Oltre la Relatività
(Beyond Relativity)
XVIII Settimana della Cultura Scientifica
Lectio Magistralis
Prof. Enzo Bonacci
Au...
Gli assiomi della Fisica
I principi di relatività E. Nöther (1905)
• Posti a fondamento della ricerca scientifica, i princ...
Storia a tappe di due fisiche alternative
Relatività di Einstein
• Il tempo relativo nella Bibbia (700 a.C.)
• Il determin...
Il tempo relativo nella Bibbia
Il miracolo della meridiana
• Nel Libro dei Re (XX, 9-11) Isaia vuole convincere uno scetti...
Il determinismo scientifico
Dalla scuola Ionica a Severino Boezio
• Talete inizia l’indagine scientifica, cioè la ricerca ...
La traiettoria non è descrivibile
Zenone (450 a.C.) La scuola eleatica
• Zenone e gli eleatici propongono quattro paradoss...
L’uomo è misura di tutte le cose
Protagora (445 a.C.) Il relativismo assoluto
• Protagora sostiene che le cose non avrebbe...
Il quanto della materia: l’atomo
Democrito (440 a.C.) L’atomismo
• Considerato il padre della fisica, Democrito pone alla ...
Il platonismo
Platone (387 a.C.) Dall’Accademia ai Platonisti
• Platone subordina la validità dell'indagine naturale a
que...
L’aristotelismo
La scuola Peripatetica (il Liceo)
• Diversamente da Platone, Aristotele dà piena validità
all'indagine di ...
La geometria euclidea
Lo spazio piatto euclideo Euclide (300 a.C.)
• Euclide espone nei tredici libri “Elementi di
Geometr...
Dante anticipa Galileo?
La relatività nella Divina Commedia Dante (1307)
• Leonardo Ricci, ricercatore di Fisica generale ...
Leonardo “compone” le velocità
La legge di addizione delle velocità Leonardo (1500)
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La relatività galileiana
La Relatività Speciale Galileo Galilei (1632)
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(1632...
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J. C. Maxwell (1865) Il campo elettromagnetico
• Nel 1865 viene pubblicato nelle "Philoso...
La relatività del moto
Fermati o Sole! C’è Mach…
• Mach osserva la necessità di descrivere le leggi fisiche in funzione di...
La velocità della luce è costante
Michelson e Morley L’interferometro (1887)
• Fino al XIX secolo si ritiene che la luce s...
Il quanto dell’energia: il fotone
Max Planck (1900) Il fotone
• Nel 1900 lo scienziato tedesco Max Planck
pubblica un arti...
Le trasformazioni di Lorentz
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La Relatività Ristretta
L’Annus Mirabilis della Fisica Albert Einstein (1905)
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Le orbite elettroniche quantizzate
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La Relatività Generale
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La Relatività Generale confermata
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L’elettrone è probabile
Erwin Schrödinger (1926) La funzione d’onda
• Nel 1926 Schrödinger elabora la meccanica
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• Nel 1925 Werner Heisenberg elabora la meccanic...
Il principio di complementarietà
Contraria sunt complementa (1927) Gli opposti sono complementari
• Nel 1927 Niels Bohr po...
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• L' esistenza del neutrino è ipotizzata nel ...
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• Nel suo trattato “The Principles of Quantum...
La Relatività Ristretta confermata
L’atomo scisso nel 1932 L’intervista radiofonica
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Il ruolo chiave dell’osservatore
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• Nell’articolo “Interaction with...
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John S. Bell (1963) Il Teorema di Bell
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Le fisiche inconciliabili del XX secolo
Relatività di Einstein
Ambizione ontologica
Spiega solo la gravità
Valida nel macr...
Conferme inoppugnabili alle teorie
La lente gravitazionale
Quando un corpo di grande massa viene a trovarsi fra una
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Questioni controverse
Esistono i buchi neri?
Attorno a un buco nero v’è una superficie ideale, detta orizzonte
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I tentativi di unificare il campo gravitazionale (descritto dalle
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LQG e gravità semiclassica
Applicando ad uno spazio-tempo curvo la teoria quantistica dei
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Supersimmetria
•La supersimmetria (o SUSY da SUperSYmmetry)
mette in relazione le particel...
La “mission impossible” di Mr. Bonac(c)i
Time Magazine (2005) Blu Magazine (2007)
Rivisitazione della Relatività
Ripartire dai fondamenti della Relatività,
esaminandone tre aspetti trascurati
Equazioni di...
Estensione della Relatività Ristretta
Sunto
Il saggio Estensione della Relatività
Ristretta propone una modifica alle
equa...
Una modifica Lorentz-invariante
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Passaggi transmassa-cismassa
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Tempo, materia oscura, neutrino
FRECCIA DEL TEMPO
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materia, antineutrini e antitachioni, ...
Possibili verifiche sperimentali
Estensione della Relatività Generale
Sunto
Il saggio Estensione della Relatività
Generale propone una
geometrodinamica esa...
Verso l’esadimensionalità (1963-2007)
R.P. Kerr (1963) Descrive il buco nero con una metrica a sei componenti.
J.S. Dowker...
Dimostrazione tempo tridimensionale
Sistema di rilevamento diodo-fotodiodo
In Quiete Moto Circolare Uniforme
Segnale laser...
Rilevamento diodo-fotodiodo in MCU
Tempo inerziale e tangenziale
Tempo angolare
Tempo radiale
Legame tempo-gravità
• Nelle trasformazioni di
Lorentz v’è proporzionalità tra
il tempo e la massa:
m/m0=∆t/∆t0.
• Pertant...
Riferimenti esadimensionali
Tensore sorgente esadimensionale
Supersimmetrico: consta di 4 quadranti ciascuno con 9 componenti
Densità
totale di
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Continuum esadimensionale
Sfera rotante priva di struttura
Altre forme rotanti prive di struttura
Conseguenze dell’effetto equatoriale
Effetto equatoriale iperattrattivo
Allineamento spin
elettronici nei
superconduttori
...
Fenomeni ascrivibili all’effetto assiale
Effetto assiale
Subattrattivo
(da vicino)
Iperattrattivo
(da lontano)
Getto di ma...
Anomalie imputabili all’effetto assiale
Anomalie gravitazionali spiegabili con
l’effetto repulsivo assiale di corpi
rotant...
Fonti energetiche alternative?
Modificare la gravità
• Tramite dischi rotanti,
assimilabili a corpi piatti non
strutturati...
Relatività Assoluta
Sunto
Il saggio Relatività Assoluta propone
l’indistinguibilità tra sistemi inerziali a
v=c, caratteri...
Da un postulato ovvio…
I sistemi di riferimento inerziali sono indistinguibili
indipendentemente dalla loro velocità, comp...
L’anello elettromagnetico simultaneo
La massa è un’elica elettromagnetica
Caratteristiche del modello elicoidale
Quantizzazione e conservazione
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Principio di Reciprocità
• Se causa ed effetto non sono più
indispensabili nella descrizione
fisica, azione e reazione pos...
Bibliografia
Estensione della Relatività
di Einstein (Aracne, 2007)
Beyond Relativity
(Aracne, 2007)
Sitografia
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    1. 1. Oltre la Relatività (Beyond Relativity) XVIII Settimana della Cultura Scientifica Lectio Magistralis Prof. Enzo Bonacci Aula Magna Liceo “L. Da Vinci” di Terracina lunedì 3 marzo 2008 Ringraziamento: al Professor Mario De Paz
    2. 2. Gli assiomi della Fisica I principi di relatività E. Nöther (1905) • Posti a fondamento della ricerca scientifica, i principi di relatività stabiliscono che ogni legge naturale sia immutabile nel tempo e sia indipendente dalla persona che la misura. • L’invarianza rispetto al tempo, equivalente al principio di conservazione dell’energia, è stata espressa tramite il Teorema di Nöther: • “Ad ogni simmetria differenziabile generata da azioni locali corrisponde una corrente conservata”, traducibile anche con: • “Le leggi che governano le forze sono le stesse in ogni tempo”. • Dimostrato dalla matematica Emmy Nöther nel 1905, fu considerato da Einstein un monumento del pensiero umano. Il teorema di Nöther vale solo per leggi di conservazione locali (principio di località), altrimenti non vi sarebbe una corrente associata. Ad oggi, tutte le leggi di conservazione conosciute sono locali. • L’invarianza rispetto allo spazio, equivalente al principio di conservazione della quantità di moto, afferma invece che: • “Le leggi che governano le forze sono le stesse in ogni luogo”. • I principi di relatività non sono semplici indicazioni sulla formulazione di leggi fisiche, bensì efficaci descrizioni delle simmetrie della Natura.
