon Faigler dell’Università di Tel Aviv. Sebbene Kepler sia stato progettato per trovare pianeti con il metodo del transito, Kepler-76b è stato scoperto utilizzando una tecnica proposta per la prima volta nel 2003 da Avi Loeb del CfA e dal suo collega Scott Gaudi dell’Ohio State University. Il nuovo metodo si basa su tre effetti molto deboli da misurare che si verificano contemporaneamente quando un pianeta orbita attorno alla stella. L’effetto di beaming” relativistico causa un aumento di luminosità quando la stella si muove verso l’osservatore, soggetta alla gravità del pianeta, e viceversa quando si allontana. “Si tratta della prima volta che questo aspetto della teoria della relatività di Einstein viene utilizzato per rivelare un pianeta“, spiega Tsevi Mazeh dell’Università di Tel Aviv. Inoltre, i ricercatori hanno analizzato la forma allungata che la stella assume a causa delle forze di marea dovute al pianeta in questione. In altre parole, la stella appare più luminosa quando la osserviamo di lato, a causa della maggiore superficie visibile, e più debole quando il pianeta la attraversa. Il terzo effetto è dovuto alla luce stellare riflessa dal pianeta stesso.

Una volta identificato, il pianeta è stato poi confermato da Latham mediante una serie di misure della velocità radiale grazie allo spettrografo TRES presso il Whipple Observatory in Arizona, e da Lev Tal-Or utilizzando lo spettrografo SOPHIE presso l’Osservatorio Haute-Provence in Francia. Kepler ha anche mostrato che il pianeta transita davanti alla sua stella, il che fornisce una ulteriore conferma della sua scoperta. Il cosiddetto “pianeta di Einstein” è un Giove caldo che orbita intorno alla sua stella ogni 1,5 giorni. La sua dimensione è circa il 25% più grande rispetto a Giove e pesa il doppio. Esso orbita intorno a una stella di classe spettrale F che si trova a circa 2.000 anni luce dalla Terra, nella costellazione del Cigno. Inoltre, il pianeta ha un moto di rivoluzione sincrono, cioè mostra sempre lo stesso lato alla stella, proprio come nel caso della Luna con la Terra, e la sua temperatura superficiale raggiunge circa 2.000 gradi Celsius. È interessante notare che gli astronomi hanno trovato una forte evidenza relativa alla presenza di getti di calore che si diffonde tutt’intorno sulla superficie. Di conseguenza, il punto più caldo di Kepler-76b non corrisponde al punto substellare, ma si trova a circa 15 mila chilometri. Questo effetto è stato osservato solo una volta, nel caso di HD 189733b, e solo in luce infrarossa con il telescopio spaziale Spitzer. Nonostante questo metodo non sia adeguato per la ricerca di nuove terre, esso comunque offre agli astronomi un’occasione unica perchè da un lato non richiede spettri di alta precisione e dall’altro non richiede un allineamento perfetto del pianeta con la stella ospite.

CfA: New Method of Finding Planets Scores its First Discovery
TAU: TAU team takes part in discovering new planet
arXiv: BEER analysis of Kepler and CoRoT light curves: I. Discovery of Kepler-76b: A hot Jupiter with evidence for superrotation

La varianza quantistica della velocità della luce

A scuola ci insegnano che la velocità della luce è una grandezza fisica costante e, come sappiamo tutti, il suo valore è di quasi 300.000 Km/sec. Lo stesso Einstein fondò i principi della relatività speciale assumendo come postulato fondamentale l’invarianza della velocità della luce. Oggi, però, alcuni fisici teorici stanno studiando la possibilità che questo limite invalicabile possa essere superato come conseguenza della natura quantistica dello spazio vuoto (post).

