La “Loop Quantum Gravity” (LQG), ideata da Carlo Rovelli e Lee Smolin nel 1990 sulla base del concetto di “spin network” (rete di spin) ideato nei primi anni ’70 da Roger Penrose, rappresenta una delle piu’ affascinanti ed eleganti teorie gravitazionali.
In fisica, una rete di spin è un tipo di diagramma che puo’ essere usato per rappresentare gli stati e le interazioni tra particelle e campi in meccanica quantistica. Dal punto di vista matematico, i diagrammi sono un modo conciso per rappresentare funzioni multilineari e funzioni tra gruppi di matrici. La notazione diagrammatica spesso semplifica il calcolo perché semplici diagrammi possono essere usati per rappresentare funzioni complicate. A Roger Penrose è attribuita l'invenzione delle “reti di spin” nel 1971, anche se simili tecniche diagrammatiche esistevano anche prima di allora. Le reti di spin sono state applicate alla teoria della gravità quantistica da Carlo Rovelli, Lee Smolin, Jorge Pullin e altri.
Una rete di spin, come descritta da Penrose nel 1971, è una sorta di schema in cui ogni segmento di linea rappresenta la linea di universo di una "unità" (una particella elementare o un sistema composto di particelle). Tre segmenti di linea convergono in ogni vertice. Un vertice può essere interpretato sia come un evento in cui una singola unità si divide in due, sia come uno in cui due unità si scontrano e si uniscono a formare una singola unità. Schemi le cui linee-segmenti sono tutti uniti nei vertici sono chiamati reti di spin chiuse. Il tempo può essere visto scorrere in una direzione, piuttosto che dal basso verso l'alto dello schema, ma per le reti di spin chiuse la direzione del tempo è irrilevante per i calcoli. Ogni segmento è marcato con un numero intero chiamato “numero di spin”. Un’unità con numero di spin n è detta “n-unità” e ha momento angolare nh/2л. Per i bosoni, come fotoni e gluoni, n è un numero pari. Per i fermioni, come gli elettroni e i quark, n è dispari.
Nella gravità quantistica a loop (LQG), una rete di spin rappresenta uno "stato quantico" del campo gravitazionale su una ipersuperficie tridimensionale.
La gravità quantistica a loop è conosciuta anche come “geometria quantistica” e “relatività generale canonica”. E 'stata proposta come teoria quantistica dello spazio-tempo che tenta di unificare le teorie apparentemente incompatibili della meccanica quantistica e relatività generale. Si tratta di una teoria quantistica della gravità in cui è quantizzato lo spazio reale in cui accadono tutti gli altri fenomeni fisici. La LQG conserva gli aspetti fondamentali della relatività generale, come l’invarianza per trasformazioni di coordinate e, al tempo stesso, utilizza la quantizzazione dello spazio e del tempo alla scala di Planck, caratteristica della meccanica quantistica. I critici della LQG fanno spesso riferimento al fatto che la teoria non predice l'esistenza di dimensioni extra dello spazio-tempo , o la supersimmetria. La risposta dei fautori LQG è che, attualmente, nonostante le ripetute ricerche sperimentali, non ci sono prove di altre dimensioni o particelle supersimmetriche, per cui le dimensioni aggiuntive dello spazio e del tempo e la supersimmetria devono essere considerate ipotesi speculative.
Estratto da “on LQG” di Carlo Rovelli.
Nel 1915 Einstein si rese conto che la gravità doveva anche essere descritta da una teoria di campo in modo da essere coerente con la relatività speciale. Finché restiamo nell'ambito del regime classico, piuttosto che in quello quantistico, il campo gravitazionale definisce un continuum 4D. Possiamo, cioe’, pensare ancora al campo come a una sorta di spazio-tempo che si piega, oscilla e obbedisce alle equazioni di campo. Tuttavia se portiamo la meccanica quantistica in scena questo continuum si rompe. I campi quantistici hanno una struttura granulare - il campo elettromagnetico, per esempio, è composto da fotoni - e subiscono le fluttuazioni probabilistiche. E’ difficile pensare lo spazio come un oggetto granulare e fluttuante. Possiamo, naturalmente, ancora chiamarlo "spazio", o "spazio quantico". Ma è davvero un campo quantistico, in un mondo dove ci sono solo campi su campi, e nessun residuo di spazio sullo sfondo. John Wheeler della Princeton University ha suggerito che lo spazio-tempo deve avere una “schiuma” come struttura a scale molto piccole e, insieme a Bryce DeWitt ora alla Texas University, ha introdotto l'idea di una "funzione d'onda su geometrie". Questa è una funzione che esprime la probabilità di avere una geometria dello spazio-tempo piuttosto che un altro, nello stesso modo in cui la funzione d'onda di Schrödinger esprime la probabilità che una particella quantistica sia qui o là. Questa funzione d'onda su geometrie obbedisce a un'equazione molto complessa che si chiama equazione di Wheeler-DeWitt, che è una sorta di equazione di Schrödinger per il campo gravitazionale stesso. Queste idee erano brillanti e di grande ispirazione, ma è stato più di due decenni dopo che sono diventate concrete. La svolta si è avuta improvvisamente intorno alla fine degli anni’80, quando una teoria matematica ben definita che descrive lo spazio-tempo quantistico ha cominciato a formarsi. La chiave che rese possibile il funzionamento della teoria fu una vecchia idea di fisica delle particelle: le variabili naturali per descrivere una teoria di Yang-Mills sono proprio le "linee di forza" del campo di Faraday. Una linea di Faraday può essere vista come uno stato di eccitazione del quanto di campo elementare e, in assenza di cariche, queste linee devono chiudersi su se stesse a formare un loop. La Loop Quantum Gravity è la descrizione matematica del campo gravitazionale quantistico mediante di tali loops. Cioè i cicli sono eccitazioni quantistiche delle linee di forza di Faraday del campo gravitazionale. In approssimazioni a bassa energia della teoria, questi loop appaiono come gravitoni - le particelle fondamentali che portano la forza gravitazionale. Nella LQG i loop stessi non sono nello spazio, perché non c'è spazio. I loop sono lo spazio, perché sono le eccitazioni quantistiche del campo gravitazionale, che è lo spazio fisico. Pertanto non ha senso pensare a un loop disposto in una piccola quantità di spazio. Ha senso solo la posizione relativa di un loop rispetto agli altri e la posizione di un loop rispetto allo spazio circostante è determinata solo dagli altri loops con i quali si interseca. Uno stato dello spazio è quindi descritto da una rete di loops che si intersecano. Non esiste una posizione della rete, ma solo la posizione sulla stessa rete, non ci sono loops di spazio, ma solo loop su loop. I loops interagiscono con le particelle nello stesso modo in cui, ad esempio, un fotone interagisce con un elettrone, tranne per il fatto che i loops non sono nello spazio come i fotoni e gli elettroni. I grani elementari di spazio sono rappresentati, su una "rete di spin", dai nodi. Le linee che uniscono i nodi, o i grani adiacenti dello spazio, sono chiamati link. Gli spin sui link (numeri interi o semi-intero) sono i numeri quantici che determinano l'area delle superfici elementari di separazione dei grani adiacenti dello spazio. I numeri quantici dei nodi determinano il volume dei grani. Gli spin e il modo in cui si riuniscono presso i nodi possono assumere qualsiasi numero intero o semi-intero e sono regolati dalla stessa algebra del momento angolare in meccanica quantistica. L'idea che non ci possono essere regioni dello spazio arbitrariamente piccole può essere compresa con semplici considerazioni di meccanica quantistica e relatività generale classica. Il principio di indeterminazione impone che per osservare una piccola regione dello spazio-tempo abbiamo bisogno di concentrare una grande quantità di energia e momento. Tuttavia la relatività generale implica che se si concentra troppa energia e quantità di moto in una piccola regione, quella regione collassa in un buco nero e sparisce. Mettendo dei numeri scopriamo che la dimensione minima di tale regione è dell'ordine della lunghezza di Planck - circa 1,6 × 10-35m. La LQG aveva cominciato a rendere concreta questa intuizione e stava emergendo un’immagine dello spazio quantico fatta di reti di loops. Ma allora non sapevamo davvero cosa significava. Ma lo spazio non è solo un insieme di elementi di volume. C'è anche la considerazione chiave che alcuni elementi sono vicino agli altri. Un "link" della rete - la porzione di rete tra due nodi - indica con precisione i quanti di spazio che sono adiacenti l'uno all'altro. Due elementi adiacenti dello spazio sono separati da una superficie, e l'area di questa superficie risulta essere pure quantizzata. Infatti, ben presto divenne chiaro che i nodi portano numeri quantici di elementi di volume e i collegamenti portano numeri quantici degli elementi dell'area. Ogni nodo di una rete di spin determina una cella, o un chicco elementare di spazio. I nodi sono rappresentati da piccole sfere nere e i collegament come linee nere, mentre le celle sono separate da superfici elementari. Ogni superficie corrisponde a un link, e la struttura costruisce uno spazio 3D. Quando le superfici sono tirate via possiamo vedere la sequenza di collegamenti formare un anello. Questi sono gli "anelli" della gravità quantistica a loop. Per il momento non c'è stata alcuna prova sperimentale diretta della teoria. Una costruzione teorica deve rimanere umile fino a quando le sue predizioni non sono stati testate direttamente e senza ambiguità. Questo vale per le stringhe così come per i loops. La natura non sempre condivide i nostri gusti su una teoria bellissima. La teoria di Maxwell è diventata credibile quando le onde radio sono state osservate.
La MT (“Marius Theory”) è stata ideata da Marius quando ancora non conosceva la LQG. L’impressionante analogia dei concetti ha portato Marius a confrontarsi con tale teoria. L’esito è stato che le conclusioni apparentemente “surreali” della MT (sostanziale identità tra spazio, energia, massa e materia : logica “S.E.M.M". ; inesistenza del tempo, gravità compressiva, etere stazionario e altro…) tutto sommato tanto fantasiose non fossero.
Dove la MT marca una sostanziale differenza rispetto alla LQG è nella quantizzazione di un normale spazio euclideo 3d, anziche’ della ipersuperficie 3d della LQG che, secondo Marius, avrebbe bisogno di liberarsi della dimensione temporale, atteso che, la "freccia temporale" risulta ininfluente per la chiusura dei loops. Certo questo non consentirebbe di mettere d’accordo RG e MQ ma, sempre secondo Marius, lo spin network, come la quantizzazione dello spazio 3d, rappresentano solo l’approssimazione di quella che è la realtà fisica sottostante, una matrice a – temporale costituita da onde elettromagnetiche stazionarie.