    3. 3. Storia a tappe di due fisiche alternative Relatività di Einstein • Il tempo relativo nella Bibbia (700 a.C.) • Il determinismo scientifico (600 a.C.) • L’aristotelismo (350 a.C.) • La geometria euclidea (300 a.C.) • Dante anticipa Galileo? (1307) • Leonardo “compone” le velocità (1500) • La relatività galileiana (1632) • Newton formalizza la relatività (1687) • La geometria di Riemann (1854) • La relatività del moto (1883) • La velocità della luce è costante (1887) • Le trasformazioni di Lorentz (1904) • La Relatività Ristretta (1905) • La Relatività Generale (1916) • La Relatività Generale confermata (1919) • La Relatività Ristretta confermata (1932) Meccanica Quantistica • La traiettoria non è descrivibile (450 a.C.) • L’uomo è misura di tutte le cose (445 a.C.) • Il quanto della materia: l’atomo (440 a.C.) • Il platonismo (387 a.C.) • La causalità non è certa (1750) • L’irriducibile elettromagnetismo (1865) • Il quanto dell’energia: il fotone (1900) • Le orbite elettroniche quantizzate (1913) • La materia come onda (1924) • L’elettrone è probabile (1926) • Il fattore quantico (1927) • Il principio di complementarietà (1927) • La particella fantasma: il neutrino (1930) • La causalità non esiste (1930) • Il ruolo chiave dell’osservatore (1945) • La non-località quantistica (1963)
    4. 4. Il tempo relativo nella Bibbia Il miracolo della meridiana • Nel Libro dei Re (XX, 9-11) Isaia vuole convincere uno scettico Ezechia d’essere un profeta e gli propone due possibili miracoli: l’accelerazione del tempo o la sua retrocessione. • Ezechia ritiene determinante la prova dell’ombra che si ritira, indicativa del tempo che scorre a ritroso, piuttosto che quella dell’ombra che si allunghi con grande rapidità, segno di un tempo accelerato. Le sue parole sono: «È facile che l’ombra si allunghi di dieci gradi, non però che torni indietro di dieci gradi». • Invocato il Signore, il profeta Isaia riconduce l’ombra lungo le linee per le quali era già discesa sulla meridiana di Acaz, dieci gradi indietro. • Il tornare indietro nel tempo è considerato a tutt’oggi impossibile e non desta sorpresa che fosse la prova d’un intervento divino. • Per noi è impressionante l’altro aspetto della vicenda, ovvero come Ezechia scarti l’ipotesi di un’accelerazione temporale definendola facile. Questa convinzione anticipa di circa 2600 anni il concetto di tempo relativo di Einstein. Isaia (700 a.C.)
    5. 5. Il determinismo scientifico Dalla scuola Ionica a Severino Boezio • Talete inizia l’indagine scientifica, cioè la ricerca di una spiegazione razionale delle cause dei fenomeni naturali. • Lo svolgersi dei fenomeni naturali avviene seguendo degli schemi fissi e non per capriccio degli dei. • Ad ogni fenomeno si può far corrispondere una causa in modo che l’uomo è in grado di comprendere razionalmente il mondo. • Nel 600 d.C. , Severino Boezio s’interroga su chi garantisca il determinismo scientifico, arrivando alla conclusione che v’è un Dio fuori dello Spazio e del Tempo che non appartenga alla successione degli eventi, ma si ponga al di sopra della serie causo-effettuale sostenendola ad ogni collegamento tra gli eventi. • Per Boezio, Dio non sarebbe la causa dell’universo bensì la sua spiegazione, mentre noi interpretiamo la regolarità come causa ed effetto in quanto osservatori limitati dalla prospettiva spazio-temporale. Talete di Mileto (600 a.C.)
    6. 6. La traiettoria non è descrivibile Zenone (450 a.C.) La scuola eleatica • Zenone e gli eleatici propongono quattro paradossi sul movimento. • Due (tra i quali “Achille e la Tartaruga”) contro la concezione continua, cioè spazio e tempo divisibili indefinitamente. • Due (tra i quali “La freccia”) contro la concezione discreta, cioè spazio e tempo costituiti da quanti indivisibili. • L’impossibilità di un modello deterministico per la traiettoria anticipa l’approccio probabilistico della Meccanica Quantistica del XX secolo.
    7. 7. L’uomo è misura di tutte le cose Protagora (445 a.C.) Il relativismo assoluto • Protagora sostiene che le cose non avrebbero valore se non glielo attribuisse l’uomo e che non esiste un’unica verità assoluta, ma tante quante sono gli uomini. • Questa concezione antropocentrica prende il nome di relativismo ed è l’antesignano del Principio Antropico della Meccanica Quantistica del XX secolo, in base al quale: “la realtà esiste solo quando osservata ed in quanto osservata”. • Protagora elabora delle antilogie: discorsi contraddittori, in cui non si riesce a stabilire ciò che è vero e ciò che è falso. Un famosa antilogia formulata da Protagora è: la malattia è un bene, la malattia è un male; infatti la malattia è un bene per il medico perché riguarda il suo lavoro, ma è un male per il malato. • Questo è il primo approccio a quell’indecidibilità che viene analizzata compiutamente da Gödel nel XX secolo.
    8. 8. Il quanto della materia: l’atomo Democrito (440 a.C.) L’atomismo • Considerato il padre della fisica, Democrito pone alla base di tutto i due concetti di atomo e di vuoto. • Definiti come quantità infinitesime eterne ed immutabili, gli atomi democritei sono del tutto privi di determinazioni qualitative: non esistono atomi di ferro o di acqua ma solo realtà omogenee differenziate tra loro da un punto di vista meramente quantitativo. Il movimento costituisce una proprietà intrinseca e spontanea degli atomi. • In quanto particelle quantitative gli atomi costituiscono il pieno, che rimanda necessariamente alla realtà di un vuoto infinito in cui potersi muovere incessantemente. • Nel XVII secolo G.W. Leibniz introduce l’equivalente spirituale dell’atomo: la monade. • Le monadi sono forme sostanziali dell'essere, non scomponibili, individuali, seguono delle leggi proprie, non interagiscono, ma ognuna di esse riflette l'intero universo in un'armonia prestabilita.
    9. 9. Il platonismo Platone (387 a.C.) Dall’Accademia ai Platonisti • Platone subordina la validità dell'indagine naturale a quella delle idee immutabili che popolano l'Iperuranio, dislocato al di là della volta celeste, e pre-esistono al mondo sensibile che è una derivazione imperfetta del mondo ideale. La vera conoscenza riguarda le idee perfette mentre le entità mutevoli, appartenenti al mondo della materia, sono spesso fuorvianti. • Per i Platonisti del XX secolo, essendo la verità qualcosa di oggettivo (cioè di indipendente dalle costruzioni effettuate nelle dimostrazioni dei teoremi) non può essere posta a conclusione di alcuna sequenza dimostrativa, ma solo all'origine. • Nel 1931 il matematico Kurt Gödel interpreta i suoi Teoremi di incompletezza, che prevedono l’esistenza di proposizioni indecidibili (le quali non possono essere dimostrate né confutate sulla base degli assiomi di partenza) come una conferma del Platonismo, tramite l'irriducibilità della nozione di verità a quella di dimostrabilità.
