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    figtitolo.gif (4762 byte)        LO SPAZIO QUANTISTICO  

Aldo Piana           

Parte seconda

Le influenze portate da Spazio Quantistico e Relazione alla interpretazione delle leggi fisiche e delle teorie più accreditate: possibilità di risoluzione delle conflittualità e dei paradossi, migliore intellegibilità delle scoperte e delle ipotesi apparentemente più incompatibili con logica ed esperienza.

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INDICE degli ARGOMENTI

7) I PARADOSSI DELLA COSMOLOGIA

8) LO SPAZIO QUANTISTICO E LA GEOMETRIA EUCLIDEA

9) LO SPAZIO-TEMPO NELLO SPAZIO QUANTISTICO

10) I SISTEMI COMPLESSI NELLO SPAZIO QUANTISTICO: DAL "RIDUZIONISMO" ALLA "EMERGENZA"  - I SISTEMI CAOTICI E DISORDINATI – NATURA E LIMITI DELLA CASUALITA'

11) UN ESPERIMENTO FONDAMENTALE: PROPAGAZIONE DELLE OSCILLAZIONI DI CAMPO

12) RED-SHIFT GRAVITAZIONALE

13) FENOMENI ASTROFISICI NELLO SPAZIO QUANTISTICO

(Alla PARTE PRIMA)

(Alla PARTE TERZA)

(Alla PARTE QUARTA)

(Alla HOME PAGE)

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Aldo PIANA   -   Corso Monte Grappa n. 13   -    10146  TORINO  (Italy)

E-Mail:  aldo.piana@fastwebnet.it

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I PARADOSSI DELLA COSMOLOGIA

(All’INDICE)     

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I paradossi cui si accenna di seguito derivano prevalentemente dalla difficoltà di interpretare correttamente e di correlare notizie ed informazioni relative alle scoperte effettuate nel campo dell'astronomia. Pur essendone nota l'origine e con la massima considerazione per gli immani sforzi compiuti dagli astronomi per rendere coerenti masse di dati ed indizi tanto labili quanto ambigui, richiamo l'attenzione sui paradossi che possono derivare dall'estensione e dall'accostamento di argomentazioni non comparabili a motivazione di ipotesi diverse almeno in apparenza più congeniali all'ambiente dello spazio quantistico.

L'argomento viene ripreso ed ulteriormente sviluppato nel capitolo dedicato alla costante di Hubble.

Le osservazioni più aggiornate hanno portato alla scoperta di oggetti astronomici (prevalentemente quasar ma recentemente, ad opera dell’Hubble Space Telescope, anche molte galassie) distanti sino a 10¸ 12 e più miliardi di anni luce da noi, disposti su tutto l'arco del cielo. Pertanto il diametro apparente dell'universo conosciuto risulterebbe compreso tra i 20 ed i 24 miliardi di anni luce.

Occorre però osservare che sono trascorsi 10¸ 12 miliardi di anni dal momento in cui sono partiti i segnali elettromagnetici che noi riceviamo oggi e che il diametro apparente dell'universo non è quello odierno bensì quello che risultava essere 10¸ 12 miliardi di anni fa.

Siccome l'età dell'universo è stimata intorno ai 15 miliardi di anni (tra 10 e 20, a seconda del valore attribuito alla costante di HUBBLE, il cui valore si colloca tra i 100 ed i 50 Km./sec. per Megaparsec, che consente di calcolare in base alla velocità di recessione derivata dal red-shift le distanze degli oggetti posti oltre la portata delle parallassi trigonometriche o delle distanze stimabili per confronto con candele campione). Ne consegue che gli oggetti più distanti avrebbero dovuto allontanarsi reciprocamente di oltre 20 miliardi di anni luce nel corso dei primi 3 o 5 miliardi di anni di vita dell'universo, il che rappresenta, secondo i principi introdotti dalla relatività, un paradosso.

Nemmeno la più recente teoria cosmologica dell'espansione inflazionaria col sottinteso ricorso a velocità espansive iperluminali, che, per altro, si applicherebbe soltanto sino a valori dimensionali proporzionalmente piuttosto modesti, può rendere conto di questo paradosso e diventa necessario rivedere le idee di base della cosmologia, ciascuna delle quali (teoria espansionistica del BIG-BANG, red-shift cosmologico e costante di HUBBLE, relatività generale, e teorie quantistiche) presa singolarmente risulta attendibile, in accordo sia con l’osservazione sia alla analisi matematica, ma che nel loro insieme danno luogo a paradossi di diverso genere.

Inoltre la luminosità reale degli oggetti più distanti, calcolata a partire dalla luminosità apparente alla distanza stimata in base a red-shift e costante di Hubble, è tale da richiedere meccanismi di conversione materia-energia di efficienza prossima e a volte anche superiore al 30%.

Una efficienza così elevata risulta di gran lunga superiore a quella di tutti i meccanismi noti costringendo ad ipotesi abbastanza azzardate (anelli di accrescimento intorno a buchi neri di massa pari a centinaia di milioni e fino a molti miliardi di masse solari e con il coinvolgimento di incredibili concentrazioni di massa nei loro dintorni tali da permettere la conversione in energia di varie masse solari/anno per periodi lunghi anche milioni o miliardi di anni). Queste ipotesi possono rendere conto delle quantità di energia in gioco ma non trovano al momento sufficienti conferme osservative circa la quantità di masse interessate.

E sono proprio le grandi concentrazioni di massa che dovrebbero essere interessate da questi fenomeni a rendere le stime delle emissioni di energia degli oggetti ai confini dell’universo molto improbabili poiché in queste regioni, interessate da grandissime velocità di espansione, le masse dovrebbero risultare molto più disperse che nelle regioni centrali ove, per altro, fenomeni di pari energia non si osservano.

Alternativa esteticamente molto attraente e capace di risolvere i paradossi cosmologici è l’ipotesi che il Big-Bang non sia avvenuto in uno spazio completamente vuoto ma occupato da nubi di materia (compresa anche quella materia oscura di cui si avvertono alcuni effetti gravitazionali nella rotazione delle galassie ma che non si riesce a scovare). L’onda d’urto dell’esplosione avrebbe in questo caso innescato quei processi di addensamento che hanno determinato la nascita di stelle e galassie, analogamente a quanto avviene nelle nubi galattiche ed intergalattiche interessate da esplosioni di supernove.

La "costante" di Hubble non sarebbe più in questo caso una costante ma diverrebbe un coefficiente decrescente in funzione della distanza e del tempo. Un "coefficiente" di Hubble decrescente avrebbe due conseguenze contrastanti : l’età dell’universo risulterebbe maggiore di quella attualmente stimata dilatando i tempi richiesti per la formazione delle galassie più vecchie ora troppo stretti ; per contro aumenterebbe anche la stima delle dimensioni dell’universo creando ulteriori difficoltà per spiegare l’intensità dei fenomeni ai suoi estremi.

La stima delle distanze d degli oggetti più lontani, e quindi delle dimensioni dell’universo, dipende però, oltre che da H0, "coefficiente" di Hubble, anche da V, cioè dalla velocità di recessione degli oggetti considerati ; a sua volta V si ricava da z, il red-shift che appare dallo spostamento delle righe spettrali in emissione ed assorbimento emesse dagli oggetti interessati, secondo le formule :

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Ma il red-shift dipende soltanto dalla velocità di recessione oppure anche da altre cause ? L’ipotesi che possa dipendere da una perdita di energia che la luce subirebbe nel suo percorso è già stata avanzata e quasi subito accantonata perché non si è trovato un meccanismo od un risultato osservativo capaci di motivarla.