Nella formulazione “compatta” della MT : DU = nhv, il termine di quantizzazione n rappresenta il numero di volte in cui il cammino di una massa concentrata in un punto tra due orbite di un campo gravitazionale puo’ essere diviso in “spazi di Planck” : 10^-35 m. Cio' che sviluppa energia è l'elettromagnetismo rappresentato dal secondo membro dell’uguaglianza nhv, con v frequenza della radiazione. L’applicazione di questa formula “grossolana” ha consentito a Marius di calcolare, su un percorso piu’ o meno verosimile, le frequenze necessarie a spostare alcuni pianeti del sistema solare dall’orbita mareale del sole fino alle orbite attuali e, con suo grande stupore, a scoprire che tali frequenze erano dell’ordine di grandezza di normali raggi gamma ad alta energia. Il termine di quantizzazione n, che rappresenta il parametro fondamentale della formula, contiene tutte le variabili in gioco, ossia l’energia necessaria a compattare la massa inizialmente fluida e incandescente del pianeta in forma sferica a partire dall’orbita di Roche del Sole, il guadagno di momento angolare nelle fasi di allontanamento e lo stazionamento a una certa distanza dal sole e con una certa velocità angolare. Tutto questo grazie, ritiene Marius, all’aver considerato la massa del pianeta puntiforme e, quindi, in grado di mobilitare tutti i quanti di spazio realmente attraversati dalla massa “distribuita” lungo il percorso, indipendentemente dal tempo impiegato.
Stefano Gusman
sabato 21 gennaio 2012
"MT" vs "LQG". Beyond the last gravity frontier
The "Loop Quantum Gravity" (LQG), designed by Carlo Rovelli and Lee Smolin in 1990, based on the concept of "spin networks", designed in the early '70s by Roger Penrose, is one of the most fascinating and elegant theories of gravity.
In physics a spin network is a type of diagram which can be used to represent states and interactions between particles and fields in quantum mechanics. From a mathematical perspective, the diagrams are a concise way to represent multilinear functions and functions between representations of matrix groups. The diagrammatic notation often simplifies calculation because simple diagrams may be used to represent complicated functions. Roger Penrose is credited with the invention of spin networks in 1971, although similar diagrammatic techniques existed before that time.
Spin networks have been applied to the theory of quantum gravity by Carlo Rovelli, Lee Smolin, Jorge Pullin and others.
A spin network, as described by Penrose in 1971, is a kind of diagram in which each line segment represents the world line of a "unit" (either an elementary particle or a compound system of particles). Three line segments join at each vertex. A vertex may be interpreted as an event in which either a single unit splits into two or two units collide and join into a single unit. Diagrams whose line segments are all joined at vertices are called closed spin networks. Time may be viewed as going in one direction, such as from the bottom to the top of the diagram, but for closed spin networks the direction of time is irrelevant to calculations.
Each line segment is labeled with an integer called a spin number. A unit with spin number n is called an n-unit and has angular momentum nh/2л. For bosons, such as photons and gluons, n is an even number. For fermions, such as electrons and quarks, n is odd.
In loop quantum gravity (LQG), a spin network represents a "quantum state" of the gravitational field on a 3-dimensional hypersurface.
The loop quantum gravity is also known by terms of gravity loop quantum geometry and quantum canonical general relativity. It has been proposed as a quantum theory of spacetime which attempts to unify seemingly incompatible theories of quantum mechanics and general relativity. This theory is part of a family of theories called canonical quantum gravity. It is a quantum theory of gravity in which the real space in which happen all the other physical phenomena is quantized.
The LQG retains the basic aspects of general relativity, such as invariance to coordinate transformations, and at the same time, using the quantization of space and time at the Planck scale, feature of quantum mechanics. In this sense it combines general relativity and quantum mechanics. Critics of the LQG often refer to the fact that the theory doesen't predict the existence of extra dimensions of space-time, or supersymmetry. The response of the LQG proponents is that at present, despite repeated experimental researches, there is no experimental evidence or other dimensions or supersymmetric particles, so the additional dimensions of space and time, both supersymmetry must be considered speculative hypotheses found to run faster than they do on Earth.
Abstract from “on LQG” by Carlo Rovelli.
In 1915 Einstein realized that gravity also had to be described by a field theory in order to be consistent with special relativity. As long as we stay within the classical regime, rather than the quantum one, the gravitational field defines a 4D continuum. We can therefore still think of the field as a sort of spacetime, albeit one that bends, oscillates and obeys field equations. However, once we bring quantum mechanics into the picture this continuum breaks down. Quantum fields have a granular structure – the electromagnetic field, for example, consists of photons – and they undergo probabilistic fluctuations. It is difficult to think of space as a granular and fluctuating object. We can, of course, still call it “space”, or “quantum space”. But it is really a quantum field in a world where there are only fields over fields, and no remnant of background space. John Wheeler of Princeton University suggested that spacetime must have a foam like structure at very small scales and, along with Bryce DeWitt now at Texas University, he introduced the idea of a “wavefunction over geometries”. This is a function that expresses the probability of having one spacetime geometry rather than another, in the same way that the Schrödinger wave function expresses the probability that a quantum particle is either here or there. This wave function over geometries obeys a very complicated equation that is now called the Wheeler–DeWitt equation, which is a sort of Schrödinger equation for the gravitational field itself. These ideas were brilliant and inspiring, but it was more than two decades before they become concrete. The turn around came suddenly at the end of the 1980s, when a well defined mathematical theory that described quantum spacetime began to form. The key input that made the theory work was an old idea from particle physics: the natural variables for describing a Yang–Mills field theory are precisely Faraday’s “lines of force”. A Faraday line can be viewed as an elementary quantum excitation of the field, and in the absence of charges, these lines must close on themselves to form loops. Loop quantum gravity is the mathematical description of the quantum gravitational field in terms of these loops. That is the loops are quantum excitations of the Faraday lines of force of the gravitational field. In low energy approximations of the theory, these loops appear as gravitons – the fundamental particles that carry the gravitational force. In LQG the loops themselves are not in space because there is no space. The loops are space because they are the quantum excitations of the gravitational field, which is the physical space. It therefore makes no sense to think of a loop being displaced by a small amount in space. There is only sense in the relative location of a loop with respect to other loops, and the location of a loop with respect to the surrounding space is only determined by the other loops it intersects. A state of space is therefore described by a net of intersecting loops. There is no location of the net, but only location on the net itself; there are no loops on space, only loops on loops. Loops interact with particles in the same way as a photon interacts with an electron, except that the two are not in space like photons and electrons are. Elementary grains of space are represented by the nodes on a “spin network”. The lines joining the nodes, or adjacent grains of space, are called links. Spins on the links (integer or half- integer numbers) are the quantum numbers that determine the area of the elementary surfaces separating adjacent grains of space. The quantum numbers of the nodes determine the volume of the grains. The spins and the way they come together at the nodes can take on any integer or half-integer value, and are governed by the same algebra as angular momentum in quantum mechanics. The idea that there cannot be arbitrary small spatial regions can be understood from simple considerations of quantum mechanics and classical general relativity. The uncertainty principle states that in order to observe a small region of spacetime we need to concentrate a large amount of energy and momentum. However, general relativity implies that if we concentrate too much energy and momentum in a small region, that region will collapse into a black hole and disappears. Putting in the numbers, we find that the minimum size of such a region is of the order of the Planck length – about 1.6× 10–35m. Loop gravity had begun to make this intuition concrete, and a picture of quantum space in terms of nets of loops was emerging. But at the time we did not really under stand what that meant. But space is more than just a collection of volume elements. There is also the key fact that some elements are near to others. A “link” of the net – the portion of loop between two nodes – indicates precisely the quanta of space that are adjacent to one another. Two adjacent elements of space are separated by a surface, and the area of this surface turns out to be quantized as well. In fact, it soon became clear that nodes carry quantum numbers of volume elements and links carry quantum numbers of area elements. Each node in a spin network determines a cell, or an elementary grain of space. Nodes are represented by small black spheres and the links as black lines, while cells are separated by elementary surfaces. Each surface corresponds to one link, and the structure builds up a 3D space. When the surfaces are pulled away we can see that the sequence of links form a loop. These are the “loops” of loop quantum gravity. Finally, for the moment there has not been any direct experimental test of the theory. A theoretical construction must remain humble until its predictions have been directly and unambiguously tested. This is true for strings as well as for loops. Nature does not always share our tastes about a beautiful theory. Maxwell’s theory became credible when radio waves were observed.
The MT ("Marius Theory") was created by Marius when he still did not know the LQG. The striking similarity of the concepts brought Marius to deal with this theory. The outcome was that the seemingly "surreal" conclusions of MT (substantial identity between space, energy, mass and matter: "S.E.M.M. logic”, absence of time, pushing gravity, standing aether and more ...) all things were not so fanciful.
Where MT makes substantial difference respect to LQG is in the quantization of a normal 3d Euclidean space, rather than the 3d hypersurface of LQG which, according to Marius, would need set free from temporal dimension standing that "time arrow" is irrelevant for the closure of loops. Of course this does not allows to conciliate GR and QM but, according to Marius, the spin networks, such as the quantization of 3d space, represent only the nearest approximation of the underlying physical reality, that is an a-temporal matrix made up by standing electromagnetic waves.
In the "compact" form of MT : DU = nhv, the quantization term “n” represents the number of times that the path between two orbits in a gravitational field of a point mass can be divided into Planck’s sizes" : 10 ^ -35 m. The thing that generates energy is electromagnetism represented by the second term of equality: nhv, with v frequency of the radiation. The application of this formula allowed Marius to calculate, on a path more or less likely, the frequencies necessary to move some solar system planets from the tidal Sun’s orbit since to the actual one and, with his large surprise, to discover that these frequencies have the sizes of normal high-energy gamma rays. The quantization term n, which is the fundamental parameter of the formula, contains all the variables involved : the energy required to compact the, at the beginning, fluid and incandescent mass of the planet in a spherical form starting out from Roche’s orbit of the Sun, the gain of angular momentum during removal since to parking at a certain distance from the sun with a certain angular speed. All this thanks, Marius believes, to having seen the planet mass point and, therefore, able to make work all the quantum space really crossed by the “distributed” mass along the path, regardless by the time it takes.
Stefano Gusman
In physics a spin network is a type of diagram which can be used to represent states and interactions between particles and fields in quantum mechanics. From a mathematical perspective, the diagrams are a concise way to represent multilinear functions and functions between representations of matrix groups. The diagrammatic notation often simplifies calculation because simple diagrams may be used to represent complicated functions. Roger Penrose is credited with the invention of spin networks in 1971, although similar diagrammatic techniques existed before that time.
Spin networks have been applied to the theory of quantum gravity by Carlo Rovelli, Lee Smolin, Jorge Pullin and others.