    10. 10. L’aristotelismo La scuola Peripatetica (il Liceo) • Diversamente da Platone, Aristotele dà piena validità all'indagine di ogni sostanza: non c'è aspetto del mondo fisico che non valga la pena di essere studiato • Aristotele postula l’esistenza di una sostanza imponderabile che funga da supporto meccanico alla trasmissione della luce: l’etere luminifero, considerato reale per 2250 anni, fino all’esperimento risolutivo di Michelson & Morley che ne dimostra l’insussistenza. • Aristotele tenta, invano, di confutare i paradossi di Zenone sul moto. • Aristotele s’interroga sul tempo con considerazioni riprese da Sant’Agostino nel 400 d.C. nei suoi famosi aforismi: • «Il tempo non esiste, è solo una dimensione dell'anima. Il passato non esiste in quanto non è più, il futuro non esiste in quanto deve ancora essere e il presente è solo un istante inesistente di separazione tra passato e futuro .» • «Che cosa e', allora, il tempo? Se nessuno me lo chiede, lo so; se dovessi spiegarlo a chi me ne chiede, non lo so.» Aristotele (350 a.C.)
    11. 11. La geometria euclidea Lo spazio piatto euclideo Euclide (300 a.C.) • Euclide espone nei tredici libri “Elementi di Geometria”, in forma sistematica e con numerose intuizioni proprie, le proporzioni geometriche e la teoria dei numeri, patrimonio della cultura matematica greca dell’epoca. • Procede per definizioni, postulati ed assiomi, con un’esposizione che è rimasta classica. • Lo spazio piatto o euclideo è quello in cui per un punto passa una ed una sola parallela ad una retta data (V postulato). • Lo spazio euclideo può essere definito a partire dall'invariante della distanza: Δs2 =Δx2 +Δy2 +Δz2 •
    12. 12. Dante anticipa Galileo? La relatività nella Divina Commedia Dante (1307) • Leonardo Ricci, ricercatore di Fisica generale dell'Università di Trento, in un articolo del 2005 su “Nature” sostiene che nella seguente terzina della Divina Commedia (Inferno, canto XVII, versi 115-117): Ella sen va notando lenta lenta; rota e discende, ma non me n'accorgo se non che al viso e di sotto mi venta. sia formulato il principio elaborato da Galileo Galilei (1632) della cosiddetta invarianza galileiana, lo stesso che poi è alla base della teoria della relatività. • La descrizione della situazione in cui si trova (l'essere trasportato dal mostro Gerione, il vento, la mancanza di riferimenti visivi) portano Dante a sostenere che la sua sensazione del volo dal settimo all’ottavo cerchio dell’inferno non sarebbe dissimile dall'esser fermo.
    13. 13. Leonardo “compone” le velocità La legge di addizione delle velocità Leonardo (1500) • Leonardo Da Vinci getta le basi epistemologiche della scienza moderna affermando che: «Nessuna umana investigazione si può dimandare vera scienzia, se essa non passa per le matematiche dimostrazioni». • Nel codice Leicester, Leonardo porta l’esempio di un arciere che lancia una freccia dal centro della Terra verso la superficie descrivendone la traiettoria risultante. • Con ciò mostra di conoscere la legge di addizione delle velocità, enunciata da Galileo oltre un secolo dopo, che lega la velocità dell’osservatore a quella dell’oggetto osservato tramite somma algebrica.
    14. 14. La relatività galileiana La Relatività Speciale Galileo Galilei (1632) • Nel suo Dialogo sopra i due massimi sistemi (1632) Galileo descrive l'esperienza del gran navilio, del passeggero, cioè, che trovandosi sulla nave in moto rettilineo uniforme non si accorge di come questa sia in movimento. • Passato alla storia con il nome di principio d’invarianza galileiana, si tratta dell’indistinguibilità tra sistemi inerziali (in quiete od in moto rettilineo uniforme) noto anche come principio di relatività ristretta o speciale. • Ciò non vale per i sistemi non-inerziali, dal momento che questi ultimi non sembrano, almeno per l'esperienza quotidiana, prevedere le stessi leggi fisiche (basti pensare alle forze apparenti percepite se si subisce un'accelerazione o una decelerazione).
    15. 15. Newton formalizza la relatività Le trasformazioni galileiane Isaac Newton (1687 ) • Il principio speciale di relatività stabilisce che: “Le leggi fisiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali”. • Un’importante conseguenza è che un osservatore appartenente ad un sistema di riferimento inerziale non può associare una velocità assoluta o una direzione assoluta al proprio moto nello spazio, ma può solo considerare velocità e direzione relative ad altri corpi. • Newton integra tale principio con ulteriori concetti fisici, tra i quali quelli di spazio e tempo assoluti (in contrasto con la proposta di Leibniz di considerarli semplici relazioni tra corpi). Riformulato in questo contesto, il principio speciale di relatività stabilisce che: “Le leggi fisiche sono invarianti rispetto alle trasformazioni di Galileo”. • Le trasformazioni galileiane sono simmetrie di traslazione nello spazio: x’=x−v0t ; y’=y ; z’=z ; t’=t .
    16. 16. La causalità non è certa David Hume (1750) Lo scetticismo • Ogniqualvolta si assiste a due eventi in rapida successione, è logico pensare che ci sia una qualche connessione fra essi, e, in particolar modo, che l'evento che avviene cronologicamente per primo produca il successivo e che quindi l'evento A sia la causa dell'evento B. • Hume rifiuta però questo punto di vista, criticando il concetto di causalità. • Il fatto che ad un evento A segua da milioni di anni un evento B non può darci la certezza assoluta che ad A segua sempre B e nulla ci impedisce di pensare che un giorno le cose andranno diversamente e, per esempio, a B segua A. • Per ovviare a ciò ci vorrebbe un principio di uniformità della natura che si incarichi di mantenere costanti in eterno le leggi della natura, cosa che per Hume non è né intuibile né dimostrabile. • La Meccanica Quantistica del XX secolo riscontra l’esistenza di fenomeni senza causa.
    17. 17. La geometria di Riemann Le geometrie non euclidee La curvatura dello spazio • Su una superficie curva non vale la geometria euclidea: in particolare è possibile tracciare un triangolo i cui angoli sommati non forniscano 180°. • Nel XIX secolo, Gauss distingue il grado di curvatura dello spazio proprio in base alla somma degli angoli interni di un triangolo (normalizzata rispetto all’angolo piatto π): Ω0 = (α+β+γ) / π . • Per Ω0=1 si ha lo spazio piatto euclideo. • Per Ω0>1 si ha lo spazio curvo ellittico. • Per Ω0<1 si ha lo spazio curvo iperbolico. • Allievo di Gauss, Riemann generalizza il concetto di metrica euclidea e sviluppa una geometria ellittica partendo da un assioma che nega il V postulato di Euclide: “Due rette qualsiasi di un piano hanno sempre almeno un punto in comune”. • Nella geometria riemanniana il problema delle parallele non si pone nemmeno ed il concetto di retta viene sostituito con quello metrico di curva geodetica, ossia il percorso di minor distanza tra due punti, ripreso dalla Relatività Generale di Einstein.
    18. 18. L’irriducibile elettromagnetismo J. C. Maxwell (1865) Il campo elettromagnetico • Nel 1865 viene pubblicato nelle "Philosophical Transactions" la teoria dinamica del campo elettromagnetico. • James Clerk Maxwell porta a compimento la teoria ondulatoria dei fenomeni elettromagnetici tramite le sue famose equazioni. Il campo elettromagnetico crea seri problemi al principio di relatività poiché: • Sfugge alla relatività galileiana: dall’analisi del perché Einstein ricava la sua Relatività Speciale; • Sfugge alla relatività generale di Einstein come entità a parte: nessuno è ancora riuscito a trovare il modo di integrarlo.