La definizione della velocità della luce trova diverse applicazioni nel campo dell’astrofisica e della cosmologia perché, di fatto, si assume che la luce abbia una velocità costante nel tempo. Ad esempio, si parla della velocità della luce quando si eseguono le misure della costante di struttura fine che definisce l’intensità della forza elettromagnetica. Dunque, la variazione della velocità della luce potrebbe avere delle implicazioni importanti sui legami molecolari e sulla densità nucleare della materia. Inoltre, il fatto di avere la velocità della luce variabile nel tempo potrebbe incidere sulle stime della dimensione del nostro Universo. Tutto ciò non implica che un giorno potremmo viaggiare con una velocità superiore a quella della luce poiché gli effetti della teoria della relatività speciale sono una conseguenza della stessa velocità della luce. Il problema che si sono posti i teorici è quello di capire se è possibile misurare, in qualche modo, la velocità della luce partendo dalle proprietà quantistiche dello spazio vuoto. Da qui sono partiti due gruppi di ricercatori che nonostante propongano meccanismi differenti, essi arrivano alla stessa conclusione e cioè che la velocità della luce potrebbe non essere costante nel tempo se vengono modificate alcune assunzioni di base relative al modo con cui le particelle elementari interagiscono con la radiazione. In altre parole, si parte dal presupposto secondo cui lo spazio quantistico non è completamente vuoto ma è riempito di una sorta di “zuppa di particelle virtuali” che improvvisamente appaiono e scompaiono in una piccolissima frazione di secondo.

Nel primo articolo, Marcel Urban dell’Université du Paris-Sud analizza la natura dello spazio vuoto. Le leggi della meccanica quantistica, che descrivono il mondo degli atomi e delle particelle subatomiche, affermano che lo spazio vuoto è popolato di particelle fondamentali, come i quark, chiamate particelle virtuali. Queste particelle elusive, che emergono sempre in coppia con le loro antiparticelle, appaiono e scompaiono quasi immediatamente in un continuo processo di annichilazione tra materia e antimateria. Man mano che attraversano lo spazio, i fotoni, che costituiscono la radiazione, vengono catturati e riemessi dalle particelle virtuali. Urban ed il suo gruppo propongono che le energie delle particelle virtuali, più precisamente la quantità di carica che esse trasportano, possono modificare la velocità della luce. Dato che la quantità di energia che ogni particella virtuale possiede quando interagisce con il fotone è sostanzialmente casuale, questo effetto che si ha sul modo con cui i fotoni si muovono può altresì variare. Di conseguenza, il tempo che la luce impiega per attraversare una certa distanza varierà con la radice quadrata della distanza percorsa sebbene l’effetto sia molto piccolo, cioè dell’ordine di 0,005 femtosecondi per ogni metro quadrato di spazio vuoto (1 femtosecondo=1 milionesimo di miliardesimo di secondo). Ora, per osservare questa minuscola fluttuazione, occorre misurare il modo con cui la luce viene dispersa su distanze molto grandi. Alcuni fenomeni astronomici, come ad esempio i gamma-ray burst, producono degli impulsi energetici di radiazione elettromagnetica che arrivano sulla Terra dopo aver viaggiato per alcuni miliardi di anni-luce. Trovandosi ad enormi distanze cosmologiche, questi lampi di raggi-gamma potrebbero essere ottimi laboratori astrofisici per misurare questo piccolissimo intervallo di tempo. Una tecnica alternativa si basa, invece, sull’utilizzo di un fascio laser che rimbalza varie volte su una serie di specchi, ognuno separati da una distanza di circa 100 metri, allo scopo di determinare una impercettibile variazione della velocità della luce.

Nel secondo articolo, gli autori propongono un meccanismo differente che però porta alla stessa conclusione e cioè che la velocità della luce potrebbe variare nel tempo. Gerd Leuchs e Luis Sánchez-Soto del Max Planck Institute for the Physics of Light in Erlangen partono dal presupposto che la luce è caratterizzata da tutto l’insieme delle specie che compongono le particelle elementari. Gli autori calcolano che ci dovrebbero essere almeno 100 “specie” di particelle che possiedono una carica. Ma il modello standard delle particelle elementari ne identifica molto meno: l’elettrone, il muone, il taone, sei tipi di quark, il fotone ed il bosone W. Esiste una grandezza fisica, chiamata impedenza del vuoto, che dipende dalla permittività elettrica del vuoto, cioè dalla capacità di resistere ai campi elettrici, e dalla sua permeabilità magnetica del vuoto, cioè dalla capacità di resistere ai campi magnetici. Sappiamo che le onde luminose sono costituite sia dai campi elettrici che dai campi magnetici, perciò se modifichiamo la permittività e la permeabilità del vuoto dovute alle particelle virtuali, si potrà misurare una variazione della velocità della luce. In questo modello, l’impedenza del vuoto, che dovrebbe accelerare o rallentare la velocità della luce, dipende dalla densità delle particelle virtuali.