A spin network, as described by Penrose in 1971, is a kind of diagram in which each line segment represents the world line of a "unit" (either an elementary particle or a compound system of particles). Three line segments join at each vertex. A vertex may be interpreted as an event in which either a single unit splits into two or two units collide and join into a single unit. Diagrams whose line segments are all joined at vertices are called closed spin networks. Time may be viewed as going in one direction, such as from the bottom to the top of the diagram, but for closed spin networks the direction of time is irrelevant to calculations.
Each line segment is labeled with an integer called a spin number. A unit with spin number n is called an n-unit and has angular momentum nh/2л. For bosons, such as photons and gluons, n is an even number. For fermions, such as electrons and quarks, n is odd.
In loop quantum gravity (LQG), a spin network represents a "quantum state" of the gravitational field on a 3-dimensional hypersurface.
The loop quantum gravity is also known by terms of gravity loop quantum geometry and quantum canonical general relativity. It has been proposed as a quantum theory of spacetime which attempts to unify seemingly incompatible theories of quantum mechanics and general relativity. This theory is part of a family of theories called canonical quantum gravity. It is a quantum theory of gravity in which the real space in which happen all the other physical phenomena is quantized.
The LQG retains the basic aspects of general relativity, such as invariance to coordinate transformations, and at the same time, using the quantization of space and time at the Planck scale, feature of quantum mechanics. In this sense it combines general relativity and quantum mechanics. Critics of the LQG often refer to the fact that the theory doesen't predict the existence of extra dimensions of space-time, or supersymmetry. The response of the LQG proponents is that at present, despite repeated experimental researches, there is no experimental evidence or other dimensions or supersymmetric particles, so the additional dimensions of space and time, both supersymmetry must be considered speculative hypotheses found to run faster than they do on Earth.
Abstract from “on LQG” by Carlo Rovelli.
In 1915 Einstein realized that gravity also had to be described by a field theory in order to be consistent with special relativity. As long as we stay within the classical regime, rather than the quantum one, the gravitational field defines a 4D continuum. We can therefore still think of the field as a sort of spacetime, albeit one that bends, oscillates and obeys field equations. However, once we bring quantum mechanics into the picture this continuum breaks down. Quantum fields have a granular structure – the electromagnetic field, for example, consists of photons – and they undergo probabilistic fluctuations. It is difficult to think of space as a granular and fluctuating object. We can, of course, still call it “space”, or “quantum space”. But it is really a quantum field in a world where there are only fields over fields, and no remnant of background space. John Wheeler of Princeton University suggested that spacetime must have a foam like structure at very small scales and, along with Bryce DeWitt now at Texas University, he introduced the idea of a “wavefunction over geometries”. This is a function that expresses the probability of having one spacetime geometry rather than another, in the same way that the Schrödinger wave function expresses the probability that a quantum particle is either here or there. This wave function over geometries obeys a very complicated equation that is now called the Wheeler–DeWitt equation, which is a sort of Schrödinger equation for the gravitational field itself. These ideas were brilliant and inspiring, but it was more than two decades before they become concrete. The turn around came suddenly at the end of the 1980s, when a well defined mathematical theory that described quantum spacetime began to form. The key input that made the theory work was an old idea from particle physics: the natural variables for describing a Yang–Mills field theory are precisely Faraday’s “lines of force”. A Faraday line can be viewed as an elementary quantum excitation of the field, and in the absence of charges, these lines must close on themselves to form loops. Loop quantum gravity is the mathematical description of the quantum gravitational field in terms of these loops. That is the loops are quantum excitations of the Faraday lines of force of the gravitational field. In low energy approximations of the theory, these loops appear as gravitons – the fundamental particles that carry the gravitational force. In LQG the loops themselves are not in space because there is no space. The loops are space because they are the quantum excitations of the gravitational field, which is the physical space. It therefore makes no sense to think of a loop being displaced by a small amount in space. There is only sense in the relative location of a loop with respect to other loops, and the location of a loop with respect to the surrounding space is only determined by the other loops it intersects. A state of space is therefore described by a net of intersecting loops. There is no location of the net, but only location on the net itself; there are no loops on space, only loops on loops. Loops interact with particles in the same way as a photon interacts with an electron, except that the two are not in space like photons and electrons are. Elementary grains of space are represented by the nodes on a “spin network”. The lines joining the nodes, or adjacent grains of space, are called links. Spins on the links (integer or half- integer numbers) are the quantum numbers that determine the area of the elementary surfaces separating adjacent grains of space. The quantum numbers of the nodes determine the volume of the grains. The spins and the way they come together at the nodes can take on any integer or half-integer value, and are governed by the same algebra as angular momentum in quantum mechanics. The idea that there cannot be arbitrary small spatial regions can be understood from simple considerations of quantum mechanics and classical general relativity. The uncertainty principle states that in order to observe a small region of spacetime we need to concentrate a large amount of energy and momentum. However, general relativity implies that if we concentrate too much energy and momentum in a small region, that region will collapse into a black hole and disappears. Putting in the numbers, we find that the minimum size of such a region is of the order of the Planck length – about 1.6× 10–35m. Loop gravity had begun to make this intuition concrete, and a picture of quantum space in terms of nets of loops was emerging. But at the time we did not really under stand what that meant. But space is more than just a collection of volume elements. There is also the key fact that some elements are near to others. A “link” of the net – the portion of loop between two nodes – indicates precisely the quanta of space that are adjacent to one another. Two adjacent elements of space are separated by a surface, and the area of this surface turns out to be quantized as well. In fact, it soon became clear that nodes carry quantum numbers of volume elements and links carry quantum numbers of area elements. Each node in a spin network determines a cell, or an elementary grain of space. Nodes are represented by small black spheres and the links as black lines, while cells are separated by elementary surfaces. Each surface corresponds to one link, and the structure builds up a 3D space. When the surfaces are pulled away we can see that the sequence of links form a loop. These are the “loops” of loop quantum gravity. Finally, for the moment there has not been any direct experimental test of the theory. A theoretical construction must remain humble until its predictions have been directly and unambiguously tested. This is true for strings as well as for loops. Nature does not always share our tastes about a beautiful theory. Maxwell’s theory became credible when radio waves were observed.
The MT ("Marius Theory") was created by Marius when he still did not know the LQG. The striking similarity of the concepts brought Marius to deal with this theory. The outcome was that the seemingly "surreal" conclusions of MT (substantial identity between space, energy, mass and matter: "S.E.M.M. logic”, absence of time, pushing gravity, standing aether and more ...) all things were not so fanciful.
Where MT makes substantial difference respect to LQG is in the quantization of a normal 3d Euclidean space, rather than the 3d hypersurface of LQG which, according to Marius, would need set free from temporal dimension standing that "time arrow" is irrelevant for the closure of loops. Of course this does not allows to conciliate GR and QM but, according to Marius, the spin networks, such as the quantization of 3d space, represent only the nearest approximation of the underlying physical reality, that is an a-temporal matrix made up by standing electromagnetic waves.
In the "compact" form of MT : DU = nhv, the quantization term “n” represents the number of times that the path between two orbits in a gravitational field of a point mass can be divided into Planck’s sizes" : 10 ^ -35 m. The thing that generates energy is electromagnetism represented by the second term of equality: nhv, with v frequency of the radiation. The application of this formula allowed Marius to calculate, on a path more or less likely, the frequencies necessary to move some solar system planets from the tidal Sun’s orbit since to the actual one and, with his large surprise, to discover that these frequencies have the sizes of normal high-energy gamma rays. The quantization term n, which is the fundamental parameter of the formula, contains all the variables involved : the energy required to compact the, at the beginning, fluid and incandescent mass of the planet in a spherical form starting out from Roche’s orbit of the Sun, the gain of angular momentum during removal since to parking at a certain distance from the sun with a certain angular speed. All this thanks, Marius believes, to having seen the planet mass point and, therefore, able to make work all the quantum space really crossed by the “distributed” mass along the path, regardless by the time it takes.
Stefano Gusman
sabato 17 dicembre 2011
Il "quasi bosone"
Nel grafico seguente sono riportati i risultati delle eleborazioni statistiche sui dati provenienti dalla ricerca del bosone di Higgs svolta ad oggi da Atlas LHC e CMS combinati. Il grafico non è ufficiale (sono stati divulgati nella conferenza CERN del 13/12/11 i due grafici separatamente) ma, comunque, la visione di assieme è ugualmente attendibile per una valutazione qualitativa. In ascisse abbiamo la massa del bosone (che, ricordiamo, teoricamente è un'incognita) e in ordinate la probabilità che il bosone stesso si manifesti. Tale probabilità si ricava, a sua volta, dai diversi modi attesi teoricamente di manifestarsi del bosone (vari "canali di decadimento") nei vari range di massa/energia. Poichè il bosone viene prodotto da scontri tra protoni che determinano altri prodotti/modalità di decadimento (soprattutto fotoni ad alta energia che vengono rilevati mediante carlorimetri) occorre depurare da questi dati non significativi ai fini statistici ("rumore di fondo") i dati complessivi. Le fasce verdi e gialle rappresentano la "deviazione standard" (pari, rispettivamente, a 1 e 2 sigma) ovvero l'indicatore della "dispersione" dei dati attorno al valor medio della distribuzione probabilistica che governa il fenomeno fisico (in questo caso curve di Poisson) e, quindi, l'ampiezza del campione statistico e, in definitiva, la sua attendibilità, tanto maggiore quanto piu' grande e la sigma stessa. La linea orizzontale rappresenta quello che, in teoria, sarebbe con certezza (probabilità 1) "rumore di fondo" (dati compresi al di sotto della linea).
Come si puo osservare i dati presentano degli "eccessi statistici" nel campo di massa che va da 115 a circa 120 Gev, ossia il campo di esistenza di un bosone "leggero" la cui esistenza prevede, per essere compatibile con il modello standard, anche quella delle particelle super simmetriche (SUSY) delle quali non c'è traccia. La conclusione del seminario svoltosi al CERN è stata che i dati suggeriscono la possibile esistenza del bosone di Higgs in quel range di massa/energia, e ne escludono l'esistenza negli altri. La maggiore difficoltà sta proprio nel distinguere precisamente la singola particella dal rumore di fondo. Nei prossimi "run" di LHC che, entro il 2013, raggiungeranno i Tev la situazione dovrebbe chiarirsi ulteriormente.