    19. 19. La relatività del moto Fermati o Sole! C’è Mach… • Mach osserva la necessità di descrivere le leggi fisiche in funzione di un qualsiasi osservatore, opponendosi alla pretesa d’introdurre uno spazio assoluto (il sensorium dei) che di fatto è presente nel modello Newtoniano mediante il concetto di osservatore inerziale. • Dal punto di vista cinematico, il movimento di un corpo è un concetto relativo: occorre precisare l’osservatore rispetto al quale il moto viene riferito. • Ad esempio, quando si parla di moto della Terra si intende rispetto al Sole, che sarà l’osservatore; ma risulta altrettanto lecito parlare di moto del Sole rispetto all’osservatore Terra. • Nel sistema solare risulta più agevole e conveniente per la descrizione del moto dei pianeti, scegliere il riferimento solare e quindi la visione Copernicana del moto, ma non esiste una ragione di principio per preferire una scelta rispetto all’altra. • Non si può, dunque, affermare che sia scientificamente errato, come affermato da Galileo nelle sue lettere, il passo della Genesi in cui Giosué (1180 a.C.) esclama: «Fermati, o Sole, su Gabaon, e tu, Luna, sulla valle di Aialon! E il Sole si fermò e la Luna ristette, fino a che il popolo si fu vendicato dei suoi nemici» (Gs 10, 12) Ernst Mach (1883)
    20. 20. La velocità della luce è costante Michelson e Morley L’interferometro (1887) • Fino al XIX secolo si ritiene che la luce sia trasportata dall’etere luminifero e che ogni corpo in movimento nell'universo produca un vento d'etere. Questi dovrebbe muoversi alla stessa velocità del corpo ma con direzione opposta ed influenzerebbe qualsiasi cosa vi sia immersa, compresa la luce. Essendo la Terra in movimento nell’universo (30 Km/s), la velocità della luce soggetta al vento d’etere sarebbe diversa nelle varie direzioni e, usando un interferometro, si vedrebbero delle frange di interferenza. • Nel 1887 A.A. Michelson ed E. Morley misurano, invece, una velocità della luce indipendente dalla direzione e di poco inferiore a 300000 km/s. • A. Einstein ne trae due conclusioni : • non vi è alcun etere; • la velocità della luce c è indipendente dal moto della sorgente e dell'osservatore.
    21. 21. Il quanto dell’energia: il fotone Max Planck (1900) Il fotone • Nel 1900 lo scienziato tedesco Max Planck pubblica un articolo contenente i risultati delle sue ricerche sullo spettro di emissione del corpo nero. • È la nascita ufficiale della teoria quantistica, con l’introduzione della costante di Planck: h=E/ν =6,626 x 10-34 (J s). • L'effetto fotoelettrico e lo spettro di corpo nero possono essere spiegati solo ammettendo che le particelle siano dei corpuscoli la cui energia venga assorbita ed emessa in pacchetti fissi detti quanti. • L’ipotesi dei quanta troverà la prima conferma sperimentale nel 1923 grazie all’effetto Compton: l’urto di un elettrone da parte di un corpuscolo di luce, il fotone.
    22. 22. Le trasformazioni di Lorentz Salvate la relatività galileiana! H. A. Lorentz (1904) • Il limite della relatività galileiana è che, mentre le leggi della meccanica classica sono invarianti per trasformazioni galileiane, lo stesso non vale per le Equazioni di Maxwell, che riassumono tutto l'elettromagnetismo. • Le trasformazioni di Lorentz sono un sistema di equazioni: x’=γ (x−vt ) y’=y z’=z t’=γ ( t−vx/c2 ) • Queste trasformazioni rendono le equazioni di Maxwell invarianti in qualsiasi sistema di riferimento inerziale vengano applicate. • Le trasformazioni suddette compaiono nella teoria della Relatività Ristretta di A. Einstein, come diretta conseguenza degli assiomi di costanza della velocità della luce c e dell'invarianza delle leggi fisiche in seguito a cambi di sistemi di riferimento inerziali.
    23. 23. La Relatività Ristretta L’Annus Mirabilis della Fisica Albert Einstein (1905) • Nel 1905 Einstein pubblica gli articoli sull'effetto fotoelettrico, il moto browniano e la relatività ristretta. Il primo di questi articoli gli varrà il premio Nobel. • Il principio di relatività speciale di Galilei viene esteso a qualsiasi fenomeno, campo elettromagnetico compreso. • Ciò comporta la rinuncia ai concetti di spazio e tempo assoluti e scollegati (a favore di uno spazio-tempo nel quale non c'è un sistema di riferimento privilegiato e per ogni evento le coordinate spaziali e temporali sono legate tra di loro in funzione dello spostamento relativo dell'osservatore), la rinuncia al concetto classico di simultaneità, l’adozione delle trasformazioni di Lorentz al posto di quelle galileiane ed una legge di composizione delle velocità più complicata dell’addizione. • Come conseguenza, l’energia è convertibile in massa e viceversa in base alla formula: E=mc2 . • Lo spazio-tempo (detto di Minkowski) è ancora piatto come quello euclideo, ma va definito con l'invariante relativistico che ingloba il tempo : Δσ2 =Δx2 +Δy2 +Δz2 −c2 Δt2
    24. 24. Le orbite elettroniche quantizzate Niels Bohr (1913) L’atomo classico non sta in piedi • Nel 1911, sotto la guida di E. Rutherford, H. Geiger e E. Marsden bombardano una sottile lamina d'oro con particelle alfa: mentre la maggior parte di esse passa con deviazioni minime dalla traiettoria iniziale, altre vengono notevolmente deviate o addirittura respinte. • Rutherford propone un modello di atomo in cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrata in una porzione molto piccola, il cosiddetto nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotano attorno. • Il suo allievo Niels Bohr scopre, però, che il modello proposto è elettricamente instabile: l'elettrone nel suo moto intorno al nucleo positivo accelera ed è costretto ad irraggiare energia elettromagnetica perdendo quantità di moto e cadendo sul nucleo con un moto a spirale. Per giustificare la struttura atomica, nel 1913 Bohr propone tre postulati: • l'elettrone può muoversi stazionariamente solo su determinate orbite; • l'atomo irraggia solo quando l'elettrone transita da uno stato stazionario ad un altro; • Il momento angolare dell'elettrone in un'orbita stabile è quantizzato. L’atomo di Bohr trova conferma sperimentale nell’analisi spettrografica.
    25. 25. La Relatività Generale Il Principio di Equivalenza Il tensore sorgente Tij (1916) • Il principio di equivalenza afferma che: “non esiste un esperimento locale per distinguere tra una caduta libera in un campo gravitazionale ed un moto uniforme in assenza di campo”. • Partendo da tale considerazione, Einstein arriva ad estendere il principio di relatività anche ai sistemi non inerziali: “per la descrizione dei fenomeni naturali, tutti i sistemi di riferimento si equivalgono qualunque sia il loro stato di moto”. • Affinché ciò accada, la gravità deve essere inglobata nella struttura dello spazio-tempo, ovvero, la geometria dello spazio-tempo quadridimensionale Gij deve essere legata alla densità di materia ed energia Tij tramite l’equazione di campo: Gij=kTij con i,j=1,2,3,4 e k=8πG/c4
    26. 26. La Relatività Generale confermata Einstein “eclissa” Newton L’eclisse del 1919 • L’interazione gravitazionale (descritta da Newton in base alla nota formula F=Gm1m2/r2 ) prevede che la luce, in quanto priva di massa, non sia soggetta all’attrazione delle masse e dunque proceda in rettilineo nello spazio vuoto. • La gravità di Einstein (descritta dall’equazione di campo Gij=kTij con i,j=1,2,3,4) è una curvatura dello spazio-tempo in presenza di masse che deve riguardare qualsiasi oggetto, luce compresa. • Durante l’eclisse solare del 1919, Sir Arthur Stanley Eddington verifica la deviazione dei raggi luminosi da parte del Sole prevista dalla relatività, sancendone la superiorità rispetto alla fisica classica di Newton.