I due gruppi affermano entrambi che la luce interagisce con le coppie virtuali particelle-antiparticelle. Ma alcuni scienziati, come il fisico delle particelle Jay Wacker, rimangono scettici. Wacher non è convinto delle tecniche matematiche che sono state utilizzate dai due gruppi, non solo ma crede anche che esse non siano state applicate nel modo adeguato perciò una tecnica migliore potrebbe essere quella che fa uso dei cosiddetti diagrammi di Feynman. In più, se è vero che esistono molte altre particelle rispetto a quelle già note del modello standard allora la teoria necessita seriamente una revisione. Dobbiamo dire, però, che finora le previsioni del modello standard sono state precise, vedasi in particolare con la scoperta del bosone scalare (post). Certamente, questo non vuol dire che non esistono in natura altre particelle ma se ci sono con ogni probabilità si devono trovare a valori più elevati di energia che sono al momento al di fuori dei limiti strumentali raggiunti dagli acceleratori di particelle ed è quindi possibile che i loro effetti si mostrino altrove. Insomma, al momento non ci sono verifiche sperimentali che supportino queste idee che senza dubbio rimangono molto interessanti dato che potrebbero avere delle serie implicazioni sulle attuali teorie fisiche. Sarei stato curioso di sentire il parere di Einstein in merito.

arXiv (1° articolo): The quantum vacuum as the origin of the speed of light 
arXiv (2° articolo): A sum rule for charged elementary particles

Un test per verificare l’equivalenza massa-energia nello spazio

Lo scienziato russo Andrei Lebed dell’Università dell’Arizona ha sorpreso la comunità dei fisici presentando una idea alquanto sorprendente che deve essere ancora verificata sperimentalmente: la famosa formula di Einstein dell’equivalenza massa-energia, E = mc2, potrebbe variare in funzione della posizione dell’osservatore nello spazio.

Per quanto triste a dirsi, la storia ci ha comunque insegnato che le esplosioni delle bombe atomiche hanno permesso di verificare uno dei più importanti principi della fisica: energia e massa sono la stessa cosa e possono essere convertite l’una nell’altra. Ciò fu dimostrato da Albert Einstein nella teoria della relatività speciale ed espresso nell’ormai famosa equazione dell’equivalenza massa-energia, E = mc2, dove “E” indica l’energia, “m” la massa e “c” la velocità della luce. Nonostante i fisici abbiano validato l’equazione di Einstein grazie ad una serie di numerose verifiche sperimentali, utilizzando persino i cellulari e i sistemi di navigazione GPS, Andrei Lebed è convinto che la relazione di equivalenza massa-energia potrebbe dipendere dalla posizione in cui ci troviamo nello spazio. L’idea che sta alla base del suo pensiero parte dal concetto stesso di massa. Secondo le nozioni attuali, non c’è alcuna differenza tra la massa inerziale e quella gravitazionale, cioè il “peso”, di un determinato oggetto. Il principio di equivalenza tra massa inerziale e massa gravitazionale, introdotto inizialmente da Galileo nella fisica classica e successivamente da Einstein nella fisica moderna, è stato confermato con una precisione elevata. “Tuttavia, secondo i miei calcoli trovo che oltre una certa probabilità esiste, seppur piccola, una chance reale che l’equazione venga meno per la massa gravitazionale”, dichiara Lebed. Se si misura il peso di un oggetto quantistico, come ad esempio l’atomo di idrogeno, molto spesso il risultato sarà lo stesso nella maggior parte dei casi, ma una piccolissima parte di quelle misure darà un risultato diverso implicando una violazione apparente dell’equazione di Einstein. Questo risultato, che ha sorpreso i fisici sperimentali, potrebbe essere spiegato ammettendo che la massa gravitazionale non sia effettivamente la stessa di quella inerziale, il che rappresenta un paradigma per la fisica. “La maggior parte dei fisici non è d’accordo su questo concetto perché ritengono che la massa inerziale sia esattamente uguale a quella gravitazionale”, spiega Lebed. “Ma dal mio punto di vista, le due masse potrebbero essere diverse per la presenza di qualche effetto quantistico presente nella relatività generale. Per quanto ne sappia io, nessuno ha mai proposto prima questo esperimento. Il problema più importante della fisica moderna è quello di formulare una teoria che sia in grado di descrivere tutte le forze della natura. In altre parole, bisogna capire come unificare la meccanica quantistica relativistica con la gravità. Io sto cercando di trovare una relazione tra gli oggetti quantistici e la relatività generale”.