Tuttavia l’azione del campo gravitazionale dovrebbe agire non soltanto sul percorso della luce che passa nei pressi di una massa deviandone la traiettoria ma anche sulla lunghezza d’onda della luce deviata, in funzione della massa e delle dimensioni del corpo che ne provoca la deviazione.

In questo caso l’azione del campo gravitazionale dovrebbe non solo deviare la luce dalla traiettoria originale ma provocare anche un allungamento della lunghezza d’onda pari a :

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dove l rappresenta la lunghezza d’onda della luce che si approssima ad una massa, l1 la lunghezza d’onda uscente ed a l’angolo tra la direzione d’entrata e quella di uscita (vedere fig. 14). La deviazione imposta al percorso della luce provoca dunque un red-shift dipendente dalla curvatura o, più correttamente nello spazio quantistico, dalla deformazione geometrica dello spazio, deformazione che a sua volta dipende dalla densità degli oggetti incontrati lungo il percorso ; ne consegue che ogni atomo incontrato nel percorso, il cui nucleo rappresenta quanto di più denso si conosca direttamente, devia la luce di un angolo infinitesimale. Le deviazioni ripetute si compensano per mantenere sulla distanza un andamento pressoché rettilineo mentre si sommano gli incrementi della lunghezza d’onda contribuendo al red-shift cosmologico e falsando la valutazione della velocità di recessione presumibilmente ben oltre il doppio del suo valore.

Come è possibile però verificare il contributo dei due componenti, effetto doppler prodotto dalla velocità di recessione e red-shift cosmologico di origine gravitazionale, che determinano il red-shift totale effettivamente misurato ?

Una prima indicazione potrà essere ottenuta da una comparazione statistica della distribuzione delle galassie. Vediamo in che modo. Considerato che l’espansione dell’universo provoca una dilatazione degli spazi intergalattici tanto maggiore quanto maggiore è la distanza, se noi effettuiamo, ad esempio, un conteggio delle galassie presenti per megaparsec cubico (l’unità di misura proposto potrebbe però risultare ancora troppo piccolo) ad una distanza di una decina di megaparsec da noi e successivamente lo confrontiamo col numero di galassie per megaparsec cubico a distanza di 20, 30, o più megaparsec dovremmo riscontrare una diminuzione delle galassie più lontane proporzionale all’inverso del quadrato della distanza. Il conteggio statistico dovrà ovviamente integrare il numero delle galassie, classificandone tipo e grandezza, correggendo il numero delle più piccole conteggiate a maggiori distanze per tener conto di quelle che potrebbero risultare non più visibili rispetto a quelle rilevate alle minori distanze; inoltre, siccome il conteggio dovrà essere in prima istanza effettuato in base alle distanze ora calcolate, sarà necessario procedere per successivi aggiustamenti. Se la proporzione nella distribuzione galattica risulterà diversa dalla quadratica inversa potrà essere derivata una immediata correzione delle distanze effettive e da questa derivare il contributo del red-shift cosmologico. Anche la costante di Hubble potrà essere determinata in questo modo con maggiore accuratezza.

In conseguenza del red.shift cosmologico, gli oggetti estremi, che apparentemente si allontanavano con velocità prossime alla velocità della luce all’epoca in cui partirono i segnali elettromagnetici che ci raggiungono ed osserviamo attualmente, risulterebbero in questo modo molto meno veloci e meno distanti, gli addensamenti di grandi masse più probabili perché cresciuti in un ambiente più favorevole, i processi energetici che li interessavano molto meno grandiosi e le dimensioni globali dell’universo all’epoca cui si riferiscono le nostre osservazioni perfettamente compatibili con le leggi fisiche note.

In questo scenario viene fortemente ridimensionata la presunta necessità di materia oscura per mantenere raggruppate galassie ed ammassi galattici poiché risultando minore la loro distanza diminuisce la loro dimensione. A ciò consegue un aumento dell’azione gravitazionale della materia rilevabile per le emissioni su tutto lo spettro elettromagnetico pari al rapporto dei quadrati tra dimensione precedentemente stimata e dimensione reale.

In uno spazio parzialmente occupato da nubi di materia diviene anche ipotizzabile la presenza di concentrazioni stellari, globulari o galattiche preesistenti che giustificherebbero la presenza di quegli oggetti che sembrano mostrare età eguali o superiori a quella stimata dell’universo. Al tempo stesso verrebbero a cadere le difficoltà per giustificare il passaggio dalla supposta isotropia iniziale alla anisotropia che ha portato alle formazioni stellari e galattiche.

Anche la "singolarità" all’origine del Big-Bang perderebbe gran parte della sua imperscrutabile singolarità per assumere un aspetto più vicino ad un iperbolico buco nero, in parte già risolvibile coi nostri attuali mezzi di indagine teorica ma che potrà essere ulteriormente approfondito nello spazio quantistico.

L’esplosione di un tale buco nero per il superamento di una soglia critica di accumulo di energia nello spazio che lo contiene è ancora da indagare15) (alle NOTE)   ma la particolare natura del buco nero può rendere conto dei meccanismi che hanno operato la completa distruzione di tutti gli elementi che ipoteticamente possono esservi confluiti in un precedente Big-Crunch e la loro ricombinazione in fase esplosiva negli elementi più semplici, idrogeno con una piccola percentuale di elio.

Nello spazio quantistico ed in un universo primordiale in cui il Big-Bang sia avvenuto in ambiente parzialmente occupato da nubi di gas e polveri anche con eventuali raggruppamenti stellari, é possibile ipotizzare un meccanismo espansivo capace di meglio spiegare taluni effetti osservati ed anche un processo di espansione pseudo inflattiva.

I valori di stato dei quanti di spazio, stratificati attorno ad una massa in espansione risultano a loro volta in espansione scorrendo verso l’esterno ed inducendo un movimento espansivo delle nubi di gas o degli oggetti circostanti anche se non ancora investiti dalla vera e propria onda d’urto che giungerà solo più tardi. L’effetto espansivo dovuto a scorrimento dei valori di stato è sincrono in ogni punto dell’universo essendo la variazione dei livelli di stato indipendente dal tempo. Il grafico in fig. 10 illustra l’aumento dei valori di stato su punti distanti da masse in espansione.

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Lo scorrimento dei valori di stato tende inoltre a provocare una diffusione pseudo-isotropica del materiale accelerato pur applicandosi a sfere di sempre maggiori dimensioni poiché la massa totale che li genera aumenta man mano ci si allontana dalla massa in esplosione per l’inglobamento delle masse di gas o polveri circostanti coinvolte nell’espansione.

 

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LO SPAZIO QUANTISTICO E LA GEOMETRIA EUCLIDEA

(All’INDICE)     

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La Relatività con l’introduzione del concetto di curvatura dello spazio ha involontariamente prodotta la coniazione del paradigma : "La distanza più breve tra due punti nello spazio non è rappresentata dalla retta che li congiunge ma da una geodetica".

Un paradigma di questo genere può facilmente provocare equivoche interpretazioni concettuali essendo espresso in modo categorico e sommario : vediamone le ragioni.

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Nella fig. 11 sono rappresentate due case, A e B, che si trovano sulle sponde opposte di un fiume che, ad una certa distanza da A e B, è attraversato da un ponte.