    27. 27. La materia come onda L. De Broglie (1924) Il dualismo onda-corpuscolo • Nella sua tesi di dottorato del 1924, il duca Louis de Broglie getta le basi della meccanica ondulatoria che, integrata nella vecchia teoria quantistica, dà origine alla meccanica quantistica. • Secondo De Broglie, anche la materia presenta il doppio aspetto ondulatorio-corpuscolare della radiazione elettromagnetica e ad ogni particella elementare è associata un'onda di lunghezza: λ=h/mv. • Nel 1927 C. J. Davisson e L. H. Germer verificano l'ipotesi di De Broglie mediante esperimenti di diffrazione di elettroni su cristalli. • Nel 1936 W.M. Elsasser e nel 1947 E. Fermi conducono un analogo esperimento di diffrazione sui neutroni con esito positivo.
    28. 28. L’elettrone è probabile Erwin Schrödinger (1926) La funzione d’onda • Nel 1926 Schrödinger elabora la meccanica ondulatoria dimostrandone l'equivalenza con la meccanica delle matrici di Heisenberg. L'equazione che descrive l'evoluzione nel tempo della funzione d'onda porta il suo nome ed è interpretata in termini probabilistici. • Il quadrato della funzione d'onda rappresenta la distribuzione di probabilità dei possibili esiti di un esperimento. • L’osservazione presuppone un collasso della funzione d’onda, altrimenti in bilico tra due stati quantici opposti. • L’esempio del gatto di Schrödinger mostra il ruolo chiave dell’osservatore nello stabilire la fisionomia della realtà osservata.
    29. 29. Il fattore quantico W. Heisenberg (1927) L’irriducibile indeterminabilità • Nel 1925 Werner Heisenberg elabora la meccanica delle matrici, la prima formulazione matematicamente coerente della meccanica quantistica. • Nel 1927 Heisenberg formula il principio di indeterminazione: “non è possibile conoscere simultaneamente posizione e quantità di moto di un dato oggetto con precisione arbitraria”. Sulla rivoluzione della Meccanica Quantistica scrive: • «Dividendo la materia in unità sempre più piccole non giungiamo alle unità fondamentali ed indivisibili, giungiamo bensì ad un punto in cui le divisione non ha più senso». • «La teoria atomica ha allontanato la fisica dalle tendenze materialiste che aveva avuto durante il XIX secolo». • «Tutti gli oppositori dell’interpretazione di Copenhagen sono d’accordo su di un punto. Sarebbe secondo loro desiderabile tornare al concetto di realtà della fisica classica, ossia all’ontologia del materialismo. Loro preferirebbero tornare all’idea di un mondo reale oggettivo, le cui parti più piccole esistono oggettivamente nello stesso senso in cui esistono pietre ed alberi , indipendentemente dal fatto che le osserviamo o meno».
    30. 30. Il principio di complementarietà Contraria sunt complementa (1927) Gli opposti sono complementari • Nel 1927 Niels Bohr postula che i due aspetti corpuscolare e ondulatorio non possano essere osservati contemporaneamente perché sono complementari e allo stesso tempo escludentisi a vicenda: l'osservazione dell'uno preclude quella dell'altro. • Sull’approccio quantistico scrive: «La fisica ci dice ciò che possiamo sapere sull’universo e non come l’universo effettivamente è». • Alla rivendicazione di Einstein: «Dio non gioca a dadi con l'universo», • Bohr risponde scherzosamente : «Non solo Dio gioca a dadi, ma bara pure».
    31. 31. La particella fantasma: il neutrino W. Pauli (1933) La scoperta del neutrino • L' esistenza del neutrino è ipotizzata nel 1933 dal fisico austriaco Wolfgang Pauli per spiegare la variabilità dell'energia cinetica degli elettroni emessi dai nuclei soggetti al decadimento radioattivo di tipo β. • Pauli postula l'esistenza di una particella priva sia di massa che di carica elettrica per salvaguardare i principi di conservazione dell'energia e della quantità di moto. • Essendo ritenuta quasi nulla la massa dei neutrini, si deve ammettere che essi si muovano con una velocità quasi uguale a quella della luce. • A proposito del terremoto epistemologico prodotto dalla Meccanica Quantistica scrive: «La fisica moderna, costretta dai fatti, ha dovuto rinunziare, in quanto astrazione troppo ristretta, al concetto di oggetto materiale, o in generale fisico, la cui costituzione e natura sia indipendente dal modo in cui viene osservato».
    32. 32. La causalità non esiste Paul A. M. Dirac (1930) La scoperta dell’antimateria • Nel suo trattato “The Principles of Quantum Mechanics” (1930) il fisico inglese Dirac propone un’equazione di moto la quale, nella sua forma completa, implica che l’elettrone subisca un’accelerazione prima che sia applicata la forza acceleratrice. • Questo effetto precausale avrebbe luogo in un intervallo temporale di 10-23 secondi prima dell’applicazione della forza, attualmente non verificabile. • Dirac afferma: «Dobbiamo rivedere le nostre idee sulla causalità. La causalità si applica solo ad un sistema lasciato indisturbato. Se un sistema è piccolo non possiamo aspettarci di trovare alcuna connessione tra i risultati della nostra osservazione». • Dirac prevede anche l’antimateria, particelle caratterizzare da energia negativa la cui presenza viene rilevata per la prima volta nei raggi cosmici da Carl D. Anderson nel 1932.
    33. 33. La Relatività Ristretta confermata L’atomo scisso nel 1932 L’intervista radiofonica «It followed from the special theory of relativity that mass and energy are both but different manifestations of the same thing -- a somewhat unfamiliar conception for the average mind. Furthermore, the equation E is equal to m c-squared, in which energy is put equal to mass, multiplied by the square of the velocity of light, showed that very small amounts of mass may be converted into a very large amount of energy and vice versa. The mass and energy were in fact equivalent, according to the formula mentioned above. This was demonstrated by Cockcroft and Walton in 1932, experimentally ».
    34. 34. Il ruolo chiave dell’osservatore R. P. Feynman (1945) L’interazione sorgente-assorbitore • Nell’articolo “Interaction with the Absorber as the Mechanism of Radiation” (1945) i due fisici J. A. Wheeler e R. P. Feynman considerarono le soluzioni delle equazioni di Maxwell nella loro forma completa senza, cioè, trascurare quelle che ammettono una propagazione indietro nel tempo. • Spiegarono, in tal modo, certi fenomeni nei quali si ravvisa una certa reazione, da parte della sorgente, nell’emettere il segnale. • Tale reazione sarebbe dovuta al fatto che l’assorbitore (che assorbirà il segnale nel futuro) fa sentire la sua presenza immediatamente, sì che la sorgente ne avverte l’esistenza nell’atto di emettere il segnale. • Un’interpretazione diffusa tra i fisici quantistici è che il segnale stesso possa essere emesso proprio in virtù della presenza dell’osservatore. • In un universo privo di qualsiasi possibilità di assorbimento, la stessa emissione non potrebbe aver luogo. • Inoltre, Feynman introduce gli omonimi diagrammi per rappresentare le interazioni quantistiche.