Per capire il ragionamento di Lebed, dobbiamo partire dalla gravità. Lo scienziato dimostra, in uno dei suoi articoli, che mentre l’equazione E = mc2 vale ancora per la massa inerziale, essa invece non è sempre vera per la massa gravitazionale, il che implicherebbe che le due masse non sono in definitiva uguali. Secondo la teoria di Einstein, sappiamo che la forza di gravità è il risultato della curvatura dello spaziotempo: più grande è la massa di un corpo celeste e maggiore sarà la curvatura dello spazio. “Dunque, lo spazio ha una curvatura e quando la massa si muove nello spazio, la curvatura disturba il moto”. Secondo Lebed, la curvatura dello spazio è ciò che rende differente la massa gravitazionale da quella inerziale. Per verificare questa ipotesi, lo scienziato suggerisce allora di misurare il peso dell’atomo più semplice che esiste in natura: un singolo atomo d’idrogeno, che consiste di un nucleo composto da un protone attorno al quale orbita un elettrone. Ora, dato che l’effetto da misurare è molto piccolo, sarà necessario considerare tantissimi atomi di idrogeno.


Questa è l’idea: Occasionalmente accade, anche se raramente, che l’elettrone in orbita attorno al nucleo salta verso un livello di energia più alto, che si può immaginare come una orbita più esterna. Ma nel giro di poco tempo, l’elettrone ritorna nell’orbita iniziale di minima energia. Ora, secondo l’equazione di Einstein, la massa dell’atomo di idrogeno cambierà in funzione della variazione di energia, passando da un livello ad un altro. Finora, tutto bene. Ma che succede se poniamo lo stesso atomo di idrogeno nello spazio, dove non c’è più la gravità e quindi lo spazio diventa piatto anziché essere curvo come è nel caso in cui ci troviamo sulla Terra? Probabilmente l’avete già immaginato: l’elettrone non salterà più su un orbita più esterna di energia più elevata poiché nello spazio in assenza di gravità esso rimane confinato nella sua orbita di minima energia. In altre parole, l’elettrone “non sente”, per così dire, la presenza della gravità. Viceversa, se ci spostiamo nuovamente verso il campo gravitazionale terrestre, l’elettrone risentirà dell’effetto della curvatura dello spazio, quindi potrà saltare verso una orbita più esterna e di conseguenza la massa dell’atomo di idrogeno risulterà diversa.