Sarebbe corretto dire che la distanza minore tra le due case è rappresentata dalla curva d2 anziché dalla linea retta d1 che le congiunge idealmente ? Il modo corretto per esprimersi dovrebbe essere : "La distanza minore tra A e B è rappresentata da d1 mentre il percorso più breve per andare da A a B e viceversa, ed anche l’unico possibile, è rappresentato dalla curva d2".

Analogamente nello spazio quantistico non è possibile muoversi tra due punti se non seguendo le geodetiche obbligate (ma il concetto di geodetica possibile deve essere rivisto) indotte dai campi ma non è opportuno abbandonare il concetto euclideo della minor distanza rappresentata dalla retta che li congiunge ; anche se si tratta di una raffigurazione astratta essa rappresenta l’unico sistema di sicuro affidamento per rappresentare la posizione degli oggetti nello spazio perché insensibile alle distorsioni cui è soggetto qualunque altro metodo che si proponga di tener conto o possa essere influenzato dalla geometria dello spazio.

Una ragione ulteriore è rappresentata dal fatto che lo spazio quantistico non risulta soltanto curvo ma è anche accidentato. Di conseguenza nessuna curva può rappresentarlo adeguatamente.

Proviamo ad immaginare un veicolo che compia il giro del mondo seguendone accuratamente la superficie solida ; il percorso seguito, visto da una distanza che consenta di comprenderlo totalmente nel campo visivo di un telescopio, apparirebbe come una circonferenza perfetta perché le imperfezioni del profilo terrestre (meno di 20 Km. di differenza radiale come valore massimo) rappresentano una percentuale (circa 0,30%) irrilevante e difficilmente rilevabile rispetto al raggio terrestre di oltre 6350 Km.

Nello spazio quantistico, qualsiasi orbita o traiettoria presenta delle irregolarità paragonabili a quelle della superficie terrestre poiché la curvatura dello spazio determinata dalla massa più importante di un sistema (il livello di stato a simmetria sferica dei quanti di spazio nei suoi dintorni) risulta alterata, e dinamicamente variabile, dalla presenza di masse circostanti in movimento oltre che dalle disomogeneità della stessa massa principale. L’invarianza di scala contribuisce poi a deformare ulteriormente lo spazio riportando alterazioni presenti a qualunque distanza.

Collegando due punti dello spazio con il nastro di una rotella metrica immaginaria, questo seguirebbe obbligatoriamente il percorso determinato dalla deformazione geometrica presente in quell’istante, ma il valore della distanza così misurato sarebbe valido solo in quell’istante e diverso da quello risultante in un momento successivo. Nemmeno la misura effettuata con l’uso di onde elettromagnetiche (con un radar o con un raggio laser) risulterebbe esente dalle distorsioni geometriche dello spazio anche se il percorso seguito dal raggio rappresenterebbe comunque quanto vi può essere di più approssimato alla retta o ad una geodetica.

In conclusione la configurazione geometrica dello spazio non può essere rappresentata da curve o superfici gaussiane perché si tratta di una deformazione volumetrica irregolare continuamente variabile ; il metodo di trattamento più conveniente, ancorché astratto, rimane ancora la geometria Euclidea, l’unica che possa col futuro sviluppo dei metodi di calcolo analizzare la distribuzione dei livelli di stato in ogni direzione con la più elevata approssimazione.

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LO SPAZIO-TEMPO NELLO SPAZIO QUANTISTICO

(All’INDICE)     

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Lo SPAZIO-TEMPO relativistico si è rivelato una geniale intuizione per aiutarci a comprendere il valore relativo del tempo in dipendenza del movimento, velocità ed accelerazione, degli oggetti nello spazio e le ragioni che ci impediscono di determinare le correlazioni temporali tra eventi e fenomeni diversi in movimento reciproco, non importa se vicini o distanti. Dal concetto di relatività del tempo è tuttavia derivato un effetto negativo con l’abbandono dell’idea di tempo assoluto di Newton ; anche se è necessario apportarvi alcuni aggiornamenti il tempo assoluto non può essere ignorato poiché due o più eventi in qualsiasi modo e con qualsiasi velocità si muovano nello spazio, a qualunque distanza si trovino, a qualunque sistema appartengano, fanno comunque sempre parte di un sistema di ordine superiore che li ingloba : ne consegue che non possono non essere connessi da un rapporto reale anche temporale.

Nello spazio quantistico i concetti di tempo relativo ed assoluto perdono il loro significato categorico e la conseguente incompatibilità. Vediamo come :

Dai concetti di Spazio Quantistico e di Relazione il tempo viene configurato come una conseguenza della linea di ritardo rappresentata dalla successione quantica che l’energia incontra nel suo movimento attraverso lo spazio. Due sono le considerazioni che derivano da questa configurazione del tempo : la prima è la invariabilità, e relativa motivazione, della velocità della luce che rappresenta il valore tipico, e limite, dello spostamento dell’energia tra i quanti dello spazio, mentre alla seconda consegue che il ritardo subito dal fotone per spostarsi nello spazio di una unità quantica, (unità di misura assoluta delle distanze), rappresenta il tempo assoluto ricercato e la sua stessa unità di misura ;  entrambe le unità sono indivisibili.

Per quanto riguarda la correlazione tra eventi distanti ed in movimento reciproco, indispensabile per il funzionamento e l’equilibrio dei sistemi, essa viene assicurata dall’azione della Relazione che agisce senza limiti e fuori del tempo.

Per il completo inserimento dello spazio-tempo relativistico nello spazio quantistico, è però importante capire come e perché tempo assoluto, o quantistico, e tempo relativistico siano discordi e per quale ragione il tempo tipico di un fenomeno abbia valore diverso a seconda delle modalità con cui gli oggetti coinvolti si muovono nello spazio.

Due ragioni concorrono a determinare la variabilità del tempo relativistico : la natura della materia, costituita come abbiamo visto da quantità discrete di energia (particelle) che si muovono reciprocamente lungo percorsi orbitali tracciati dalla configurazione geometrica dello spazio che le particelle stesse concorrono con priorità a determinare, e la velocità della luce, limite insuperabile per qualsiasi spostamento dell’energia nello spazio.

Consideriamo un singolo atomo appartenente ad un oggetto coinvolto in un processo e soggetto ad accelerazione; nulla impedirebbe ai suoi elettroni di muoversi attorno al nucleo alla velocità della luce ma se l’atomo risultasse a sua volta in movimento gli elettroni dovrebbero muoversi su un’orbita a spirale, (risultante tra la direzione della tangente istantanea all’orbita e la direzione verso cui si muove l’atomo) con velocità effettiva, rispetto allo spazio quantistico, superiore alla velocità della luce. Il che, per le ragioni postulate, non può avvenire.

Cosa succede allora agli oggetti quando il loro movimento nello spazio  viene accelerato? Tutte le particelle che lo compongono devono rallentare le velocità dei loro movimenti reciproci per compensare la velocità con cui l’oggetto si sposta attraverso lo spazio. Per gli oggetti dotati di moto uniforme l’equilibrio tra velocità di traslazione e velocità dei movimenti interni è stato raggiunto nel momento in cui il moto uniforme ha avuto inizio.

In altri termini la quantità di moto di cui ogni particella è dotata è fissa ed invariabile ; pertanto quando un corpo subisce una accelerazione, poniamo per esempio lineare, questa può avvenire soltanto a spese dei movimenti orbitali interni riducendone le relative velocità.