La MT prevede che i "picchi statistici", come già si puo' cominciare a notare dal grafico, si appiattiranno ulteriormente assumendo andamenti "ondulati" a evidenziare la natura non localizzata delle particelle elementari, come da ipotesi di Louise De Broglie, e la loro appartenenza fisica ai campi di massa/energia (il campo di Higgs in questo caso). In ultima analisi si osserveranno dei “solitoni”.Stefano Gusman
The "quasi boson"
The following chart shows the results of statistical elaborations on data from research conducted at today for the Higgs boson at LHC by Atlas and CMS, combined. The chart is not official (CERN have been disclosed in the conference of 13/12/11 the two graphs separately) but still, watching together is equally reliable for a qualitative assessment. In abscissa we have the mass of the Higgs (which, remember, it is theoretically unknown) and the ordinate the probability that the Higgs is manifested. This probability is obtained, in turn, by different ways of theoretically expected showing mode of the boson (various "decay channels") in various ranges of mass / energy. Since the Higgs is produced by crashes between protons that determine other products/decay mode (especially high-energy photons that are detected by calorimethers) must be purified from these data not significant for statistical purposes ("background noise") of the overall data. The green and yellow bands are the "standard deviation" (respectively equal to 1 and 2 sigma) or the indicator data scattering around the mean value of the probability distribution that governs the physical phenomenon (in this case Poisson curves ) and, therefore, the amplitude of the statistical sample and, ultimately, its credibility, greater more great the sigma itself. The horizontal line represents what, in theory, would with certainty "background noise" (data below the line).
The MT provides for "statistical peaks", as you can begin to see from the graph flatting further, taking "wavy" development, going to show un localized nature of elementary particles, as Louise De Broglie hypothesis , and their membership to the physical mass/energy fields (the Higgs field in this case). Ultymately you will observe the "solitons".
Stefano Gusman
martedì 1 novembre 2011
logica "S.E.M.M."
Partiamo dall’inizio che è anche la fine, la conclusione e, allo stesso tempo, il postulato della MT : la costruzione della logica "S.E.M.M.” : Spazio = Energia = Massa = Materia.
Il Big Bang rientra a tutti gli effetti nel modello standard e implica, nel suo sviluppo cosmogonico di espansione, i principi della meccanica quantistica. Le varie fasi di espansione e relativo raffreddamento, percorrono attraverso le rotture di simmetria la formazione iniziale di particelle come neutrini, elettroni e quark, per arrivare infine alla nucleosintesi. Quando Erwin Hubble scoprì che la distanza delle galassie più lontane è proporzionale al loro redshift, tale osservazione fu usata come prova del fatto che le galassie e gli ammassi hanno una velocità apparente di allontanamento rispetto ad un determinato punto di osservazione: tanto più sono lontane, tanto più è elevata la loro velocità apparente. Se la distanza fra gli ammassi di galassie sta aumentando oggi, ciò suggerisce che tutti gli oggetti spaziali fossero più vicini in passato;andando a ritroso nel tempo, densità e temperatura tendono a infinito e si arriva perciò a un istante in cui tali valori sono così elevati che le attuali teorie fisiche non sono più applicabili (ciò avvenne una piccolissima frazione di secondo dopo l'inizio del processo). Infatti, per esempio, alcune grandezze fisiche assumono valore infinito nell'istante iniziale.La costruzione di acceleratori di particelle ha permesso di verificare il comportamento della materia in condizioni estreme tuttavia questi acceleratori non hanno la possibilità di esaminare a fondo i regimi di energia piu' elevati. Senza alcun dato sperimentale relativo alle condizioni fisiche associate ai primissimi istanti dell'espansione, la teoria del Big Bang non è adeguata per descrivere tale condizione iniziale, tuttavia essa fornisce un'ottima descrizione dell'evoluzione dell'universo da un determinato periodo di tempo in poi.
L'origine dello Spazio e del Tempo.di Diego Tasselli (astrofisico) – Estratto.
Le recenti conferme astrofisiche, portano la storia dell’Universo ad iniziare circa 15 miliardi di anni fa.Prima di questo avvenimento la materia non esisteva nella forma con cui noi la conosciamo e con la quale siamo abituati a interagire, ma si presentava sotto forma di energia pura. Non si può però dire nulla sullo stato dell’Universo prima del momento (o istante) iniziale, che gli astronomi e astrofisici chiamano T=0. Si suppone che in quell’istante tutto fosse condensato in un punto di dimensioni nulle e di energia infinita, la "singolarità", dove il concetto di tempo cronologico (come lo concepiamo noi) non aveva significato, perché il tempo stesso doveva nascere! La nostra comprensione dell’Universo infatti, arriva al tempo T=10^-43 secondi dopo il Big Bang, momento nel quale tutte le quattro forze fondamentali della natura, cioè gravità, forza nucleare forte, forza nucleare debole e forza elettromagnetica erano unificate. Questa condizione era resa possibile dall’elevatissima temperatura ivi presente. Alcuni miliardesimi di secondo dopo l’esplosione, le quattro forze si separano e la prima a staccarsi fu la gravità, a cui seguono tutte le altre. Si generano così le condizioni affinché inizino a formarsi le particelle elementari come i quark ed i fotoni, che sono i mattoni della materia ordinaria. In questo istante avviene quello che gli scienziati chiamano "inflazione", un processo fisico, che fa assumere all’Universo la dimensione di un centimetro in un miliardesimo di secondo; ciò equivale a dire a conti fatti, che l'Universo si espande ad una velocità maggiore di quella della luce. La teoria dell'Universo inflazionario, anche se difficile da verificare, è plausibile e viene in aiuto nella spiegazione di alcuni comportamenti e fatti inspiegabili del neonato universo, primo fra tutti il fatto che l'universo attuale (almeno quello che conosciamo noi) è formato da materia che è ciò che rimane del "brodo primordiale", cioè il miscuglio di materia ed antimateria, generatosi dopo l’esplosione. In teoria tali entità erano in quantità uguale e miliardi di volte superiore alla quantità della materia attuale superstite: materia ed antimanteria interagivano annichilendolsi e trasformavano la loro essenza in energia pura. La materia attuale potrebbe dunque essere il risultato di fenomeni prodotti dall'esistenza di "fluttuazioni" create dall'espanzione inflazionaria. Un millesimo di secondo dopo il Big Bang i quark si riuniscono tra loro in tripletti formando così i protoni e i neutroni. In quei momenti, (se fossimo stati presenti), non avremmo potuto vedere assolutamente nulla in quanto i fotoni, che sono i portatori dell’energia luminosa, interagivano con i protoni ed i neutroni che i quark avevano generato.
Dovranno passare circa 300.000 anni perchè la materia diventi stabile e si riunisca secondo schemi chimici elementari andando a formare due gas semplici: l’idrogeno e l’elio. I fotoni a questo punto non interagiscono più e vengono rilasciati con omogeneità in ogni parte dell’Universo sotto forma di radiazione elettromagnetica. Oggi questa radiazione viene chiamata "radiazione fossile" è omnidirezionale e assolutamente omogenea, infatti essa costituisce la prova più convincente a sostegno della teoria del Big Bang.Da questo momento in poi abbiamo a che fare con una situazione più familiare e meglio rappresentabile.
Lo Spazio ed il Tempo si dilatano, le galassie che si sono sino a quel momento formate, iniziano ad allontanarsi tra di loro, si forma l’universo come noi oggi lo osserviamo.Partiamo da quest’ultima affermazione : “ lo spazio e il tempo si dilatano”. L’analogia che spesso viene fatta è quella del “palloncino” che si gonfia, immaginando, pero’ che lo faccia in quattro dimensioni (comprendendo il tempo) anziché soltanto in tre. Non si tratta di un’esplosione, anche se si parla di Big Bang, ma, appunto, di un’espansione. Il palloncino si gonfia, ma senza strappi. E’ un “continuum” spazio temporale, come Einstein stesso pensava, nel quale la dimensione spazio e la dimensione tempo non sono nettamente distinguibili, tanto è vero che nel quadrivettore relativistico assieme alle componenti di “tipo spazio” esiste quella di “tipo tempo” : dx = cdt. Ogni “evento” è caratterizzato da tre componenti spaziali e una temporale. Senza spazio niente tempo e viceversa. Lo spazio quindi nasce con il BB e con la materia e successivamente si espande.
Ma in “cosa” si espande se lo spazio nasce con il BB ?Si espande nella materia e con la materia insieme alla quale è nato dal BB, il che significa che lo spazio è materia.In fisica classica, con materia genericamente si indica qualsiasi cosa che abbia massa e occupi spazio o alternativamente la sostanza di cui gli oggetti fisici sono composti, escludendo l'energia dovuta al contributo dei campi delle forze.
Questa definizione, sufficiente per la fisica macroscopica (meccanica, termodinamica etc), non è più adatta per la moderna fisica atomica e subatomica, per cui lo spazio occupato da un oggetto è prevalentemente vuoto, e l'energia è equivalente alla massa (E=mc^2). Si può invece adottare la definizione che la materia è costituita da una certa classe delle più piccole, fondamentali entità fisicamente rilevabili: queste particelle sono dette fermioni e seguono il principio di esclusione di Pauli che stabilisce che non più di due fermioni possono esistere nello stesso stato quantistico. A causa di questo principio, le particelle che compongono la materia non sono tutte nello stato di energia minima e quindi è possibile creare strutture stabili di assemblati di fermioni.Particelle della classe complementare, i bosoni, costituiscono invece i campi ; essi possono quindi essere considerati gli agenti che operano gli assemblaggi dei fermioni o le loro modificazioni, interazioni e scambi di energia. Una metafora non del tutto corretta da un punto di vista fisico, ma efficace e intuitiva, vede i fermioni come i mattoncini che costituiscono la materia dell'universo, e i bosoni come le colle o i cementi che li tengono assieme in certi modi per costituire la realtà fisica.
Dunque tutto ciò che occupa spazio e ha massa è conosciuto come materia. In fisica, non c'è un largo consenso per una comune definizione di materia, in parte perché la nozione di "occupare spazio" è mal definita e inconsistente nel quadro della meccanica quantistica. I fisici non definiscono con precisione cosa si deve intendere per materia, preferendo invece utilizzare e rivolgersi a concetti più specifici di massa, energia e particelle.Secondo questa visione, non sono materia la luce (costituita da fotoni), i gravitoni e i mesoni. Ciò nonostante hanno tutti energia per cui (in accordo con l'equivalenza relativistica massa-energia) hanno anche massa. Dunque Massa = Energia, ma Massa = Materia, dunque Massa = Materia = Energia e, per quello che si è detto a proposito dello spazio : S=E=M=M.
E il tempo ? Il tempo di per se non esiste, come suggeriscono gli esperimenti “entanglement” condotti da Alain Aspect nel 1982 su fotoni polarizzati. Si tratta di una “categoria” del pensiero umano. In assenza di materia, come lo spazio, anche il tempo non esiste. Assieme allo spazio e alla materia è nato con il BB e, quindi, per la logica S.E.M.M. è esso stesso spazio e materia. La dimensione dell’eterno, come sostiene Emanuele Severino riprendendo il pensiero eleatico, è già presente ed è l’unica realtà esistente.Stefano Gusman.