Gli scienziati hanno eseguito una serie di misure dei livelli di energia qui sulla Terra, ma questo non ci dà nulla dato che la curvatura dello spazio rimane costante e perciò non c’è alcuna perturbazione”, dice Lebed. “Ciò che non hanno considerato prima è come la variazione dei livelli di energia dipenda, invece, dalla curvatura dello spazio che disturba l’atomo. Anziché misurare direttamente il peso, dovremmo rivelare queste variazioni di energia sottoforma di fotoni emessi, essenzialmente luce”. Lebed suggerisce inoltre l’esperimento seguente per verificare questa ipotesi: per un determinato periodo di tempo, si invia nello spazio una sonda contenente un recipiente fornito d’idrogeno e un fotorivelatore sensibile. Nello spazio, la relazione di equivalenza massa-energia è la stessa per l’atomo ma solo per il fatto che l’assenza di curvatura dello spazio non permette all’elettrone di saltare da un livello ad un altro. “Quando siamo vicini alla Terra, la curvatura dello spazio disturba l’atomo e perciò esiste una probabilità che l’elettrone salti da un livello all’altro, emettendo così un fotone che viene osservato dal rivelatore”. In questo modo, l’equivalenza massa-energia non è più costante sotto l’influenza del campo gravitazionale. Secondo Lebed, la sonda non dovrebbe andare molto lontano nello spazio e a circa due o tre volte il raggio terrestre l’effetto dovrebbe già registrarsi. In sostanza, si tratta della prima proposta sperimentale di verificare i concetti della meccanica quantistica con quelli della relatività generale nell’ambito del Sistema Solare. “Non ci sono esempi diretti di un ‘matrimonio’ tra queste due teorie”, spiega Lebed. “Ciò è importante non solo dal punto di vista del fatto che la massa gravitazionale non sia uguale a quella inerziale, ma anche per il fatto che molti fisici vedono questo matrimonio come un qualcosa di mostruoso e incompatibile. Mi piacerebbe verificare la fattibilità di questo matrimonio. Voglio verificare se funziona oppure no”, conclude Lebed.

Lebed ha presentato i suoi calcoli durante il meeting di Stoccolma, Marcel Grossmann Meeting, la scorsa estate dove la comunità di fisici ha accolto le sue idee con uguale curiosità e scetticismo.

University of Arizona press release: Testing Einstein's E=mc2 in Outer Space

arXiv: Is Gravitational Mass of a Composite Quantum Body Equivalent to its Energy?

arXiv: Breakdown of the Equivalence between Energy Content and Weight in a Weak Gravitational Field for a Quantum Body

arXiv: Breakdown of the Equivalence between Passive Gravitational Mass and Energy for a Quantum Body

L’IAU ridefinisce l’unità astronomica

Al recente congresso dell’International Astronomical Union (IAU), tenutosi quest’anno a Pechino, gli astronomi hanno votato una mozione per ridefinire una famosa unità di misura, l’unità astronomica (au), che viene utilizzata per definire le distanze tra i corpi celesti nel Sistema Solare.

Sin dal liceo ci insegnano che l’unità astronomica è definita come la distanza media tra la Terra e il Sole che è di circa 150 milioni di chilometri. Storicamente, questa distanza fu derivata dall’astronomo Giovanni Cassini mediante il metodo della parallasse. Egli ricavò prima la distanza tra la Terra e Marte e successivamente quella relativa al Sole. Il valore ottenuto da Cassini fu di circa 140 milioni di chilometri. Questo valore è stato utilizzato dagli astronomi come unità di misura standard per indicare le distanze nel Sistema Solare. Ma al recente meeting dell’IAU, i membri hanno attribuito all’unità astronomica il valore esatto di 149.597.870,700 metri, rispetto al vecchio valore di 149.597.870,691 metri, che è proprio la distanza media tra la Terra e il Sole. Nonostante si tratti di un arrotondamento di 9 metri che non altera sostanzialmente il vecchio valore, la nuova misura permette comunque di semplificare le cose e di migliorare la precisione relativa al calcolo delle distanze interplanetarie. “La vecchia misura andava bene fin quando non riuscivamo a misurare con una precisione elevata le distanze nell’ambito del Sistema Solare” spiega Sergei Klioner che è stato chiamato sin già dal 2005 per proporre la nuova definizione. Oggi gli astronomi sono in grado di misurare direttamente le distanze grazie ai laser e i satelliti artificiali per cui è possibile attribuire un valore più corretto all’unità astronomica. Da circa 36 anni, la definizione “ufficiale” dell’unità astronomica è stata derivata utilizzando la costante di gravitazione gaussiana che consente il calcolo del moto planetario con accuratezza pur essendo ignote le dimensioni del Sistema Solare o la massa dei pianeti in unità pratiche quali sono quelle del Sistema Internazionale (SI). Ora, gli astronomi sanno che la nostra stella tende a perdere costantemente massa dato che irradia energia nello spazio e ciò implica una variazione del valore dell’unità astronomica nel corso del tempo. “Dunque, definire l’unità astronomica come un numero fisso permette di risolvere il problema e regola anche gli effetti dovuti alla relatività generale” continua Klioner. “La vecchia definizione è stata derivata nell’ambito della fisica di Newton ma secondo la visione di Einstein tutte le distanze sono relative e dipendono dal sistema di riferimento in cui ci troviamo. Questo vanifica il significato della distanza Terra-Sole se non specifichiamo il sistema di riferimento nel quale ci troviamo”. Infatti, la vecchia definizione dell’unità astronomica violava la teoria della relatività in quanto era soggetta al sistema di riferimento in cui veniva effettuata la misura. In più dobbiamo dire che anche la definizione di metro si basa sulla distanza percorsa dalla luce nel vuoto in 1/299.792,458 secondi. Di fatto, secondo la relatività speciale, la velocità della luce è costante in tutti i sistemi di riferimento e perciò non dipende dalla variazione della massa solare. In altre parole, esprimere l’unità astronomica con un valore fissato in metri rafforza ulteriormente la sua definizione senza che si abbiano variazioni di altra natura. In realtà, la nuova definizione dell’unità astronomica doveva essere introdotta prima ma alcuni astronomi non volevano che le cose cambiassero. Oggi, l’unità astronomica pare sia diventata una costante e permetterà di avere misure molto più accurate richiedendo meno spiegazioni agli studenti e a coloro che si avvicinano per la prima all’astronomia.