Ma se le variazioni delle velocità orbitali dei componenti interni di un oggetto, o di un sistema, dipendessero unicamente dalla accelerazione impressa al sistema stesso si verificherebbe una conseguenza disastrosa per il suo equilibrio dinamico.

Infatti le velocità orbitali subirebbero, oltre al rallentamento imposto dall’accelerazione del sistema, variazioni ad andamento multi-sinusoidale in dipendenza del diverso orientamento del piano dell’orbita e della tangente istantanea all’orbita nella posizione della particella rispetto alla direzione di accelerazione: i rapporti tra i componenti il sistema ne sarebbero sconvolti.

Ad assicurare la assoluta proporzionalità delle variazioni di velocità dei componenti interni provvede la configurazione geometrica dello spazio interno del sistema che con la strutturazione dinamica dei livelli di stato, costituisce la complessa organizzazione del sistema. Alla configurazione della geometria dello spazio sovrintende ovviamente la Relazione.

Ne consegue che se anche un solo componente del sistema ha velocità propria che sommata alla accelerazione dovesse tendere a superare la velocità della luce, tutti i componenti del sistema ridurrebbero proporzionalmente le loro velocità in modo da non far superare il valore critico al componente più veloce mantenendo in questo modo l’equilibrio dei rapporti interni. Anche le velocità orbitali conserveranno la loro uniformità e la assoluta proporzionalità nelle diverse posizioni ed orientamenti del percorso.

Supponiamo ora di osservare su due corpi celesti, o sistemi inerziali, che si muovono nello spazio con diversa velocità, un stesso fenomeno fisico, o una determinata reazione chimica. Un osservatore esterno ad entrambi i sistemi, supposto in grado di ricevere da questi segnali confrontabili, vedrebbe il fenomeno o la reazione avvenire con tempi diversi sui due sistemi e precisamente in modo più veloce sul corpo dotato di movimento più lento e più lentamente sul corpo più veloce. Gli osservatori che invece si trovassero su ciascuno dei due corpi vedrebbero i fenomeni avvenire con la stessa durata rispetto ai loro orologi di riferimento perché anche gli orologi subiscono lo stesso stiramento del tempo che influenza i fenomeni. Si tratti di orologi a pendolo, meccanici od atomici, le particelle che li costituiscono obbediscono alle stesse leggi degli eventi di cui misurano la durata.

E’ però opportuno rilevare che quando si parla della velocità di un corpo si sottintende, nei casi che abbiamo appena citato, la velocità di spostamento rispetto allo spazio quantistico. Ne deriva un effetto curioso : quando un corpo subisce una accelerazione può succedere che, per effetto delle sovrapposizioni dei movimenti dei sistemi di ordine superiore ai quali il corpo è legato, questa produca in effetti un rallentamento della velocità di traslazione rispetto allo spazio. A ciò consegue ancora che, se non si possono conoscere tutti i parametri che regolano i movimenti dei componenti la gerarchia dei sistemi a cui appartengono i due ipotetici corpi sopra descritti, non abbiamo alcuna possibilità di correlare i loro tempi locali non ostante questi siano connessi attraverso il tempo assoluto.

Ma se la velocità della luce è invariante rispetto allo spazio quantistico, gli osservatori situati sui due citati sistemi inerziali in movimento dovrebbero rilevare una diversa velocità della luce proveniente da un astro distante essendo diversa la loro velocità rispetto alla sorgente. In realtà la velocità effettiva della luce rilevata su di un sistema inerziale in avvicinamento od in allontanamento dalla sorgente può variare, se riferita al tempo assoluto T, rispettivamente da 2c a zero. La velocità rilevata sui sistemi in movimento risulterà invece sempre rigorosamente uguale a a zero. La velocità rilevata sui sistemi in movimento risulterà invece sempre rigorosamente uguale a c ; vediamone le ragioni:

Ponendo c = velocità della luce ;

l = lunghezza d’onda effettiva della luce e l1 = lunghezza d’onda misurata sul sistema in movimento ;

f ed f1 = frequenze corrispondenti a l e l1 ;

D = distanza percorsa dalla luce nello spazio quantistico, espresso in unità quantiche, nel tempo assoluto ;

v1 = velocità della luce rilevata su un corpo o sistema in movimento rispetto alla sorgente ;

d1 = spazio percorso della luce, misurato sul sistema in movimento;

t1 = tempo relativistico misurato sul sistema in movimento avremo :

1)  image588.gif (989 byte)  ;           e 1B)  image589.gif (1030 byte) 

ma se d1 risulta maggiore o minore di un fattore eguale k rispetto a d, anche t1 misurato sul sistema in movimento risulterà pari a k T per cui avremo :

2)  image590.gif (1111 byte)             quindi v1 = c 

il che significa che la velocità della luce misurata su un sistema in movimento rispetto alla sorgente, qualunque sia la velocità reciproca, risulterà sempre eguale a c.

La lunghezza d’onda l effettiva della luce, pari a :

3)  image591.gif (994 byte)                oppure    image592.gif (1067 byte)  

sul sistema in movimento risulterà invece :

4)        image593.gif (1096 byte) ,

ed essendo d1 = k D    sarà    l1 = k l     ed      f1 = f /k

evidenziando un effetto Doppler di cui k rappresenta il coefficiente.

Una conseguenza rilevante dell’inserimento dello Spazio-Tempo relativistico nello Spazio Quantistico riguarda le variazione dei tempi di reazione dei fenomeni fisici o dei tempi biologici e, per analoghe motivazioni, il funzionamento degli orologi su oggetti in orbita rispetto ai fenomeni od al tempo indicato dagli orologi situati sul corpo centrale di un sistema.

Oltre allo stiramento del tempo, sperimentalmente già verificato, dovuto ad accelerazioni ed effetti gravitazionali, il tempo dell’orologio orbitante dovrebbe risultare oscillante in funzione della posizione nell’orbita ; in altri termini il tempo indicato in una determinata posizione orbitale dovrebbe risultare accelerato o rallentato rispetto a quello indicato nella posizione diametralmente opposta. L’ampiezza dell’oscillazione dipende, oltre che dalle velocità effettive dei sistemi, dall’orientamento del piano dell’orbita rispetto alla direzione di spostamento del sistema ed è nulla nel caso, e nel momento, in cui il piano dell’orbita risulti normale rispetto alla direzione di spostamento nello spazio. L’oscillazione, sinusoidale rispetto all’orologio di riferimento a terra, apparirebbe irregolare rispetto al tempo assoluto perché alterata dalle sovrapposizioni cicloidali multiple sul percorso orbitale dovute alla somma dei movimenti di tutti i sistemi di ordine superiore.

Dopo quanto si è detto in merito alla velocità della luce, assoluta e relativa, ed al fluire del tempo indicato da orologi situati sugli oggetti in movimento nello spazio quantistico, occorre trovare le ragioni che hanno impedito a Michelson e Morley di verificare gli effetti del movimento della terra attraverso i quanti di spazio, in prima presunzione analoghi a quelli prevedibili per il movimento attraverso l’etere.

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L’interferometro di Michelson (vedere fig. 12)utilizzato nell’esperimento è uno strumento in cui la luce emessa dalla sorgente si muove in uno spazio a configurazione geometrica fissa all’interno della quale adegua la propria velocità in modo da non superare la velocità limite c che sarà poi mantenuta in ogni direzione analogamente a quanto avviene per ogni altro componente gli elementi del sistema nel quale si muove.