    35. 35. La non-località quantistica John S. Bell (1963) Il Teorema di Bell • L'articolo di Bell Sul paradosso Einstein-Podolsky-Rosen (1965) analizza le misure su coppie di particelle entangled (intrecciate) che hanno interagito e sono state separate. • Mentre le teorie a variabili nascoste limitano le correlazioni possibili nelle successive misure sulle particelle, per la meccanica quantistica questi limiti alla correlazione (disuguaglianze di Bell) possono essere violati. • Vari esperimenti hanno violato le disuguaglianze di Bell, sancendo la superiorità predittiva della meccanica quantistica e dimostrando l’esistenza dell'entanglement quantistico o correlazione quantistica (il fenomeno per cui ogni stato quantico di un insieme di due o più sistemi fisici dipende dagli stati di ciascuno dei sistemi che compongono l'insieme, anche se questi sistemi sono separati spazialmente) e delle azioni a distanza previste dall'esperimento ideale EPR. • I principi della relatività speciale sono comunque salvati dal teorema di non-comunicazione, che implica l’impossibilità per gli osservatori macroscopici di utilizzare gli effetti quantistici per comunicare informazione a velocità superiore a quella della luce.
    36. 36. Le fisiche inconciliabili del XX secolo Relatività di Einstein Ambizione ontologica Spiega solo la gravità Valida nel macrocosmo Approccio deterministico La traiettoria è continua Più affine alla predestinazione Propende per il riduzionismo Non esistono osservatori privilegiati Lavoro di un singolo Meccanica Quantistica Interpretazione positivista Spiega tutto tranne la gravità Valida nel microcosmo Approccio probabilistico La traiettoria non esiste Più affine al libero arbitrio Propende per l’olismo Ogni osservatore è arbitro della realtà Lavoro di gruppo
    37. 37. Conferme inoppugnabili alle teorie La lente gravitazionale Quando un corpo di grande massa viene a trovarsi fra una sorgente di luce e l'osservatore, i raggi di luce provenienti dalla sorgente vengano deviati in modo tale da amplificare il segnale luminoso in modo simile ad una lente, giungendo, talvolta, a generare immagini multiple. L'osservazione diretta di un'immagine sdoppiata dall'effetto di un campo gravitazionale, si ha nel 1980. Il 29 marzo di quell'anno, infatti, si scopre la presenza di due quasar molto particolari: molto vicini tra loro e identici in quanto a luminosità e spettro. L'ipotesi che si tratti di un quasar doppio viene scartata poiché lo spettro luminoso osservato mette in evidenza che la luce proveniente da esso ha attraversato una nube di gas e polveri, e nonostante ciò le due immagini appaiono praticamente identiche. In seguito si effettuano le prime osservazioni di immagini triple e quadruple e, nel 1986, dell’anello di Einstein: Il tunnel quantistico Classicamente una particella può oltrepassare un ostacolo (o una barriera di potenziale) soltanto se possiede sufficiente energia. Tale situazione non è vera in meccanica quantistica: il grado di indeterminazione esistente tra i vari livelli di energia e tempo permette, per tempi che si aggirano intorno al miliardesimo di trilionesimo di secondo, ad un gruppo di particelle di prendere a prestito, dal "nulla", energia sufficiente per oltrepassare una barriera di potenziale altrimenti insuperabile. Il Principio di Indeterminazione vincola però tale transizione alla rapidissima restituzione dell'energia utilizzata nel prestito. Il nucleo di un atomo è normalmente circondato da una altissima barriera che non permette ai neutroni e ai protoni di allontanarsi da esso. Nonostante ciò ( specialmente nei minerali di Uranio e Radio) in seguito a Effetto Tunnel, i nucleoni, possono "scavarsi profonde gallerie" e lasciarsi alle spalle le barriere di potenziale rappresentate dall'attrazione nucleare, dando così vita al fenomeno della radioattività:
    38. 38. Questioni controverse Esistono i buchi neri? Attorno a un buco nero v’è una superficie ideale, detta orizzonte degli eventi, superata la quale, qualunque cosa è attirata irreversibilmente dal campo gravitazionale. Poiché neppure la luce riesce a allontanarsi dall'orizzonte degli eventi, un buco nero risulta invisibile e la sua presenza può essere attestata solo indirettamente tramite gli effetti del suo intenso campo. A tutt'oggi non è possibile conoscere lo stato della materia interna di un buco nero, le leggi stesse che regolano la fisica all'esterno dell'orizzonte degli eventi perdono validità in prossimità del buco nero. L'esistenza dei buchi neri non è sicura, in quanto manca ancora una osservazione diretta del fenomeno nelle immediate vicinanze dell'orizzonte degli eventi. Da maggio 2008, l’acceleratore di particelle LHC, presso il CERN di Ginevra, potrebbe generare minuscoli buchi neri che a causa della radiazione di Hawking dovrebbero evaporare in circa 10-42 secondi. Esiste il gravitone? Il gravitone è una particella elementare ipotetica, responsabile della trasmissione della forza di gravità nei sistemi di gravità quantistica. Questa particella è prevista nei modelli teorici che mira no ad unificare i fenomeni gravitazionali con quelli quantistici. La sua esistenza non è ancora stata sperimentalmente verificata. I gravitoni dovrebbero svolgere lo stesso ruolo svolto dai fotoni nell'ambito dell'elettrodinamica quantistica, ma contrariamente ai fotoni, che agiscono direttamente l'uno sull'altro e sulle particelle cariche, la gravità è creata da qualsiasi forma di energia che è difficile descrivere in modo analogo alla carica. Ad oggi tutti i tentativi di creare una teoria quantistica consistente per la gravitazione sono falliti. I gravitoni devono esercitare sempre una forza attrattiva e agire a qualsiasi distanza. Nella teoria quantistica, queste caratteristiche definiscono un bosone con spin pari (2 in questo caso) e massa a riposo nulla.
    39. 39. Problemi aperti Il campo elettromagnetico? I tentativi di unificare il campo gravitazionale (descritto dalle equazioni della relatività generale) col campo elettromagnetico (descritto dalle Equazioni di Maxwell) sono ancora in atto. Nel 1926, la teoria di Kaluza-Klein estende la teoria della relatività generale in uno spazio fornito di quattro dimensioni spaziali ed una temporale. La quarta dimensione spaziale non si estenderebbe all'infinito ma sarebbe arrotolata su se stessa a costituire, in ciascun punto, uno spazio compatto circolare. La compattificazione consentirebbe alla dimensione aggiuntiva di estendersi (a differenza di quelle ordinarie) su distanze infinitesime che sfuggirebbero alla sensibilità degli strumenti. Introdotta negli anni '60, la teoria delle stringhe recupera la congettura delle dimensioni aggiuntive "nascoste" dell'universo. In essa (e nella contigua M-teoria) si ipotizza l'esistenza di sei dimensioni spaziali aggiuntive, compattificate non in semplici cerchi, sfere o ipersfere ma nell'infinita varietà di forme degli Spazi di Calabi - Yau compatti: La massa delle particelle? Prevista dal fisico britannico Peter Higgs nel 1964 la particella di Higgs è necessaria per giustificare la massa nel Modello Standard; se non ci fosse la particella di Higgs, le particelle non avrebbero massa. La massa delle particelle dipenderebbe da quanto intensamente esse interagiscono con il bosone di Higgs: un elettrone, per esempio, sarebbe più leggero di un quark perché interagisce meno con il bosone di Higgs. Al CERN di Ginevra, nell’LHC (Large Hadron Collider). un anello lungo 27 km a circa 100 metri di profondità, a partire dal prossimo maggio, cominceranno a muoversi fasci di protoni a velocità prossime a quella della luce. Dall’urto di 2 protoni energetici, nascono centinaia di altre particelle, dando vita a quello che in fisica si chiama un “evento”. I rilevatori dovranno individuare, tra i tantissimi (circa 1 miliardo) eventi che avvengono ogni secondo, tracce del bosone di Higgs prima che si disintegri in altre particelle:
    40. 40. La gravità quantistica LQG e gravità semiclassica Applicando ad uno spazio-tempo curvo la teoria quantistica dei campi, si ha la l’incompatibilità dovuta alla dipendenza del vuoto dalla traiettoria dell'osservatore attraverso lo spazio-tempo (effetto Unruh). Un tentativo di teoria quantistica indipendente dallo sfondo è la LQG (Loop Quantum Gravity), una teoria dello spazio- tempo che si fonda sul concetto di quantizzazione dello spazio- tempo alla scala di Planck (10-35 m) mediante i loop (costituenti dello spazio-tempo, come i fili di una maglietta). Nella gravità semiclassica i campi di materia sono trattati come quanti mentre il campo gravitazionale come classico. La curvatura dello spazio-tempo è data dall'equazione semiclassica di Einstein: Gij=k〈Tij〉ψ dove ψ indica lo stato quantistico dei campi di materia. L’applicazioni più importante è la comprensione della radiazione di Hawking dei buchi neri: Un’ipotesi “stringata” Introdotta per superare le singolarità dovute ai modelli puntiformi, la teoria delle stringhe (o delle corde) ipotizza che i costituenti fondamentali della realtà (la materia, l'energia e in, alcuni casi, lo spazio e il tempo) siano stringhe o corde di lunghezza pari a quella di Planck (1,616x10-35 m) che vibrano a frequenze diverse. Il gravitone, la particella proposta quale messaggera della gravità, è descritta come una stringa con lunghezza d'onda uguale a zero. Il fotone avrebbe massa nulla in quanto risultante dall’elisione di tutte le componenti energetiche sui vari piani di vibrazione. Una particella ordinaria di massa non nulla nascerebbe dalle oscillazioni di una stringa nello spazio in cui alcune componenti energetiche non si elidono. La teoria (sia quella bosonica a 26 dimensioni sia la supersimmetrica a 10 dimensioni) non ha prodotto alcuna predizione sottoponibile a verifica sperimentale.