"S.E.M.M." logic
Let’s start from the beginning that is the end, the conclusion and at the same time, the postulate of MT: the construction of “S.E.M.M.” logic : Space = Energy = Mass = Matter.
The Big Bang falls in all respects in the Standard Model and implies, in its cosmological expansion development, the principles of quantum mechanics. The various stages of its expansion and cooling, traverse through the broken symmetry of the initial formation of particles such as neutrinos, electrons and quarks, and finally to the nucleosynthesis.
When Edwin Hubble discovered that the distance of distant galaxies is proportional to their redshifts, this observation was used as evidence that galaxies and clusters have an apparent velocity of removal for a given point of observation: more distant they are,higher their apparent speed. If the distance between galaxies clusters is increasing today, this matter suggests that all space objects were closer in the past and going back in time, temperature and density tend to infinity and so we arrive at a moment when these values are so higher than the current physical theories are no longer applicable (this was a very small fraction of a second after the beginning of the process). In fact, for example, some physical quantities at the initial take infinite value.
The construction of particle accelerators has allowed us to verify the behavior of matter under extreme conditions, but these accelerators haven’t the opportunity to examine in depth the system of higher energies. Without any experimental data on the physical conditions associated with the earliest moments of the expansion, the Big Bang theory is not adeguate to describe the initial condition, nevertheless it provides an excellent description of the evolution of the universe from a certain period of time then.
The origin of Space and Time.
Diego Tasselli (astrophysicist) - Abstract.
Recent astrophysics confirmations carry the history of the universe to begin about 15 billion years ago.
Before this event matter does not exist in the way that we know and with which we are accustomed to interact, but it was in the form of pure energy. But you can not say anything about the state of the universe before the initial moment (or istant) called by astronomers and astrophysicists T = 0. It is supposed that at that moment everything was condensed into a point of zero size and infinite energy, the "singularity", where the concept of chronological time (as we conceive it) had no meaning, because time itself was born! Our understanding of the universe in fact, comes at time T = 10^-43 seconds after the Big Bang, at which time all four fundamental forces of nature, that are, gravity, strong nuclear, weak nuclear force and electromagnetic force were unified. This condition was made possible by the very high temperature therein. A few billionths of a second after the explosion, the four forces separate and the first to come off was gravity, followed by all others. This creates the conditions to begin to form elementary particles like quarks and photons, which are the building blocks of ordinary matter. This moment is what scientists call "inflation", a physical process in which the size of Universe take a centimeter in a billionth of a second, that is to say on balance that universe expand faster than speed of light. The inflationary universe theory, although difficult to verify, it is plausible and is in aid in the explanation of some unexplained behavior and facts of the infant universe, first and foremost the fact that the universe today (at least what we know) is formed from matter that is all that remains of the "primordial soup", the mixture of matter and antimatter generated in the wake of the explosion. In theory these entities were the same quantity and billions of times greater than the amount of present survivor matter: matter and anti matter interacted annihilating their essence and transformed into pure energy. Therefore actual matter could be the result of phenomena produced by the existence of "fluctuations" created in the inflationary expansion. A thousandth of a second after the Big Bang quarks gather together in triplets forming protons and neutrons. In those moments, (if we had been present), we could not see anything because the photons, which are the bearers of light energy, interacted with protons and neutrons that quarks generated.
It will take about 300,000 years for the matter to become stable and meets the second elementary chemical patterns going to make two simple gases: hydrogen and helium. The photons do not interact at this point and are released with more consistency throughout the universe in the form of electromagnetic radiation. Today, this radiation, called "fossil radiation", is omnidirectional and completely homogeneous, in fact it constitutes the most convincing evidence to support the Big Bang theory.
From now on we are dealing with a situation more familiar and better represented.
Space and time dilate, galaxies formed since to that time begin to move away the one from the other, it forms the universe as we observe it today.
Let's start with the last statement: "space and time dilate." The analogy is often made is the "balloon" that swells, imagining do it in four dimensions (including time) instead of only three. This is not an explosion, even if it is called Big Bang, but just an expansion. The balloon is inflated, but without tears. It’s a “continuum” temporal space, as Einstein thought, in which space and time dimensions are not clearly distinguishable, so much so that in the relativistic four-vector components along with the "type space" exists to "timelike" dx = cdt. Each "event" is characterized by three spatial and one temporal components. No time without space and vice versa. Space comes with BB and with matter and then expands.
But "in what" is expanded if the space was created with BB?
It expands into matter and with matter with which it was born from the BB, that means that space is matter.
In classical physics matter generically means anything that has mass and occupies space, or alternatively the substance of which physical objects are composed, excluding energy due to the contribution of the force fields.
This definition, sufficient for macroscopic physics (mechanics, thermodynamics, etc.), is no longer suitable for modern atomic and subatomic physics, for which the space occupied by an object is mostly empty, and the energy is equivalent to mass (E = mc^2). You can, however, adopt the definition that matter is made up of a certain class of smaller, physically detectable fundamental entities: these particles are called fermions and follow the Pauli exclusion principle, which states that no more than two fermions can exist in the same quantum state. Because of this principle, the particles that compose matter are not all in the state of minimum energy and then you can create stable structures of assembled fermions.
Additional class of particles, bosons, constitute the fields ; so they can be considered agents operating assemblies of fermions or their modifications, interactions and exchanges of energy. A metaphor, not entirely correct from a physical point of view, but powerful and intuitive, sees the fermions as the bricks that make up the universe's matter, and bosons as glues or cements that hold them together in some ways to constitute physical reality.
So anything that occupies space and has mass is known as matter. In physics, there isn’t a broad consensus for a common definition of matter, in part because the notion of "taking up space" is poorly defined and inconsistent in the context of quantum mechanics. Physicists do not define clearly what is meant by matter, preferring instead to use and refer to more specific concepts of mass, energy and particles.
According to this view, no matter the light (consisting photons), the gravitons and mesons. Yet all have energy for which (according to the relativistic mass-energy equivalence) also have mass. So Mass = Energy, but Mass = Matter, then Mass = Matter = Energy and, for what has been said about space : S=E=M=M.
And time? Time itself does not exist, as suggested by experiments "entanglement" conducted by Alain Aspect in 1982 with polarized photons. It is a "category" of human thought. In the absence of matter, such as space, time does not exist. It is born from BB with a space and matter and, therefore, for “S.E.M.M. logic” is matter and space itself.
The size of the eternal, as claimed by Emanuele Severino recovering Eleatic thought, is already present and is the only existing reality.
Stefano Gusman.
giovedì 13 ottobre 2011
OP HERA
Il modello standard raccoglie tutte le conoscenze sicure sulla fisica delle particelle. Esso descrive i mattoni elementari della materia e le regole a cui essi obbediscono. Tutta la materia è composta da quark e leptoni (a questi appartiene anche l'elettrone). Le quattro forze elementari che operano fra le particelle vengono trasmesse da particelle mediatrici (che sono il gravitone per la gravitazione; il fotone per la forza elettromagnetica; i bosoni W e Z per la forza debole; il gluone per la forza forte). Tutte queste particelle sono «puntiformi»; qui il termine significa solo che, anche in esperimenti con la massima risoluzione, non è possibile misurare effetti riconducibili a una loro estensione.
L'intensità di ognuna delle quattro forze fondamentali viene determinata attraverso proprietà delle particelle che possono essere descritte come cariche generalizzate. Nel caso dell'elettromagnetismo questa proprietà è la ben nota carica elettrica, mentre nel caso della gravitazione è la massa. Le forze, debole e forte, non appartengono alla nostra esperienza quotidiana: anche i concetti di «carica debole» e «carica di colore» introdotti per queste proprietà dai fisici rimangono dunque un po' astratti.
Queste diverse cariche vengono misurate con unità differenti: per esempio la massa in grammi e la carica elettrica in coulomb. Per poter confrontare direttamente le forze, i fisici delle particelle usano però, in luogo delle cariche, costanti di accoppiamento adimensionali. Quanto più grande è questa costante, tanto più intensa è la radiazione della particella mediatrice, e quindi tanto maggiore è la forza.
È la massa delle particelle mediatrici a determinare essenzialmente in che modo la forza dipenda dalla distanza (vedi teoria di Yukawa) se la massa è nulla, come nel caso del fotone e del gravitone (ricordiamo essere le particelle mediatrici rispettivamente della forza elettromagnetica e della gravitazione), il raggio di azione della forza è infinito; perciò noi conosciamo queste forze anche dal nostro mondo macroscopico nella vita quotidiana. I cosiddetti bosoni W e Z, mediatori della forza debole, hanno invece una massa un centinaio di volte maggiore di quella del protone; perciò il raggio d'azione della forza debole è limitato alla centesima parte del diametro del protone, ossia 2x10^-18 metri.
La situazione è completamente diversa nel caso della forza forte. Benchè le sue particelle mediatrici - i gluoni - siano prive di massa, il suo raggio d'azione è pari solo al raggio del protone (circa 10^-15 metri). Il valore delle costanti di accoppiamento forti è quindi così piccolo che solo per distanze molto minori del raggio del protone noi possiamo usare l'immagine di singole particelle e risolvere le equazioni della cromodinamica quantistica (QCD) nello stesso modo già usato nella QED. Per distanze maggiori la costante di accoppiamento, in conseguenza delle interazioni con i gluoni, portatori della carica di colore, diventa così grande che è impossibile, per esempio, separare dagli altri, uno dei tre quark che formano il protone. Qui falliscono anche i metodi di calcolo della QCD, e finora non si sono potute trovare risposte teoriche soddisfacenti alle domande sulla struttura del protone o sul confinamento dei quark e dei gluoni nel protone. Per poter andare oltre bisogna affidarsi innanzitutto a ricerche sperimentali, come quelle che vengono condotte nel collisore Hera.
Gli esperimenti condotti con gli acceleratori di particelle, come quelli eseguiti nel collisore Hera, ad Amburgo, hanno dato un contributo essenziale a trovare risposte a queste domande.Hera (acronimo di Hadron-Elektron-Ring-Anlage, ossia «impianto ad anello per adroni ed elettroni») è il più importante acceleratore di particelle del Laboratorio DESY (Deutsches Elektronen-Synchroton). L'impianto è formato da due anelli di accelerazione di 6336 metri di circonferenza ciascuno, costruiti a una profondità di circa 30 metri in un tunnel sotto i quartieri urbani di Bahrenfeld e di Lurup. Un anello accelera elettroni (ma volendo anche le loro antiparticelle, i positroni), portandoli fino a un'energia di 27.5GeV, mentre l'altro accelera protoni fino a un'energia di 920GeV.Nel vuoto spinto dei due anelli di accumulazione, elettroni e protoni sfrecciano per ore in direzione opposta. Essi viaggiano quasi alla velocità della luce, percorrendo il loro itinerario circa 47'000 volte in un secondo e si scontrano frontalmente in due spazi sperimentali. Qui hanno luogo gli esperimenti chiamati H1 e Zeus: rivelatori grandi come case, del peso di varie migliaia di tonnellate, registrano gli urti fra le particelle e le tracce delle particelle secondarie che si generano nelle collisioni. Delle molte migliaia di tali eventi che si verificano ogni secondo, quelli più interessanti vengono registrati per la successiva interpretazione.