La velocità della luce misurata nel sistema darà sempre un valore pari a c, per le ragioni sopra ricordate e per le relazioni che intercorrono tra percorsi, tempi relativi ed assoluti richiamati nelle formule 1), 1B) e 2), quali che siano la velocità e la direzione con le quali lo strumento, ed il sistema inerziale di cui fa parte, si sposta nello spazio ; le variazioni di velocità postulate tra i percorsi interni dell’interferometro Michelson non sono possibili.

L’esperimento che consentirebbe di valutare il movimento della terra rispetto allo spazio quantistico, rappresentato nello schema sotto riportato, consiste nel misurare le differenze temporali registrate da orologi orbitanti nelle diverse posizioni del percorso orbitale rispetto ad un orologio di riferimento e terra.

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Nello schema (vedere fig. 13) sono previsti due orologi situati su orbite geostazionarie, una equatoriale ed una polare posti sulla verticale delle stazioni di riferimento a terra per facilitare lo scambio dei dati (ovviamente l’orbita equatoriale consente di avere il satellite in posizione costantemente fissa rispetto alla stazione a terra mentre l’orbita polare consente soltanto di avere il satellite in posizione sulla verticale della stazione ad una determinata ora del giorno. Pertanto, mentre per il satellite in orbita geostazionaria equatoriale è sufficiente una sola stazione di rilevamento a terra, il satellite in orbita polare richiede più stazioni per consentire il confronto diretto dei tempi misurati nelle due posizioni satellitari).

In questo modo sarebbe possibile verificare lo spostamento della terra nello spazio quantistico. L’andamento delle oscillazioni nelle diverse posizioni orbitali del sistema dotato di due satelliti consentirebbe di verificare non soltanto lo spostamento della terra rispetto allo spazio ma anche di determinarne, con buona approssimazione, velocità ed orientamento. Entrambi questi dati sono però soggetti a variazione continua in funzione delle sovrapposizioni multiple delle orbite dei sistemi nei quali la terra è inserita. Il rilevamento ripetuto più volte nell’arco dell’anno darebbe anche una indicazione dei valori momentanei della velocità e della direzione del movimento del sistema solare rispetto allo spazio.

 

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I SISTEMI COMPLESSI NELLO SPAZIO QUANTISTICO:

Il passaggio dal "riduzionismo" alla "emergenza"

(All’INDICE)     

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Lo studio dei sistemi complessi è appena ai suoi inizi e, non ostante ciò che molti autori hanno già proposto, l’argomento è stato appena sfiorato.

Tuttavia sin dall’inizio due correnti di pensiero si contrappongono nell’affrontare il problema dei sistemi : da un lato il concetto di riduzionismo portato avanti dai fisici della materia condensata al quale viene opposto il concetto di emergenza proposto all’inizio degli anni 70 dal fisico Philip W. Anderson.

Vediamo di che si tratta e quale contributo può derivare dallo spazio quantistico alla soluzione dei sistemi complessi.

I riduzionisti pensano di poter risolvere i sistemi analizzando le proprietà dei loro componenti ; in altri termini e come esempi si pensa di poter risalire alle proprietà di una molecola studiando gli atomi che la compongono o di una cellula scomponendo la sua gerarchia di sottosistemi sino al livello atomico. In altri termini il sistema, cioè il tutto, nel pensiero dei riduzionisti corrisponde esattamente alla somma delle sue parti.

Il concetto di emergenza, di cui Anderson è il capostipite, postula al contrario che quando un numero elevato di elementi si combinano in un sistema "emergono" proprietà che i singoli componenti non possiedono (da qui il termine). Parrebbe in altre parole che due più due possano fare cinque o dare comunque un risultato maggiore di quattro.

Così come sono stati espressi i due concetti si sarebbe portati a considerare il riduzionismo come il più aderente ad una logica rigorosa : i sistemi a più bassa complessità sembrano confermare la somma dei caratteri acquisiti dai componenti. Ma quando esaminiamo sistemi di alta complessità ci accorgiamo che mostrano caratteristiche diverse, a volte anche molto diverse, da quelle che potremmo aspettarci dagli elementi componenti. Attenzione però : diverse, non maggiori o minori. Usando l’esempio aritmetico di cui sopra potremo allora concludere che due più due fanno sempre quattro ma il quattro può apparire scritto con un carattere diverso.

Nello spazio quantistico è possibile comprendere il motivo per cui i caratteri di un sistema possono essere anche molto diversi da quelli combinati dei suoi componenti. All’interno di un sistema un componente perde la sua identità (che potrà riacquistare solo quando ne verrà estratto), e gli effetti prodotti porteranno ad attribuirgli nuove caratteristiche.

Vediamo quali sono le cause che all’interno di un sistema alterano le proprietà dei componenti : le caratteristiche di un elemento (atomo, molecola o sottosistema) sono determinate dalla sua configurazione geometrica interna che determina i percorsi delle particelle che lo compongono e, di conseguenza, le sue interazioni con i reagenti o gli strumenti utilizzati per determinarne le proprietà. La reazione mostrata è comunque sempre la stessa poiché sono sempre gli stessi elementi che vengono in contatto.

All’interno di un sistema complesso le situazione muta radicalmente poiché la geometria dell’elemento componente viene continuamente alterata dalla prossimità degli altri elementi, i percorsi interni delle sue particelle risultano modificati ed i suoi rapporti coi "vicini" cambiano con continuità. Per altro verso all’interno di un sistema un componente si trova in contatto con molti altri elementi che via via si comportano da catalizzatori o da reagenti con un continuo scambio di ruoli.

Se noi riuscissimo ad analizzare le caratteristiche di una molecola all’interno di un sistema scopriremmo che queste risultano non soltanto diverse da quelle di una analoga molecola isolata ma anche continuamente variabili nel tempo.

Un esempio della perdita di identità dei componenti è già stato proposto nella descrizione che ho dato del comportamento di protoni e quark all’interno del nucleo atomico.

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I SISTEMI CAOTICI E DISORDINATI – NATURA E LIMITI DELLA CASUALITA'

Lo studio dei sistemi complessi ha portato a definire caotico e disordinato il processo evolutivo dei sistemi a più alta complessità; a contribuire a questa definizione non è stata probabilmente del tutto estranea la Meccanica Quantistica con l'introduzione e l'estensione dei concetti di indeterminazione.

Ma caos e disordine come si conciliano con lo spazio quantistico e la relazione?

Occorre per prima cosa, per comprendere la natura degli eventi designati, verificare se i termini vengono usati nel rispetto del loro valore semantico ed etimologico o se ad essi viene attribuito un significato nuovo e diverso.

I termini caos ed il suo sinonimo disordine indicano in origine la disposizione non rispondente ad alcun disegno degli elementi primigeni. Si applicano cioè ad una situazione prevalentemente statica mentre nella loro applicazione fisica si riferiscono non già alla disposizione statica degli elementi componenti bensì alla dinamica evolutiva dei sistemi complessi.

A questo punto sorge il dubbio se si vogliono riferire a processi che si sviluppano al difuori di ogni regola o viceversa a sviluppi che obbediscono ad una sequenza così articolata e complessa di regole impossibile da identificare che, pertanto, ne impedisce la corretta previsione.

Nello spazio quantistico, ma non solo in questo, è assurdo pensare che esistano fenomeni che possono svilupparsi al difuori delle leggi fisiche, conosciute o non ancora tali.