Maggiori info: Official definition of the astronomical unit 

È necessario che il tempo sia la quarta dimensione dello spazio?

Prima di Einstein e poi dell’invenzione della fisica moderna, molti filosofi hanno discusso a lungo sulla natura del tempo. Più di un secolo dopo Einstein, oggi sappiamo che l’idea base è quella secondo cui il tempo costituisce una sorta di quarta dimensione dello spazio, una struttura che viene rappresentata matematicamente dal cosiddetto spaziotempo quadridimensionale di Minkowski.

Nonostante ciò, alcuni teorici come Amrit Sorli e Davide Fiscaletti, fondatori del Space Life Institute in Slovenia, suggeriscono che il tempo esiste indipendentemente dallo spazio. Nel loro ultimo articolo, i due scienziati dimostrano come due fenomeni della relatività speciale, la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze, possano essere meglio descritti nel contesto di una struttura tridimensionale dello spazio in cui il tempo è una quantità che viene utilizzata per misurare semplicemente una variazione, ad esempio il moto del fotone, in questo spazio 3D. Questa idea, che è in accordo con la visione del tempo di Gödel, implica che il tempo non rappresenta più una dimensione fisica dello spazio attraverso il quale si potrebbe addirittura viaggiare nel passato o nel futuro. Altri ricercatori hanno comunque studiato la possibilità di eliminare il concetto dello spaziotempo in modo da considerare sia lo spazio che il tempo come due entità separate. Anche se questa idea viene meglio espressa se viene introdotto il concetto di etere, cioè un mezzo fisico che permea tutto lo spazio, Sorli e Fiscaletti ritengono invece che questa idea possa essere meglio rappresentata e descritta in termini di un vuoto quantistico tridimensionale. In altre parole, anziché considerare lo spazio come un mezzo che trasporta la luce, la propagazione della radiazione viene regolata, per così dire, dalle proprietà elettromagnetiche, cioè la permeabilità e la permittività, del vuoto quantistico. “Stiamo sviluppando un modello matematico in cui la gravità è il risultato della diminuzione della densità di energia del vuoto quantistico tridimensionale causata dalla presenza di un oggetto di massa stellare o materiale” spiega Sorli. “La massa inerziale e quella gravitazionale hanno la stessa origine, cioè la variazione della densità di energia del vuoto quantistico. Inoltre questo modello permette di derivare esattamente la precessione del perielio di Mercurio, una conseguenza della relatività generale” conclude Sorli.

[Abstract: Special theory of relativity in a three-dimensional Euclidean space]