    41. 41. Supertentativi di avvicinamento Supersimmetria •La supersimmetria (o SUSY da SUperSYmmetry) mette in relazione le particelle bosoniche (che possiedono spin intero) con le particelle fermioniche (che hanno spin semi-intero) riguardo alla massa ed allo spin. •Ogni fermione dovrebbe avere un superpartner bosonico ed ogni bosone avrebbe un superpartner fermionico. •I superpartner dei fermioni avrebbero spin 0 e i superpartner dei bosoni avrebbero spin 1/2. •Le coppie sono state battezzate partners supersimmetrici, e le nuove particelle vengono chiamate spartner o superpartner, o sparticelle. •Nessuna di esse è stata fino ad ora individuata sperimentalmente ma si spera nel Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra in funzione dal 2007. •La teoria spiega alcuni problemi insoluti che affliggono il Modello Standard ma purtroppo ne introduce altri. Supergravità •La supergravità è una teoria di campo che combina la supersimmetria con la relatività generale. •Come ogni teoria di campo della gravità, anche la supergravità contiene un campo di spin-2 il cui quanto è il gravitone. La supersimmetria richiede che il campo del gravitone abbia un super-partner. Questo campo ha spin 3/2 ed il suo quanto è il gravitino. Il numero dei campi del gravitino è uguale al numero delle supersimmetrie. Si pensa che le teorie della supergravità siano le uniche teorie coerenti dei campi interagenti privi di massa con spin 3/2. •Il gravifotone e il graviscalare sono campi che compaiono, tra gli altri, nelle teorie di supergravità accoppiata a certi campi vettoriali (simili al fotone) in 4 dimensioni con 4 generatori di supersimmetria. Questi al momento sono il risultato della richiesta che la teoria sia supersimmetrica, in quanto ancora non sono stati rivelati partner supersimmetrici delle particelle elementari note.
    42. 42. La “mission impossible” di Mr. Bonac(c)i Time Magazine (2005) Blu Magazine (2007)
    43. 43. Rivisitazione della Relatività Ripartire dai fondamenti della Relatività, esaminandone tre aspetti trascurati Equazioni di Lorentz? Misura del tempo? Relatività tra v=c e v<c? Esistono particelle tra -m0c2 e +m0c2 L’atemporalità a v=c si palesa acausalità a v<c Il tempo è tridimensionale Estensione della Relatività Ristretta Estensione della Relatività Generale Relatività Assoluta
    44. 44. Estensione della Relatività Ristretta Sunto Il saggio Estensione della Relatività Ristretta propone una modifica alle equazioni di Lorentz tale che l’intervallo tra –m0c2 e + m0c2 abbia significato fisico, in grado di spiegare: • l’asimmetria materia-antimateria; • la freccia del tempo; • la natura del neutrino; • la materia oscura. Frontespizio del saggio
    45. 45. Una modifica Lorentz-invariante
    46. 46. Classificazione delle particelle
    47. 47. Livelli energetici e trasformazioni
    48. 48. Passaggi transmassa-nilmassa
    49. 49. Passaggi transmassa-cismassa
    50. 50. Violazione della simmetria CP
    51. 51. Tempo, materia oscura, neutrino FRECCIA DEL TEMPO • Le trasformazioni che producono materia, antineutrini e antitachioni, sono energeticamente favorite, cioè asimmetriche, rispetto a quelle che portano all’antimateria, ai neutrini ed ai tachioni. • Tale asimmetria definisce due versi temporali e noi, osservatori ordinari, stiamo seguendo quello a minima energia, come mostra la predominanza di materia, la cui abbondanza relativa, crescente rispetto all’antimateria, assurge a misurazione cosmica irreversibile del tempo. • Sebbene coincida con la freccia d’entropia, il fluire del tempo ha, dunque, una spiegazione in termini microscopici, svincolata da considerazioni termodinamiche. MATERIA OSCURA • La nilmassa ha le stesse caratteristiche della cosiddetta materia oscura, presentando effetti gravitazionali ed elettromagnetici inesplicabili per le attuali conoscenze. NATURA DEL NEUTRINO • La nilmassa a carica nulla presenta le medesime caratteristiche di neutrino (se m=0+ ) ed antineutrino (se m=0− ). VIOLAZIONE CONSERVAZIONE • Nelle trasformazioni in cui è coinvolta la cismassa, vi sono violazioni apparenti della conservazione di carica, spin e del bilancio massa-energia, in quanto gli osservatori ordinari non percepiscono né tachioni né antitachioni.
    52. 52. Possibili verifiche sperimentali
    53. 53. Estensione della Relatività Generale Sunto Il saggio Estensione della Relatività Generale propone una geometrodinamica esadimensionale, basata sulla dimostrazione della tridimensionalità del tempo tramite un esperimento ideale diodo- fotodiodo, in grado di spiegare: • la distribuzione quasi complanare degli oggetti celesti; • il getto di materia ed il disco d’accrescimento delle quasar; • il confinamento adronico e la libertà asintotica dei quark; • le coppie di Cooper e gli effetti Podkletnov e Searl. Frontespizio del saggio
    54. 54. Verso l’esadimensionalità (1963-2007) R.P. Kerr (1963) Descrive il buco nero con una metrica a sei componenti. J.S. Dowker (1977) Studia le divergenze ad anello singolo in sei dimensioni. R. Critchely (1978) Illustra la necessità d’integrare di due dimensioni il tensore sorgente relativistico 4X4 per spiegare l’anomalia di traccia di neutrini e gravitoni. F. Bastianelli, S. Frolov e A.A. Tseytlin (1999) Analizzano teorie conformi supersimmetriche in 3d e 6d. K. Intriligator (2000) Analizza le teorie di campo N= (2,0) in sei dimensioni a bassa energia. P.S. Howe (2000) Descrive alcuni aspetti del tensore multipletto (2,0) in sei dimensioni. R. Manvelyan e A.C. Petkou (2001) Analizzano le anomalie di traccia nel tensore multipletto (2,0) in 6d. B. Eden, S. Ferrara ed E. Sokatchev (2001) Descrivono i (2,0) OPEs superconformi a sei dimensioni. D.R. Lunsford (2003) Sviluppa una geometria di Weyl su SO(3,3) interpretando le due extradimensioni come materia coordinatizzata, mostrando come i neutrini 6d si palesino fermioni 4d massivi e proponendo l’unificazione di gravità ed elettromagnetismo. X. Chen (2005) Propone una teoria tempo-tridimensionale per unificare i principi base della fisica quantistica e la relatività, dove le due etra-dimensioni temporali sono interpretate come variabili quantiche nascoste e l’elettrone è espresso come monopolo. I. Bars (2006) Sviluppa una teoria 2T in 4+2 dimensioni che supera incongruenze nel Modello Standard. E. Bonacci (2006) Dimostra la tridimensionalità del tempo con un esperimento ideale di rilevazione diodo- fotodiodo, formulando una geometrodinamica esadimensionale basata su un tensore sorgente supersimmetrico 6x6 in grado di descrivere tutti i campi conosciuti. G. Sparling (2006) Conferma lo spazio-tempo a 3+3 dimensioni tramite considerazioni spinoriali, sollecitando una verifica sperimentale tramite il Large Hadron Collider. E. Bonacci (2007) Conferma la tridimensionalità del tempo in base al principio di reciprocità, estensione acausale della terza legge della dinamica che unisce la Relatività alla Meccanica Quantistica.