Nelle ipotesi che abbiamo formulato ogni particella, o più esattamente l'energia che legandosi ai quanti contenuti in un certo volume di spazio genera la particella appartenente ad un sistema, si muove seguendo la strada tracciata dalla geometria dello spazio dalla quale non ha alcuna possibilità di discostarsi. Se immaginassimo che una particella possa uscire dal suo percorso obbligato, condizione fondamentale per innescare uno sviluppo caotico del sistema di cui fa parte, dovremmo ammettere che la particella dispone di una volontà propria; il che è assolutamente assurdo anche perché, se ciò fosse possibile, l'universo si disintegrerebbe nel giro di una frazione di secondo.

Caos e disordine assumono in questo modo il significato traslato più proprio di pseudo caos e pseudo disordine per indicare fenomeni evolutivi governati da una geometria dello spazio che non abbiamo, almeno per ora e spero solo per ora, alcuna possibilità di decifrare.

Che i fenomeni "caotici" siano in realtà tali solo per insufficiente conoscenza degli elementi che vi concorrono è dimostrato dalla meteorologia, che si occupa dello studio evolutivo del sistema più complesso alla nostra diretta portata cioè della nostra atmosfera, le cui previsioni divengono sempre più affidabili man mano si diffondono ed affinano le nostre rilevazioni e le nostre capacità di calcolo.

Per completare il quadro della evoluzione dei sistemi occorre ancora rammentare che si osservano sistemi con eguale livello di complessità apparente che tuttavia mostrano una attitudine anche molto diversa di corrispondere alle nostre capacità previsionali.

Nel capitolo dedicato alle gerarchie di sistemi si è già accennato al diverso contributo evolutivo dovuto alla geometria degli spazi interno ed esterno ai sistemi: la diversa intensità con cui sono tracciati i percorsi nei due spazi, i diversi rapporti che legano un sistema al sistema di ordine superiore di cui fa parte determinano la maggiore o minore capacità del sistema di mantenere il proprio equilibrio interno e quindi di rispondere in diversa misura alle nostre previsioni.

Il che consente di definire anche natura e portata della casualità che differenzia i percorsi evolutivi di due sistemi eguali non solo per la diversa collocazione spaziale cui si è già accennato ma anche per la diversa intensità di legame coi sistemi di ordine superiore.

 

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UN ESPERIMENTO FONDAMENTALE:

La verifica delle modalità di propagazione delle variazioni di campo

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- Un esperimento fondamentale per verificare l’attendibilità della teoria della Relazione è la determinazione delle modalità di propagazione delle variazioni di campo. La Relazione postula che il campo si propaghi sincronicamente con il corpo che lo genera, a qualunque distanza dal corpo stesso; in altri termini qualsiasi variazione di campo deve propagarsi nello spazio quantistico istantaneamente senza subire alcuna deformazione temporale.

Non mi risulta che un esperimento inteso a verificare queste modalità di propagazione sia mai stato tentato. Per determinarle si può procedere in questo modo:

Le onde che originano da due generatori di campi oscillanti sincroni, A e B, distanti tra di loro vengono captate da un sensore S posto tra i due generatori. La sincronia tra i due generatori di campo viene assicurata alimentandoli a partire da un oscillatore comune G collegato ad entrambi con connettori di identica lunghezza (C1 e C2).

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Se le onde di campo si propagano a velocità finita il sensore S le capterà in fase e con la stessa ampiezza (fig. 9 B (A)) quando si troverà in posizione centrale S1 rispetto ad A e B mentre in qualsiasi posizione fuori dal piano centrale (S2) le capterà con una sfasatura proporzionale alla velocità di propagazione ed alla differenza tra le distanze del sensore dai due generatori (fig. 9 B (C)).

Se invece le variazioni di campo, come postulato dalla Relazione, si propagano sincronicamente le onde captate dal sensore dovranno risultare sempre in fase quale che sia la differenza che intercorre tra il sensore e ciascuno dei generatori. (fig. 9 A (A)-(B))

Le figure 9 A e 9 B (A, B, C) mostrano la disposizione dei componenti del complesso sperimentale e la rappresentazione grafica delle onde che si dovrebbero rilevare nel corso dell’esperimento.

Fig. 9 B (A) - Onde rilevate da sensore in posizione centrale esattamente sovrapposte

Fig. 9 B (B) - Onde rilevate da sensore in posizione decentrata nel caso di propagazione sincrona. (Le onde emesse dai due generatori risultano in fase anche se con ampiezza diversa)

Fig. 9 B (C) - Onde sfasate e di diversa ampiezza rilevate da sensore in posizione decentrata nel caso di propagazione a velocità finita.

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Un esperimento di analoga impostazione (vedere la figura 9 C) può essere eseguito anche per la verifica delle modalità di diffusione delle onde gravitazionali sostituento ai generatori di campo oscillante due coppie di masse rotanti ad elevata velocità ed al sensore una antenna capace di captare onde gravitazionali. Anche in questo caso sia il confronto delle onde rilevate dall’antenna in posizione centrale rispetto alle due coppie di masse rotanti sia le onde captate in posizione decentrata non dovrebbe mostrare sfasature.

Va però rilevato che gli esperimento proposti, non ostante una apparente semplicità concettuale, presentano difficoltà realizzative estreme. Occorre infatti determinare differenze molto piccole rispetto alla velocità della luce su distanze quanto più possibile ridotte, costruire coppie di oscillatori estremamente precisi e sensori di elevatissima sensibilità, schermare le apparecchiature da tutte le interferenze esterne, eseguire una serie di rilevazioni con modalità via via più accurate per approssimare sempre più la possibile sincronia degli eventi confrontati.

 

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RED-SHIFT GRAVITAZIONALE

(All’INDICE)    

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Nello spazio quantistico la deviazione della luce dal suo percorso rettilineo operata da grandi masse o da oggetti di grande densità subisce, oltre al cambiamento di direzione, uno stiramento dell’onda, vale a dire un red-shift di origine gravitazionale.

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La luce proveniente da una sorgente lontana con direzione d ed in arrivo con una lunghezza d’onda l, si allontana dalla massa M con direzione d1 e con lunghezza d’onda l1. (vedere fig. 14)

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Nel caso del sole l’effetto gravitazionale, oltre a produrre una deviazione al percorso della luce, deviazione rilevata a suo tempo (Eddington) per confermare la Relatività, provoca anche uno stiramento dell’onda che sarà però molto più difficile da rilevare.

Lo spostamento verso il rosso provocato dalla nostra stella può essere calcolato con la formula sopra riportata ricavando cos a dal raggio dell’astro e dalla lunghezza focale della lente gravitazionale solare che si valuta intorno a 550 Unità Astronomiche.

Il valore del red shift risulta:

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FENOMENI ASTROFISICI NELLO SPAZIO QUANTISTICO

(All’INDICE)     

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Nell’ambito dello spazio quantistico, e delle teorie ad esso collegate, è possibile formulare alcune ipotesi per comprendere origine ed evoluzione dei più importanti fenomeni astrofisici osservati o previsti dalle teorie attualmente più accreditate.

Cominciamo ad esempio col vedere quali meccanismi possono dare origine alla formazione di dischi protoplanetari e, successivamente, alla formazione di pianeti. Occorre notare che tali dischi ben difficilmente possono formarsi insieme alla stella centrale; solo successivamente la loro formazione sarà innescata dalla stella stessa e sarà influenzata dalle modalità che ne hanno determinato la nascita.