Il modello standard raccoglie tutte le conoscenze sicure sulla fisica delle particelle. Esso descrive i mattoni elementari della materia e le regole a cui essi obbediscono. Tutta la materia è composta da quark e leptoni (a questi appartiene anche l'elettrone). Le quattro forze elementari che operano fra le particelle vengono trasmesse da particelle mediatrici (che sono il gravitone per la gravitazione; il fotone per la forza elettromagnetica; i bosoni W e Z per la forza debole; il gluone per la forza forte). Tutte queste particelle sono «puntiformi»; qui il termine significa solo che, anche in esperimenti con la massima risoluzione, non è possibile misurare effetti riconducibili a una loro estensione.
Gli esperimenti di H1 e Zeus condotti con Hera hanno potuto misurare con maggior precisione l'intensità di questa forza che opera fra i quark. Dalle misurazioni compiute con Hera era noto che i quark presenti nel protone emettono gluoni, e che questi generano a loro volta altri gluoni o coppie quark-antiquark. La maggior parte dei fisici era però convinta che, oltre ai tre quark di valenza, nel protone si trovassero solo poche coppie quark-antiquark e solo pochi gluon, e che il protone fosse dunque quasi vuoto. Secondo le nuove misurazioni, invece, l'interno di un protone assomiglia a un brodo spesso, ribollente, in cui gluoni e coppie quark-antiquark vengono incessantemente emesse e di nuovo annichilate. Questa grande densità dell'emissione dei gluoni rappresenta uno stato completamente nuovo, finora non investigato, della forza forte. A nostro avviso si deve proprio a questo stato se quark e gluoni sono «confinati» all'interno del protone, e non sono quindi mai osservabili come particelle libere.
Hera ha fornito anche un'altra grande sorpresa: gli sperimentatori prospettavano che, nelle violente collisioni che si producono in acceleratori di grande potenza, i protoni si frantumassero in un gran numero di nuove particelle. Nel 15 per cento degli urti il protone è rimasto invece integro, anche se aveva subito una vigorosa interazione. Ma come può un protone sopravvivere alla collisione, quando ne viene fatto schizzare violentemente via un quark? La cosa sembra dapprima del tutto incomprensibile. Essa dipende chiaramente da una proprietà straordinaria della forza forte, che dovrebbe aiutarci a capire perchè quark e gluoni rimangono confinati nel protone.La scoperta di questi eventi ha condotto un'intensa collaborazione fra fisici teorici e sperimentali. Entrambi gli esperimenti condotti al collisore Hera - H1 e Zeus - furono variati per estendere le misurazioni a valori di impulso ancora minori e per poter meglio investigare i protoni diffusi. I teorici tentano innanzitutto, con l'aiuto di modelli, di spiegare l'elevata densità dell'emissione di gluoni nel processo di diffusione. Questa ricerca ha fatto nel frattempo grandi passi avanti. E forse si riuscirà presto a capire come la forte emissione di gluoni possa impedire che dal processo di diffusione emergano quark e gluoni come particelle libere e come i protoni possano restare intatti.
Riepiloghiamo ancora una volta: gli esperimenti compiuti col collisore Hera, usando elettroni come sonde, hanno portato sotto la lente di questo supermicroscopio la struttura del protone e le forze fondamentali della natura, permettendo di osservarle con una risoluzione mai raggiunta prima. In quest'ambito, divenuto per la prima volta accessibile alla misurazione, la forza debole e la forza elettromagnetica si comportano esattamente come è stato predetto dal modello standard della fisica delle particelle; benchè a grandi distanze le loro intensità siano del tutto diverse, esse hanno tuttavia un'origine comune. La differenza dipende dalla diversità di massa delle particelle mediatrici.La teoria della forza forte (la cromodinamica quantistica) è stata confermata nel modo più esatto alle piccole distanze. La struttura del protone si è rilevata molto complessa, poichè nel caso di piccoli impulsi la densità dei quark e gluoni è assai elevata. Inoltre, contro ogni attesa, dal processo di diffusione i protoni emergono spesso intatti. Le due nuove osservazioni ripropongono in forma del tutto nuova la domanda fondamentale:
«Perchè quark e gluoni sono imprigionati nell'interno del protone?».
L'Autore:
ROBERT KLANNER è professore di fisica sperimentale all'Università di Amburgo e dal dicembre 1999 è direttore di ricerca del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), nella stessa città. Al centro dei suoi interessi ci sono lo sviluppo di rivelatori di particelle e l'investigazione dell'interazione forte e della struttura degli adroni. Prima di trasferirsi ad Amburgo, nel 1984, aveva già lavorato con vari grandi acceleratori: a Serpuchov (in Russia), al Fermilab, presso Chicago, e al Laboratorio europeo per la fisica delle particelle (CERN) a Ginevra.
Bibliografia:
Maianni Luciano, La fisica delle particelle, «Le Scienze quaderni» nr. 103, settembre 1998
Rith Klaus e Schäfer Andreas, Il mistero dello spin dei nucleoni, in «Le Scienze» nr. 173, settembre 1999
Perché il titolo OPHERA a questo post? Perche secondo la MT gli incredibili risultati dell’esperimento Opera condotto dall’equipe del Professor Antonio Ereditato tra il CERN di Ginevra e i laboratori sotterranei del Gran Sasso sono strettamente correlati a quelli ottenuti in HERA di cui al precedente articolo che si chiude con la domanda :
Perché quark e gluoni sono imprigionati all'interno del protone?".
Una struttura come un protone, composto da particelle localizzate (quark) che si scambiano bosoni massivi (gluoni) non può essere stabile, perché non rispetta la legge di conservazione della quantità di moto che, anche su scala quantistica, rimane valida e operante (vedi effetto Moessbauer). Ora tre quark che si scambiano gluoni dovrebbero rinculare oltre che assorbire la quantità di moto dei gluoni ricevuti e il protone espoderebbe a meno che una forza esterna di compressione, esercitata da uno spazio fisico "materiale", non confini i quark. Ma questo tipo di azione è concepibile, al di là delle previsioni del modello standard che prevede particelle puntiformi, solo adottando un modello in cui le particelle sono de - localizzato in onde di materia, come ipotizzato Louis De Broglie.
“Quasi particelle” come solitoni o dromioni che costituiscono perturbazioni di uno spazio "fisico e materiale" circostante, ovvero degli stessi campi cui appartengono. La variazione di frequenza delle onde determina la modulazione della spinta e della contro spinta che serve a mantenere l'equilibrio tra interno ed esterno, in modo, ad esempio, che quando un quark viene “strappato” ad un protone la materia possa rapidamente “ripararsi” e ristabilire l’equilibrio.
I neutrini, quindi, invece di superare la velocità della luce potrebbero aver semplicemente essersi "scavati" un tunnel attraverso un tale tipo di spazio, sottoattraversando le geodetiche impresse dalla gravità terrestre allo spazio-tempo ; in altre parole le geodetiche luce non sarebbero piu’ le linee di minima distanza tra punti. In luogo dello spazio – tempo esisterebbe un normale spazio euclideo tridimensionale che può essere attraversato anche in linea tendenzialmente retta dove a curvarsi non è lo spazio – tempo, ma la radiazione elettromagnetica.
D’altro canto, escludendo errori statistici e sistematici, o i neutrini sono stati piu veloci della luce (con tutte le conseguenze teoriche del caso ) o hanno preso una "scorciatoia". Questo salverebbe capra (esperimento) e cavoli (insuperabilità di c). Ma questa "scorciatoia", come un tunnel, ha bisogno di "qualcosa di reale" per esservi “scavato”. L’esperimento Alice condotto al Large Hadron Collider (LHC) potrebbe rilevare uno spettro continuo di emissione/assorbimento delle collisioni tra protoni come "biglietto da visita" di queste onde di materia costituite dalle “quasi particelle”.Tenendo, infine, presente che fino ad ora, l'esperimento Atlas, sempre condotto presso LHC, ha escluso l'esistenza del bosone di Higgs in un vasto range di massa/energia, si può ipotizzare che, anche per l’omonimo campo, si possa avere sui rivelatori una distribuzione sempre piu’ omogenea dei dati statistici con riduzione dei "picchi" all'aumentare dell’energia a indicare la presenza di massa /energia delocalizzata in luogo di bosoni vettori di massa localizzati.
Stefano Gusman
OPHERA
The standard model contains all the secure knowledge in particle physics. It describes the building blocks of matter and the rules that they obey. All matter is composed of quarks and leptons (the electron also belongs to these). The four elementary forces acting between the particles is transmitted from the mediating particles (which are the graviton for gravity, the photon to the electromagnetic force, W and Z bosons for the weak force, the gluon for the strong force). All these particles are 'point', hence the term just means that, even in experiments with the highest resolution, it is not possible to measure effects related to their extension.
The intensity of each of the four fundamental forces is determined by properties of the particles that can be described as generalized charges. In the case of electromagnetism this property is the well-known electrical charge, while in the case of gravitation is the mass. The forces, weak and strong are not part of our daily experience: the concepts of "weak charge" and "color charge" introduced by physicists for these properties are therefore a bit abstract.
These different positions are measured in different units: for example the mass in grams and the electric charge in coulombs. In order to compare the forces, particle physicists use, however, in lieu of charges, dimensionless coupling constants. The larger this constant, the more intense the radiation of the carrier particle, and thus the greater the force.
Is the particle mass mediators to determine essentially how the force depends on the distance (see Yukawa theory): if the mass is zero, as in the case of the photon and the graviton (remember to be the mediating particles, respectively, the electromagnetic force and gravitation), the radius of action of the force is infinite, so we know these forces also by our macroscopic world in everyday life. The so-called W and Z bosons, mediators of the weak force,have a mass one hundred times greater than that of the proton, so the range of the weak force is limited to one hundredth of the diameter of the proton, ie 2x10 ^ -18 meters.
The situation is completely different in the case of the strong force. Though its mediating particles - gluons - are massless, its range is equal only to the radius of the proton (about 10 ^ -15 meters). The value of strong coupling constants is therefore so small that only for distances much less than the radius of the proton, we can use the image of individual particles and solve the equations of quantum chromodynamics (QCD) in the same way already used in QED. For longer distances, the coupling constant, as a result of the interactions with the gluons, carrying the color charge, becomes so great that it is impossible, for example, separate from the others, one of the three quarks that make up the proton. You fail to include the methods of calculation of QCD, and so far have not been able to find satisfactory answers to theoretical questions about the structure of the proton or the confinement of quarks and gluons in the proton. In order to go further we must rely primarily on experimental research, such as those that are conducted in the Hera collider.