    55. 55. Dimostrazione tempo tridimensionale Sistema di rilevamento diodo-fotodiodo In Quiete Moto Circolare Uniforme Segnale laser in qualsiasi direzione Segnale laser in direzione angolare Segnale laser in direzione radiale Segnale laser in direzione tangenziale Moto Rettilineo Uniforme Segnale laser perpendicolare al moto Tempo Inerziale Tempo Tangenziale Tempo Angolare Tempo RadialeTempo a Riposo
    56. 56. Rilevamento diodo-fotodiodo in MCU
    57. 57. Tempo inerziale e tangenziale
    58. 58. Tempo angolare
    59. 59. Tempo radiale
    60. 60. Legame tempo-gravità • Nelle trasformazioni di Lorentz v’è proporzionalità tra il tempo e la massa: m/m0=∆t/∆t0. • Pertanto, le linee di flusso temporale forniscono, in condizioni quasi-euclidee, un’indicazione qualitativa dell’intensità d’interazione: ∆t=∆ti è l’interazione normale (relativistica); ∆t>∆ti è l’iperinterazione; ∆t<∆ti è la subinterazione.
    61. 61. Riferimenti esadimensionali
    62. 62. Tensore sorgente esadimensionale Supersimmetrico: consta di 4 quadranti ciascuno con 9 componenti Densità totale di energia T00 T01 T02 T03 T04 T05 Componenti flusso d’energiaT10 T11 T12 T13 T14 T15 T20 T21 T22 T23 T24 T25 Componenti densità d’impulso T30 T31 T32 T33 T34 T35 Componenti tensore degli sforzi (flusso di impulso) T40 T41 T42 T43 T44 T45 T50 T51 T52 T53 T54 T55 Può contenere tutte le sorgenti: energia-q.d.m., cariche elettromagnetiche e di colore
    63. 63. Continuum esadimensionale
    64. 64. Sfera rotante priva di struttura
    65. 65. Altre forme rotanti prive di struttura
    66. 66. Conseguenze dell’effetto equatoriale Effetto equatoriale iperattrattivo Allineamento spin elettronici nei superconduttori Accrescimento di materia intorno al corpo rotante Distribuzione quasi-complanare di corpi satelliti Coppie di Cooper condensate Dischi di accrescimento per quasar e buchi neri Anelli di Saturno Sistema solare Stelle all’interno delle galassie
    67. 67. Fenomeni ascrivibili all’effetto assiale Effetto assiale Subattrattivo (da vicino) Iperattrattivo (da lontano) Getto di materia da quasar e buchi neri Libertà asintotica dei quark Confinamento adronico
    68. 68. Anomalie imputabili all’effetto assiale Anomalie gravitazionali spiegabili con l’effetto repulsivo assiale di corpi rotanti privi di struttura Effetto Podkletnov (riduzione di peso) Effetto Searl (levitazione) Scudo gravitazionale (disco rotante di materiale ceramico) Gravitomagnetismo (segmenti rotanti di terre rare) Esperimento di Tampere? Searl Effect Generator? Equazione di Q. Majorana (coefficiente d’estinzione) Assorbimento gravitazionale Osservazioni astronomiche? Teoria di Russel (effetti mareali)
    69. 69. Fonti energetiche alternative? Modificare la gravità • Tramite dischi rotanti, assimilabili a corpi piatti non strutturati, si può generare subgravità o ipergravità; • tramite cilindri rotanti, assimilabili a corpi filiformi non strutturati, si può generare l’ipergravità; • pertanto la subgravità e l’ipergravità si configurano come possibili fonti energetiche alternative. Problemi costruttivi solo pochi materiali possiedono, a livello strutturale, un ordine parziale sufficiente per essere assimilati ad un corpo privo di struttura, e.g. le terre rare usate nell’effetto Searl o i superconduttori usati nell’effetto Podkletnov.
    70. 70. Relatività Assoluta Sunto Il saggio Relatività Assoluta propone l’indistinguibilità tra sistemi inerziali a v=c, caratterizzati dall’atemporalità, e quelli a v<c ove i corrispondenti fenomeni mostrano acausalità; ne segue: • il principio di reciprocità, estensione acausale dell’azione-reazione che suffraga la natura tridimensionale del tempo; • un modello di massa come elica elettromagnetica che spiega tutte le grandezze intrinseche delle particelle, l’irraggiungibilità della velocità c e della condizione a riposo per la massa, il dualismo onda-corpuscolo, l’assenza di monopoli magnetici e l’asimmetria materia antimateria. Frontespizio del saggio
    71. 71. Da un postulato ovvio… I sistemi di riferimento inerziali sono indistinguibili indipendentemente dalla loro velocità, compresa v=c Gli anelli elettromagnetici, possibili a v=c ove il tempo è fermo, si palesano eliche a v<c I fenomeni acausali, possibili a v=c ove il tempo è fermo, si palesano paradossi a v<c Il binomio causa-effetto non è necessario nella descrizione fisica né identificabile col principio di azione-reazione, reinterpretabile come reciprocità L’elica elettromagnetica, la cui energia interna è inferiore a quella esterna (cioè è stabile), è un modello efficace per descrivere massa e carica La reciprocità conferma il tempo tridimensionale ed unisce la Relatività alla Meccanica Quantistica La formazione di massa, pur essendo energia concentrata, è favorita in base al Principio di Minima Energia
    72. 72. L’anello elettromagnetico simultaneo
    73. 73. La massa è un’elica elettromagnetica
    74. 74. Caratteristiche del modello elicoidale
    75. 75. Quantizzazione e conservazione
    76. 76. La matita dell’Imperatore?
    77. 77. Principio di Reciprocità • Se causa ed effetto non sono più indispensabili nella descrizione fisica, azione e reazione possono essere considerate paritetiche e la terza legge della dinamica di Newton va riformulata come reciprocità. • Il principio esprime l’invarianza, nella descrizione fisica, a seguito della permutazione tra soggetto (causa) e complemento oggetto (effetto) all’interno di una proposizione ben formulata. • Superando lo schema causa-effetto a vantaggio di una perfetta simmetria logica e reversibilità temporale, costituisce l’anello mancante per unire Relatività e Meccanica Quantistica in merito ai paradossi acausali e precausali.
    78. 78. Bibliografia Estensione della Relatività di Einstein (Aracne, 2007) Beyond Relativity (Aracne, 2007)
    79. 79. Sitografia http://www.blumagazine.it/pisa.wmv http://atticon.sif.it/onlinepdf/atticon3691.pdf
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