La stella può avere origine principalmente in tre modi diversi:

Per addensamento "spontaneo" di una nube di gas e polveri (il collasso di una nube non è del tutto spontaneo perché viene innescato da perturbazioni gravitazionali indotte da altre nubi giganti, ammassi globulari o galassie). Questa modalità può richiedere tempi anche molto lunghi con la probabilità di portare alla formazione di una prima generazione di stelle molto grandi e di vita breve destinate a finire come supernove. Stelle di questa generazione difficilmente possono dar vita a dischi protoplanetari ed ancora più difficilmente essere dotate di pianeti perché la loro breve esistenza non può favorirne la formazione.

Per collisione di due distinte nubi di gas e polveri, che ha forti probabilità di dare origine a sistemi di stelle doppie o multiple. Nel caso di stelle doppie o multiple la probabilità di portare alla formazione di dischi protoplanetari e di pianeti dipende dalla loro reciproca distanza: due o più stelle raggruppate a distanza molto breve possono avere un disco comune centrato sul centro di gravità del gruppo mentre coppie di stelle a grande distanza possono avere dischi individuali. In entrambi i casi le perturbazioni gravitazionali delle stelle sui dischi delle compagne possono non essere distruttive mentre a distanze intermedie le perturbazioni reciproche sono tali da non consentire la formazioni di dischi. Quando la distanza lo consente, la formazione di dischi protoplanetari procede come descritto più avanti.

Per azione dell’onda d’urto di una supernova su una nube che può determinare la formazione di un elevato numero di stelle singole gravitazionalmente interagenti. L’onda d’urto di una supernova costituisce il tipo di innesco di genesi stellare che ha le maggiori probabilità di portare alla formazione di dischi protoplanetari con caratteristiche simili a quello da cui si è formato il sistema solare. La supernova arricchisce infatti di elementi pesanti le nubi molecolari di cui provoca il collasso; gli elementi pesanti, al margine della nube, non vengono però inglobati nella stella che in quantità minima poiché l’inizio delle reazioni termonucleari determina una forte instabilità che espelle gli strati superficiali leggeri e rallenta o ferma il collasso degli elementi più pesanti.

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Nelle figure 19A, 19B e 19C sono schematicamente illustrate le fasi del collasso di una nube di gas per azione dell’onda d’urto di una supernova. Nella fase iniziale il fronte dell’onda d’urto comprime la nube, uno sferoide irregolare, che comincia a collassare. Nella seconda fase l’addensamento crescente determina la formazione di una massa che accelera il collasso per azione gravitazionale. Per ultimo, nel primo periodo di vita dell’astro neonato, quando hanno inizio le reazioni termonucleari, la stella attraversa una fase di forte instabilità con ripetuti episodi esplosivi che espellono gli strati superficiali. Sino a questo punto però ciò che rimane della nube nei paraggi della stella ed il materiale espulso in fase esplosiva sono ancora distribuiti in un volume pressochè sferico mentre il fronte dell’onda d’urto mantiene ancora la forma di calotta sferica, parzialmente deformata, centrata sulla supernova.

Nelle fasi che seguono la rotazione della stella, che ha acquisito per conservazione del momento angolare della nube d’origine una elevata velocità, trascina in rotazione il campo gravitazionale (Trascinamento dello spazio-tempo da parte di una stella in rotazione, effetto Lense-Tirring o effetto gravitomagnetico di Einstein) dando origine al disco protoplanetario.

Vediamo come nello spazio quantistico si possono spiegare l’effetto Lense-Tirring, la formazione del disco e successivamente l’aggregazione del materiale del disco nei pianeti.

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All’origine dei fenomeni che coinvolgono il materiale interstellare sta la configurazione geometrica dello spazio quantistico, e la sua evoluzione dinamica, determinata dalla distribuzione dei livelli di stato. In figura 20 è ripreso e rappresentato il concetto ipotizzato di "alone di massa" delle particelle che ha la proprietà di deformare (o, con termine più appropriato, "configurare") lo spazio intermedio circostante. La presenza e la disposizione degli aloni di massa attribuisce ai quanti dello spazio un diverso livello di stato la cui distribuzione traccia i percorsi più favorevoli che le particelle seguiranno.

A livello macroscopico la massa di una stella, a maggior ragione se di recente formazione, non è affatto distribuita con uniformità radiale crescente verso il centro ma, per effetto della turbolenza causata dalle reazioni termonucleari, è caratterizzata da forti difformità tanto superficiali che profonde.

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Se ora immaginiamo lo spazio circostante la stella costituito da una successione di sfere virtuali concentriche (ved. fig. 21 e 22), a distanza di un quanto di spazio una dall’altra, su ognuna di esse riscontreremo, per effetto della tendenza all’invarianza di scala, una distribuzione dei livelli di stato che ripropone, con le dovute proporzioni, le difformità della massa stellare. La rotazione della stella trascina le sfere virtuali con la sua stessa velocità angolare determinando uno scorrimento dei livelli di stato con velocità massima sul piano normale all’asse di rotazione della stella (l’anello A in fig. 21); la diversa velocità di scorrimento dei livelli di stato convoglia il materiale che si trova distribuito sfericamente intorno alla stella sul piano dell’anello A determinando la formazione del disco16) (alle NOTE).

Il materiale si dispone nel disco seguendo l’ordine imposto da una complessa meccanica in cui si combinano densità degli elementi, velocità e movimento reciproco, velocità di collasso (positiva, o negativa per il materiale espulso), velocità angolare della stella e di scorrimento dei livelli di stato.

Il risultato più probabile è una disposizione che vede alla periferia del disco il materiale più leggero espulso dagli strati superficiali dell’astro e nelle zone più interne gli elementi più pesanti catturati dal fronte dell’onda d’urto che le esplosioni iniziali non hanno completamente fermato e che il campo della stella frantuma localmente catturandone i componenti.

Formato il disco inizia, con la cattura dei materiali più piccoli da parte dei planetesimi di maggiori dimensioni, la formazione dei pianeti; al crescere della massa i planetesimi aumentano la loro velocità approssimandosi alla stella in un percorso a spirale che spazza dal disco tutto il materiale incontrato.

La loro crescita, ed il loro avvicinamento alla stella, non si arrestano sino a che non incontrano una fascia che è già stata svuotata da un altro pianeta in formazione, o dalla stella stessa per la fascia più interna. (ved. fig. 23).

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Un altro fenomeno osservato che può trovare valida spiegazione nello spazio quantistico riguarda la presenza di getti radiativi o di materia da parte di stelle di neutroni o di galassie particolarmente attive. In questi casi è la presenza di un disco di accrescimento, di un raggruppamento di stelle disposte su un piano discoidale o in un volume ellissoidale, a determinare una configurazione geometrica che crea una canale preferenziale per il materiale espulso dall’oggetto attivo.

Vediamo in che modo.

La possibilità di espulsione di materiale (o di radiazione) da una stella o da un corpo qualsiasi dipende dalla loro massa e densità che determinano la velocità di fuga. Questa rappresenta la velocità minima di partenza di un oggetto affinchè possa percorrere a ritroso il percorso tracciato dell’andamento dei livelli di stato nei dintorni della stella.