"Why quarks and gluons are imprisoned inside the proton?".
The Author:ROBERT KLANNER is a professor of experimental physics at the University of Hamburg in December 1999 and is director of research of Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in the same city. At the center of his interests are the development of particle detectors and the investigation of the strong interaction and the structure of hadrons. Before moving to Hamburg in 1984, had already worked with several large accelerators: a Serpuchov (Russia), at Fermilab, near Chicago, and the European Laboratory for Particle Physics (CERN) in Geneva.
Bibliography:
Maianni Luciano, La fisica delle particelle, «Le Scienze quaderni» nr. 103, settembre 1998
Rith Klaus e Schäfer Andreas, Il mistero dello spin dei nucleoni, in «Le Scienze» nr. 173, settembre 1999
OPHERA because the title to this post? Because according to the MT the incredible results of the “Opera” experiment conducted by equipe of Professor Antonio Ereditato between CERN and the Gran Sasso underground laboratories are closely related to those obtained in HERA such as in the previous article that ends with the question:”Why do quarks and gluons inside the proton are imprisoned? ".A structure such as a proton, composed of localized particles (quarks) that exchange mass bosons (gluons) can not be stable, because it does not respect the law of conservation of momentum that even at quantum scale is valid and active (see Moessbauer effect). Now three quarks exchanging gluons should not only recoil, but also absorb the momentum of the gluons received and the proton would explode unless an external pressing force, exerted by a physical "material" space, confines quarks. But this kind of action is conceivable, beyond the standard model which provides estimates of point particles, only by adopting a model in which the particles are unlocalized matter waves, such as Louis De Broglie hypothesized."Almost particles" as solitons or dromions (Attilio Maccari: http://www.ejtp.com/articles/ejtpv3i10p39.pdf) that make up perturbations of the same fields whose they belong constituting also the surrounding space. The change in frequency of the waves determines the modulation of the thrust and counter thrust being able to maintain the balance between internal and external. So, for example, when a quark is "ripped" to a proton, internal matter quickly “repairs” itself and restore balance. So neutrinos, rather than exceed the speed of light, could have simply underpass geodesics impressed by gravity to the space-time digging a tunnel through such that kind of space ; in other words, light geodesic wouldn’t minimum distance lines between points. In place of the space - time there would be a normal three-dimensional euclidean space that can be traversed in a tendential straight line which is not to bend space - time, but electromagnetic radiation. On the other hand, excluding statistical and systematic errors, or neutrinos were faster than light (with all the theoretical consequences of the case) or have taken a "shortcut". This would make safe goats (experiment) and cabbage (insuperability of c).But this "short cut", like a tunnel, needs "something real" to be "dug".The Alice experiment conducted at the Large Hadron Collider (LHC) could detect a continuous spectrum of emission/absorption of collisions between protons as a "calling card" of these waves of matter formed by the "almost particles".Taking, then, that until now, the Atlas experiment, also conducted at the LHC, has ruled out the existence of the Higgs boson in a wide range of mass/energy, it can be assumed that, even for the same name field, on the detectors may have a distribution of statistical data more and more 'homogeneous with reduction of the"peaks" with increasing energy, to indicate the presence of mass/energy unlocalized, in place of localized massive vector bosons.
Stefano Gusman
mercoledì 28 settembre 2011
Neutrini : molto rumore per nulla ?
Ovviamente se ne parla come della scoperta del secolo.Forse secondo un esperimento di fisica delle particelle effettuato tra il Cern di Ginevra e i laboratori del Gran Sasso, i neutrini potrebbero essere in grado di superare la velocità della luce. La notizia ha fatto il giro del pianeta e provocato grande eccitazione nel mondo della scienza. Il risultato è talmente incredibile da essere stato accolto dalla comunità scientifica con grande scetticismo, tanto che si è ormai scatenata la caccia all'errore. Ma perché gli scienziati hanno così tanta difficoltà ad accettare questi dati?Innanzi tutto un'evidenza di questo genere potrebbe far cadere uno dei pilastri fondamentali su cui si basa la relatività ristretta : l'insuperabilità della velocità della luce. Ma non c'è solo questo.Secondo quanto ha detto al Guardian Subir Sakar, docente di fisica delle particelle all' università di Oxford, questo risultato scombinerebbe la relazione di causalità: “ L'assunto che la causa non possa arrivare dopo l'effetto è assolutamente fondamentale per la nostra concezione di Universo: se salta siamo veramente nei guai”. In effetti l'idea che nulla può viaggiare più veloce della luce nel vuoto rappresenta la pietra angolare della teoria della relatività speciale di Einstein, che assume tale velocità come una costante. Se i neutrini sono più veloci della luce, allora uno dei presupposti fondamentali della scienza, secondo cui le leggi della fisica sono le stesse per tutti gli osservatori, potrebbe essere invalidato.
Tuttavia queste osservazioni riflettono una visione quanto meno “parziale” di tutta la faccenda.
È' noto da tempo che il principio di indeterminazione di Heisenberg mette in crisi soprattutto il concetto di causa. Nella formulazione piú forte del principio di causalità: “se noi conosciamo il presente esattamente possiamo predire il futuro”, è falsa non la conseguenza, ma la premessa. Noi non possiamo in linea di principio conoscere il presente in ogni elemento di determinazione. Perciò ogni osservazione è una selezione da una quantità di possibilità e una limitazione delle possibilità future. Poiché ora il carattere statistico della teoria quantistica è cosí intimamente associato alla inesattezza di tutte le percezioni, si potrebbe essere condotti alla supposizione che al di là del mondo percepito statisticamente si celi ancora un mondo “reale”, nel quale il principio di causalità è valido. La fisica deve descrivere soltanto la connessione formale delle percezioni. Piuttosto si può caratterizzare molto meglio il vero stato della cosa in questo modo : poiché tutti gli esperimenti sono soggetti alle leggi della meccanica quantistica da ciò segue che attraverso la meccanica quantistica viene stabilita definitivamente la nullità del principio di causalità.
Sincronicità è un termine introdotto da Carl Jung nel 1950 per descrivere la contemporaneità di due eventi connessi in maniera a-causale. Coincidenza di due o più eventi a -temporali, quindi non sincroni, legati da un rapporto di analogo contenuto significativo. Jung distingue la sincronicità dal "sincronismo", eventi che accadono simultaneamente, cioè nello stesso tempo, es: ballerini che fanno lo stesso passo con la stessa cadenza simultanemaente, due orologi che segnano lo stesso orario, metronomo e musica che seguono lo stesso ritmo etc…che sono eventi che accadono senza alcuna connessione di significato, sia causale che casuale, perché sono azioni di pura contemporaneità temporale.La sincronicità invece è basata su altri postulati che, nella vita di tutti i giorni, si traducono come: pensare a una persona e poco dopo ricevere una telefonata che ne porta notizie; nominare un numero e vedere passare una macchina con lo stesso numero impresso sulla carrozzeria; leggere una frase che ci colpisce e poco dopo sentircela ripetere da un'altra persona etc.; che talvolta danno la netta impressione d'essere accadimenti precognitivi legati a una sorta di chiaroveggenza interiore, come se questi segnali fossero disseminati ad arte sul nostro percorso quotidiano per "comunicare qualcosa che riguarda solo noi stessi e il nostro colloquio interiore". Una sorta di risposta esterna, affermativa o negativa, oggettivamente impersonale e simbolicamente rappresentata.
In analogia alla causalità che agisce in direzione della progressione del tempo e mette in connessione due fenomeni che accadono nello stesso spazio in tempi diversi, viene ipotizzata l'esistenza di un principio che mette in connessione due fenomeni che accadono nello stesso tempo ma in spazi diversi. Praticamente viene ipotizzato che al fianco del logico svolgimento di un atto conforme al principio in cui in tempi diversi accadono avvenimenti provocati da una causa, ne esista un altro in cui accadono avvenimenti nello stesso tempo ma in due spazi diversi perché, essendo casuali, non sono direttamente provocati da un effetto, corrispondendo per cui perfettamente al principio di a-temporalità.
In fisica le particelle vengono usualmente trattate come funzione d'onda che si evolve secondo l'equazione di Schrödinger. In particolare il principio di sovrapposizione gioca un ruolo fondamentale nella spiegazione di tutti i fenomeni di interferenza osservati. Tuttavia questo comportamento è in contrasto con la meccanica classica: a livello macroscopico, infatti, non è possibile osservare una sovrapposizione di stati distinti. Un esempio ben noto è fornito dal paradosso del gatto di Schrödinger: un gatto (come qualsiasi essere vivente) non può essere contemporaneamente vivo e morto. Sorge quindi una domanda: esiste una separazione tra regime quantistico e regime classico? L'interpretazione di Copenaghen suggerisce una risposta affermativa: effettuare una misura su un sistema quantistico equivale a renderlo osservabile, quindi "classico". Ad esempio, se in un esperimento della doppia fenditura si osserva la traiettoria di una particella, l'interferenza viene distrutta (principio di complementarità). Il meccanismo responsabile di questo fenomeno prende il nome di collasso della funzione d'onda e venne introdotto da Von Neumann.
Tuttavia, se esiste, un confine tra quantistico e classico non è affatto chiaro dove vada tracciato - né perché esso esista: il collasso della funzione d'onda viene solo postulato. Questi problemi vengono affrontati dalla teoria della decoerenza, la cui idea di base è la seguente: le leggi della meccanica quantistica, a partire dall'equazione di Schrödinger, che si applicano a sistemi isolati - in linea di principio, si applicano anche a quelli macroscopici. Quando un sistema quantistico non è isolato dall'esterno - ad esempio durante una misura - esso diventa entangled con l'ambiente (trattato anch'esso quantisticamente); questo fatto, secondo la teoria, ha conseguenze cruciali sul mantenimento della coerenza.
In particolare, se il sistema viene preparato in una sovrapposizione coerente di stati, l'entanglement con l'ambiente porta alla perdita di coerenza tra le differenti parti della funzione d'onda che corrispondono agli stati sovrapposti. Dopo un tempo di decoerenza caratteristico, il sistema non è più in una sovrapposizione di stati, bensì in una miscela statistica.
Secondo la teoria, la differenza tra sistemi microscopici e macroscopici sta nel fatto che se i primi si possono isolare bene dall'esterno (cioè la coerenza si mantiene facilmente per un tempo sufficientemente "lungo"), lo stesso non si può dire per i secondi, per i quali invece si deve inevitabilmente tener conto dell'interazione con l'ambiente. Di conseguenza è praticamente impossibile osservare sovrapposizioni di stati macroscopicamente distinti, perché se anche si riuscisse a prepararle (cosa in sé difficile, anche se non vietata dalla teoria) avrebbero una durata troppo breve.
Tornando, allora, ai neutrini, alla causalità e alla velocità della luce il problema sta proprio nell’interpretazione del concetto di tempo.
Uno dei piu’ grandi errori della fisica teorica, infatti, è stato quello di considerare il tempo una grandezza fisica “reale” e non la semplice percezione/misurazione di variazioni di stato della materia da parte dell’uomo. Cio’ ha portato erroneamente a credere che il tempo potesse essere “strapazzato” (contratto o dilatato) come se fosse un pezzo di materia. E si che riescie difficile immaginare di poter contrarre o dilatare una lunghezza e, quindi, una distanza tra punti materiali (che, peraltro, esistono solo nella teoria matematico –geometrica e non nella realtà fisica) senza che questa successione di “non punti” sia a sua volta materia, ma il tempo proprio no…E’ un’astrazione, un concetto mentale, peraltro soggettivo o, per dirla alla Einstein, relativo. L’intera struttura dello spazio-tempo è una semplice astrazione matematica e non una realtà fisica. Cio’ che esiste realmente è solo materia in cui il nesso causa effetto degli eventi è preservato dall’essere tale materia un "continuo" fisico a-temporale. Gli esperimenti “entanglement” svolti negli anni 80 da Alain Aspect accreditano fortemente tale ipotesi.
In tale struttura la velocità non è altro che variazione della funzione di stato della materia in un normale spazio euclideo a sua volta materiale e a temporale.
Ma allora che è successo realmente tra il CERN e il Gran Sasso ? Semplicemente i neutrini potrebbero aver percorso una scorciatoia e, cioe', il segmento che sottende l'arco di curva che avrebbero percorso i fotoni. Possedendo maggiore energia, infatti, sono stati deviati dalla gravità meno di quanto lo sarebbero stati gli stessi fotoni.....Se il campo gravitazionale fosse stato piu' forte lo "spread" sarebbe stato maggiore....Cio' significa anche che accelerando a lungo si puo' pensare di "scavare" un tunnel che "taglia" la strada percorsa dalla radiazione e.m....In pratica attraversare uno spazio "fisico" tridimensionale euclideo passando "sotto" le traiettorie geodetiche luce impresse dalla gravità che non sarebbero piu' le linee di minima distanza tra punti e, magari, raggiungere le stelle piu' rapidamente di quanto finora si potesse pensare.
Stefano Gusman
Tuttavia queste osservazioni riflettono una visione quanto meno “parziale” di tutta la faccenda.
È' noto da tempo che il principio di indeterminazione di Heisenberg mette in crisi soprattutto il concetto di causa. Nella formulazione piú forte del principio di causalità: “se noi conosciamo il presente esattamente possiamo predire il futuro”, è falsa non la conseguenza, ma la premessa. Noi non possiamo in linea di principio conoscere il presente in ogni elemento di determinazione. Perciò ogni osservazione è una selezione da una quantità di possibilità e una limitazione delle possibilità future. Poiché ora il carattere statistico della teoria quantistica è cosí intimamente associato alla inesattezza di tutte le percezioni, si potrebbe essere condotti alla supposizione che al di là del mondo percepito statisticamente si celi ancora un mondo “reale”, nel quale il principio di causalità è valido. La fisica deve descrivere soltanto la connessione formale delle percezioni. Piuttosto si può caratterizzare molto meglio il vero stato della cosa in questo modo : poiché tutti gli esperimenti sono soggetti alle leggi della meccanica quantistica da ciò segue che attraverso la meccanica quantistica viene stabilita definitivamente la nullità del principio di causalità.
Sincronicità è un termine introdotto da Carl Jung nel 1950 per descrivere la contemporaneità di due eventi connessi in maniera a-causale. Coincidenza di due o più eventi a -temporali, quindi non sincroni, legati da un rapporto di analogo contenuto significativo. Jung distingue la sincronicità dal "sincronismo", eventi che accadono simultaneamente, cioè nello stesso tempo, es: ballerini che fanno lo stesso passo con la stessa cadenza simultanemaente, due orologi che segnano lo stesso orario, metronomo e musica che seguono lo stesso ritmo etc…che sono eventi che accadono senza alcuna connessione di significato, sia causale che casuale, perché sono azioni di pura contemporaneità temporale.La sincronicità invece è basata su altri postulati che, nella vita di tutti i giorni, si traducono come: pensare a una persona e poco dopo ricevere una telefonata che ne porta notizie; nominare un numero e vedere passare una macchina con lo stesso numero impresso sulla carrozzeria; leggere una frase che ci colpisce e poco dopo sentircela ripetere da un'altra persona etc.; che talvolta danno la netta impressione d'essere accadimenti precognitivi legati a una sorta di chiaroveggenza interiore, come se questi segnali fossero disseminati ad arte sul nostro percorso quotidiano per "comunicare qualcosa che riguarda solo noi stessi e il nostro colloquio interiore". Una sorta di risposta esterna, affermativa o negativa, oggettivamente impersonale e simbolicamente rappresentata.
In analogia alla causalità che agisce in direzione della progressione del tempo e mette in connessione due fenomeni che accadono nello stesso spazio in tempi diversi, viene ipotizzata l'esistenza di un principio che mette in connessione due fenomeni che accadono nello stesso tempo ma in spazi diversi. Praticamente viene ipotizzato che al fianco del logico svolgimento di un atto conforme al principio in cui in tempi diversi accadono avvenimenti provocati da una causa, ne esista un altro in cui accadono avvenimenti nello stesso tempo ma in due spazi diversi perché, essendo casuali, non sono direttamente provocati da un effetto, corrispondendo per cui perfettamente al principio di a-temporalità.
In fisica le particelle vengono usualmente trattate come funzione d'onda che si evolve secondo l'equazione di Schrödinger. In particolare il principio di sovrapposizione gioca un ruolo fondamentale nella spiegazione di tutti i fenomeni di interferenza osservati. Tuttavia questo comportamento è in contrasto con la meccanica classica: a livello macroscopico, infatti, non è possibile osservare una sovrapposizione di stati distinti. Un esempio ben noto è fornito dal paradosso del gatto di Schrödinger: un gatto (come qualsiasi essere vivente) non può essere contemporaneamente vivo e morto. Sorge quindi una domanda: esiste una separazione tra regime quantistico e regime classico? L'interpretazione di Copenaghen suggerisce una risposta affermativa: effettuare una misura su un sistema quantistico equivale a renderlo osservabile, quindi "classico". Ad esempio, se in un esperimento della doppia fenditura si osserva la traiettoria di una particella, l'interferenza viene distrutta (principio di complementarità). Il meccanismo responsabile di questo fenomeno prende il nome di collasso della funzione d'onda e venne introdotto da Von Neumann.
Tuttavia, se esiste, un confine tra quantistico e classico non è affatto chiaro dove vada tracciato - né perché esso esista: il collasso della funzione d'onda viene solo postulato. Questi problemi vengono affrontati dalla teoria della decoerenza, la cui idea di base è la seguente: le leggi della meccanica quantistica, a partire dall'equazione di Schrödinger, che si applicano a sistemi isolati - in linea di principio, si applicano anche a quelli macroscopici. Quando un sistema quantistico non è isolato dall'esterno - ad esempio durante una misura - esso diventa entangled con l'ambiente (trattato anch'esso quantisticamente); questo fatto, secondo la teoria, ha conseguenze cruciali sul mantenimento della coerenza.
In particolare, se il sistema viene preparato in una sovrapposizione coerente di stati, l'entanglement con l'ambiente porta alla perdita di coerenza tra le differenti parti della funzione d'onda che corrispondono agli stati sovrapposti. Dopo un tempo di decoerenza caratteristico, il sistema non è più in una sovrapposizione di stati, bensì in una miscela statistica.
Secondo la teoria, la differenza tra sistemi microscopici e macroscopici sta nel fatto che se i primi si possono isolare bene dall'esterno (cioè la coerenza si mantiene facilmente per un tempo sufficientemente "lungo"), lo stesso non si può dire per i secondi, per i quali invece si deve inevitabilmente tener conto dell'interazione con l'ambiente. Di conseguenza è praticamente impossibile osservare sovrapposizioni di stati macroscopicamente distinti, perché se anche si riuscisse a prepararle (cosa in sé difficile, anche se non vietata dalla teoria) avrebbero una durata troppo breve.
Tornando, allora, ai neutrini, alla causalità e alla velocità della luce il problema sta proprio nell’interpretazione del concetto di tempo.
Uno dei piu’ grandi errori della fisica teorica, infatti, è stato quello di considerare il tempo una grandezza fisica “reale” e non la semplice percezione/misurazione di variazioni di stato della materia da parte dell’uomo. Cio’ ha portato erroneamente a credere che il tempo potesse essere “strapazzato” (contratto o dilatato) come se fosse un pezzo di materia. E si che riescie difficile immaginare di poter contrarre o dilatare una lunghezza e, quindi, una distanza tra punti materiali (che, peraltro, esistono solo nella teoria matematico –geometrica e non nella realtà fisica) senza che questa successione di “non punti” sia a sua volta materia, ma il tempo proprio no…E’ un’astrazione, un concetto mentale, peraltro soggettivo o, per dirla alla Einstein, relativo. L’intera struttura dello spazio-tempo è una semplice astrazione matematica e non una realtà fisica. Cio’ che esiste realmente è solo materia in cui il nesso causa effetto degli eventi è preservato dall’essere tale materia un "continuo" fisico a-temporale. Gli esperimenti “entanglement” svolti negli anni 80 da Alain Aspect accreditano fortemente tale ipotesi.
In tale struttura la velocità non è altro che variazione della funzione di stato della materia in un normale spazio euclideo a sua volta materiale e a temporale.
Ma allora che è successo realmente tra il CERN e il Gran Sasso ? Semplicemente i neutrini potrebbero aver percorso una scorciatoia e, cioe', il segmento che sottende l'arco di curva che avrebbero percorso i fotoni. Possedendo maggiore energia, infatti, sono stati deviati dalla gravità meno di quanto lo sarebbero stati gli stessi fotoni.....Se il campo gravitazionale fosse stato piu' forte lo "spread" sarebbe stato maggiore....Cio' significa anche che accelerando a lungo si puo' pensare di "scavare" un tunnel che "taglia" la strada percorsa dalla radiazione e.m....In pratica attraversare uno spazio "fisico" tridimensionale euclideo passando "sotto" le traiettorie geodetiche luce impresse dalla gravità che non sarebbero piu' le linee di minima distanza tra punti e, magari, raggiungere le stelle piu' rapidamente di quanto finora si potesse pensare.
Stefano Gusman
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