Per un corpo isolato la distribuzione dei livelli di stato segue un andamento perfettamente sferico il che significa che la velocità di fuga è radialmente uniforme. Nel caso invece di una stella circondata da un disco di accrescimento la distribuzione dei livelli di stato viene alterata dalla presenza del disco che sovrappone alla distribuzione sferica dei livelli della stella una distribuzione aggiuntiva di livelli crescenti sul piano del disco. I livelli di stato sul piano del disco non hanno però andamento crescente fino al centro della stella ma in vicinanza di questa presentano due infossature contrapposte con minimo coincidente coll’asse di rotazione del sistema. (ved. fig. 24 e 25)

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In corrispondenza dell’asse di rotazione si forma pertanto un corridoio preferenziale per l’espulsione di materiale o di radiazione dove la velocità di fuga risulta minore; i campi magnetici provvedono poi a focalizzare i getti in misura della loro intensità.

Analogamente a quanto accade per le stelle singole anche le galassie con distribuzione ad ellissoide schiacciato o a disco presentano un canale preferenziale di espulsione in corrispondenza dell’asse di rotazione; la maggiore o minore attività del nucleo in rapporto alle velocità di rotazione, alla massa totale ed alla sua distribuzione, ai campi magnetici, ecc., determinerà l’entità degli eventuali getti.

Il fenomeno più elusivo previsto dalle teorie riguarda però i buchi neri, la loro evoluzione ed il loro destino finale. Questi oggetti misteriosi non sono mai stati visti (né mai lo potranno), come è ovvio attendersi per le loro caratteristiche, ma osservazioni recenti mostrano effetti che solo gigantesche concentrazioni massive, quali quelle rappresentate da enormi buchi neri, possono giustificare.

Le osservazioni costituiscono un indizio importante e praticamente incontestabile a sostegno delle teorie che prevedono la formazione dei buchi neri in presenza di particolari condizioni gravitazionali. D'altronde lo sviluppo matematico delle teorie pare non lasciare dubbi sulla loro ineluttabilità.

Tuttavia anche dando per assodato che la materia possa collassare fino a formare un oggetto la cui velocità di fuga sia superiore alla velocità della luce e dal quale quindi nulla possa fuoruscire non è chiaro sino a che punto il collasso possa proseguire e che fine farà la materia che vi è confluita.

Gli studi condotti da Stephen Hawking, col quale ha collaborato Roger Penrose, propongono un meccanismo che può consentire al buco nero di "evaporare" riemettendo sotto forma di energia tutta la materia che contiene ma altri fisici quali Gerard ‘t Hooft e Leonard Susskind, avvertono in queste ipotesi un paradosso per la perdita di informazione che avviene nel momento in cui la materia è catturata dal buco nero. Inoltre la radiazione di Hawking che riscalda il materiale in caduta viene da questo riportata in massima parte nel buco nero al momento della cattura.

Vediamo quali ipotesi si possono avanzare nello spazio quantistico per risolvere la questione e quale può essere la sorte dei buchi neri.

Ricordando le caratteristiche che abbiamo attribuito allo spazio quantistico:

la particella materiale è costituita da uno o più quanti di spazio sui quali si instaura una quantità discreta di energia,

la massa è costituita da un alone che circonda la particella; nell’alone i quanti di spazio condividono in parte l’energia della particella (a sua volta l’alone di massa agisce sui quanti esterni modificando il loro livello di stato configurandone la geometria),

il quanto di spazio può assumere qualsiasi quantità di energia a condizione che il suo livello di stato sia sufficentemente elevato e trattenerla sino a che la distribuzione dei livelli al suo esterno non superi una determinata pendenza,

dai postulati di cui sopra si possono derivare, con buona attendibilità, le seguenti ipotesi:

Il materiale in caduta nel buco nero esercita su quest’ultimo una attrazione gravitazionale che ha il potere di rallentarne il collasso. Fino a che esiste materia fagocitabile nei suoi dintorni, il buco nero non può completare il suo collasso.

Dopo che il buco nero ha svuotato tutto lo spazio circostante16b) (alle NOTE) inizia la fase finale della sua esistenza con il collasso di tutta la materia che vi è confluita (ormai completamente degenerata) verso un unico quanto di spazio centrale. Il collasso finale richiede presumibilmente tempi lunghissimi fino a che all’interno dell’orizzonte degli eventi vi è un numero di quanti sufficiente per contenere la frazione di energia che costituisce l’alone di massa. E’ opportuno rammentare che nell’ipotesi l’alone di massa per un oggetto in movimento nello spazio quantistico16c) (alle NOTE) viene continuamente ricreato a velocità luminale dall’energia contenuta nelle particelle; ne consegue che l’alone non può estendersi oltre l’orizzonte degli eventi.

Proseguendo il collasso l’orizzonte degli eventi si restringe comprimendo anche l’alone di massa; questa compressione imprime una accelerazione al collasso gravitazionale che a sua volta determina un ulteriore restringimento dell’orizzonte degli eventi in successione a velocità crescente iperbolicamente.

Al termine di questa fulminea implosione tutta l’energia si trova concentrata in un solo quanto, l’orizzonte degli eventi ha il diametro del quanto stesso e l’alone di massa non può più venire riformato.

A questo punto non vi è più nulla che possa trattenere l’energia del buco nero che in una immane esplosione rimanda nello spazio alla velocità della luce tutta la materia che vi era confluita.

In questa successione di eventi rimane un solo punto da chiarire. Che fine ha fatto l’informazione contenuta nella materia?

Nello spazio quantistico l’informazione non è impressa nelle particelle materiali o nella loro distribuzione ma è connessa alla configurazione geometrica dello spazio che da questa distribuzione deriva; quando l’energia espulsa dall’esplosione del buco nero si è sufficientemente diradata la distribuzione dei livelli di stato ricostruisce l’informazione nella forma consentita dalla densità. Non solo l’informazione contenuta nella materia confluita nel buco nero non si è perduta ma nemmeno l’informazione propria del buco nero viene perduta nella sua esplosione perché quando si ripresenteranno le opportune condizioni di interazione tra energia e spazio anche l’informazione del buco nero sarà ricostruita.

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NOTE:

15) Nello spazio quantistico l’esistenza di un buco nero è ipotizzabile soltanto all’interno di un raggruppamento di masse che determinano un andamento crescente del livello di stato verso il buco nero. Quando quest’ultimo, formatosi al centro di una galassia, dovesse catturare tutta la galassia si verificherebbe una situazione analoga a quella ipotizzata per le particelle esotiche create nei grandi acceleratori : una elevata quantità di massa concentrata in un ristretto volume ad elevatissimo livello di stato inserita in uno spazio esterno a livello di stato "normale" determinerebbe l’esplosione del buco nero con effetti analoghi, anche se su scala minore, a quelle previsti per il big-bang. Vedere per maggiori dettagli le ipotesi proposte per l’evoluzione ed il destino finale dei buchi neri. (Torna al Testo)

16) Se la disposizione dei livelli di stato sulle sfere virtuali fosse uniforme non sarebbe possibile il trascinamento dello spazio-tempo previsto dall’effetto Lense-Tirring né la formazione di dischi protoplanetari o di accrescimento; il materiale attratto dalla stella cadrebbe direttamente su di essa venendone inglobato. (Torna al Testo)

16b) La dimensione dello spazio che il buco nero deve svuotare prima di poter proseguire il collasso verso il traguardo finale dipende dal rapporto tra la sua massa e la massa totale presente all’esterno di tale spazio. Questo rapporto è al momento indeterminato. (Torna al Testo)

16c) Non possono esistere oggetti "fermi" rispetto allo spazio per le caratteristiche intrinseche dell’energia che è la costituente della materia. (Torna al Testo)

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