Gravity Gravità

"MT" vs "LQG". Oltre l'ultima frontiera della gravità.

2012-01-21T03:04:00.000-08:00

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.
http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9903045.pdf
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.
http://en.wikipedia.org/wiki/Spin_networks
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'elelettromagnetismo 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

"MT" vs "LQG". Beyond the last gravity frontier

2012-01-21T03:02:00.000-08:00

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.
http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9903045.pdf
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.
http://en.wikipedia.org/wiki/Spin_networks
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 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 and 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

Il "quasi bosone"

2011-12-17T02:16:00.001-08:00

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) http://it.wikipedia.org/wiki/Supersimmetria 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, http://it.wikipedia.org/wiki/Ipotesi_di_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”.

http://users.utu.fi/hietarin/dromions/index.html

Stefano Gusman

The "quasi boson"

2011-12-17T02:07:00.000-08:00

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).

As you can observe data present "statistical excess" in the field of mass ranging from 115 to about 120 Gev, namely the existence of a “light” Higgs boson whose existence requires, to be compatible with the standard model, even the super symmetric particles (SUSY) http://en.wikipedia.org/wiki/Supersymmetry of which there isn't track. The conclusion of the workshop held at CERN was that data suggest the possible existence of the Higgs boson in this mass range/energy, and exclude the existence of others. The main difficulty lies in distinguishing precisely the single particle from the background noise. In the next "run" of the LHC, which, by the end of 2012, will reach Tev, should clarify the situation further.

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 http://en.wikipedia.org/wiki/De_Broglie_hypothesis , and their membership to the physical mass/energy fields (the Higgs field in this case).

Ultymately you will observe the "solitons".

http://users.utu.fi/hietarin/dromions/index.html

Stefano Gusman

logica "S.E.M.M."

2011-11-01T10:40:00.000-07:00

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

2011-11-01T10:37:00.000-07:00

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.

OP HERA

2011-10-13T01:22:00.000-07:00

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 http://it.wikipedia.org/wiki/Hideki_Yukawa http://it.wikipedia.org/wiki/Potenziale_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.

La forza nucleare forte propone ancora diversi enigmi: in che modo quark e gluoni si uniscono a formare il protone? Come varia la forza forte al variare della distanza fra coppie di particelle? Perchè quark e gluoni sono sempre racchiusi all'interno di particelle come protoni e neutroni e non possono mai essere osservati come particelle libere? Le quattro forze fondamentali possono avere un'origine comune, come sospetta la maggior parte dei fisici, ed essere descritte da una teoria unitaria?
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
http://www.desy.de/pr-info/desyhome/html/presse/hginfos/hera/forschung.en.html

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 (http://www.ejtp.com/articles/ejtpv3i10p39.pdf) 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

2011-10-13T01:18:00.000-07:00

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.

The strong nuclear force still offers several puzzles: how quarks and gluons together to form the proton? As the strong force varies as a function of distance between pairs of particles? Why quarks and gluons are always enclosed in particles such as protons and neutrons and can never be observed as free particles? The four fundamental forces can have a common origin, as suspected, most physicists, and be described by a single theory?The experiments conducted with particle accelerators, such as those performed in the collider Hera, in Hamburg, have made an essential contribution to find answers to these questions.Hera (which stands for Hadron-Elektron-Ring-Anlage, namely 'loop system for hadrons and electrons ") is the most important particle accelerator laboratory DESY (Deutsches Elektronen-Synchroton). The plant consists of two rings of accelerating 6336 meters in circumference each, built at a depth of about 30 meters in a tunnel under the city districts of Bahrenfeld and Lurup. A ring accelerates electrons (but also wanting their antiparticles, positrons), leading up to an energy of 27.5GeV, while the other accelerates protons to an energy of 920GeV.In the vacuum of the two storage rings, electrons and protons zipping in opposite directions for hours. They travel at nearly the speed of light along their route about 47,000 times a second and collide head-on in two experimental spaces. Take place here the experiments called H1 and Zeus : detectors with size of houses, weighing several thousand tons, record the collisions between the particles and traces of secondary particles that are generated in collisions. Of the many thousands of such events occurring every second, the most interesting ones are recorded for later interpretation.The standard model contains all the safe 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 belongs to these). The four elemental forces operating between the particles are transmitted from the mediating particles (which are the graviton for gravity and 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 simply means that, even in experiments with the highest resolution, it is not possible to measure effects related to their extension.The experiments conducted with the H1 and Zeus, Hera were able to measure more precisely the intensity of this force that operates between the quark. From the measurements made with Hera was known that the quarks in the proton emit gluons, and that they generate further gluons or quark-antiquark pairs. Most physicists, however, was convinced that, in addition to the three valence quarks in the proton, they were only a few pairs quark - antiquark and only few gluons and therefore that the proton was almost empty. According to new measurements, however, the interior of a proton resembles in a seething thick broth in which gluons and quark-antiquark pairs are continuously generated and annihilated again. This high density of the emission of gluons is a completely new state, so far not investigated, of the strong force. In our opinion, is due precisely to this state if quarks and gluons are "confined" inside the proton, and are therefore never observed as free particles.Hera has provided another surprise: the prospective trial was that, in the violent collisions that occur in high power accelerators, protons were crushed in a large number of new particles. Instead in 15 percent of the proton collisions they remained intact, even though he had undergone a vigorous interaction. But as a proton can survive the collision, when a quark is violently gotten out from it ? The thing seems utterly incomprehensible. It clearly depends on a flagship property of the strong force, which should help us understand why quarks and gluons are confined in the proton.The discovery of these events led to an intense collaboration between theoretical and experimental physicists. Both collider experiments to the Hera - H1 and Zeus - were changed to extend the measurements to lower values of pulse to better investigate the protons diffuse. The first theoretical attempt, with the help of models, to explain the high density of the emission of gluons in the scattering process. This research has made great strides in the meantime. And maybe you will soon figure out how the strong emission of gluons can prevent that quarks and gluons emerge as free particles from diffusion process, and as protons can remain intact.Summarize once again: the collider experiments performed with Hera, using electrons as probes, have been brought under the lens of this supermicroscope the structure of the proton and the fundamental forces of nature, allowing to observe with a resolution never achieved before. In this context, for the first time become accessible to measurement, the weak force and electromagnetic force behave exactly as predicted by the standard model of particle physics ; though at great distances their intensities are quite different, they have however a common origin. The difference depends on the diversity of particle mass mediators.The theory of the strong force (quantum chromodynamics) was confirmed in the most accurate for small distances. The structure of the proton is detected very complex because, in the case of small pulses, the density of quarks and gluons is very high. Moreover, against all expectations, protons often emerge intact from the diffusion process. The two new observations re-propose in a completely new way the fundamental question:

"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
http://www.desy.de/pr-info/desyhome/html/presse/hginfos/hera/forschung.en.html

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

Neutrini : molto rumore per nulla ?

2011-09-28T04:38:00.000-07:00

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 http://it.wikipedia.org/wiki/Neutrino 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 http://it.wikipedia.org/wiki/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 http://it.wikipedia.org/wiki/Geodetica e, magari, raggiungere le stelle piu' rapidamente di quanto finora si potesse pensare.

Stefano Gusman

Neutrinos: much ado about nothing ?

2011-09-28T04:33:00.000-07:00

Obviously it speaks as the discovery of the century. May be that according to a particle physics experiment carried on between CERN in Geneva and the Gran Sasso laboratories, the neutrinos might be able to exceed the speed of light. The news has gone around the world and caused great excitement in science. The result is so incredible that it has been greeted with great skepticism by the scientific community, so that started the hunting error. But why scientists have so much trouble accepting this data?First evidence of this kind could bring down one of the fundamental pillars of special relativity: the speed of light insuperability. But that's not all. According to the opinion of a professor of particle physics at the 'University of Oxford, Subir Sakar, published on Guardian, this result mess the causal relation: "The assumption that the cause can not come after the effect is absolutely fundamental to our conception of Universe: If we lose it we are into real troubles. " In fact the idea that nothing can travel faster than light in vacuum is the cornerstone of Einstein's special theory of relativity, which assumes that velocity as a constant. If neutrinos are faster than light, then one of the fundamental assumptions of science, that the laws of physics are the same for all observers, could be invalidated.

However these observations at least reflect a partial vision of the whole question.

It has long been known that the Heisenberg uncertainty principle, especially undermines the concept of cause. In the strongest formulation of the principle of causality: "If we know exactly present we can accurately predict the future," not the result is false, but the premise. We can not in principle know the present in every element of determination. Thus each observation is a selection from a number of possibilities and a limitation of future possibilities. Because now the statistical nature of quantum theory is so intimately associated with the inaccuracy of all perceptions, one might be led to the assumption that beyond the statistically perceived world is hidden still a "real" world, in which the principle of causality is valid . Physics should describe only the formal connection of perceptions. Rather, one can characterize the true state of the thing a lot better in this way: since all experiments are subject to the laws of quantum mechanics from this matter follows that, by quantum mechanics is established permanently the invalidity of the principle of causality.

Synchronicity is a term introduced by Carl Jung in 1950 to describe the simultaneity of two events connected in an a-causal way. Coincidence of two or more a temporal events, so not synchronous, linked by a similar ratio of meaningful content. Jung distinguishes synchronicity from the "timing" events that occur simultaneously, that is at the same time : dancers who do simultaneously the same step at the same rate, two clocks that mark the same time, metronome and music that follow the same rhythm, etc. ... which are events that occur without any connection with meaning, both causal and random, because they are actions pure contemporary actions. Instead synchronicity is based on other assumptions that, in everyday life, are translated as: to think of a person and shortly after receive a phone call brings news about; appointing a number and going to see a car with the same numberplate, read a sentence that strikes us and shortly after heard repeated by another person, etc.., which sometimes give distinct impression of being precognitive events related to a kind of inner clairvoyance, as if these signals were scattered artfully on our daily journey to "communicate something about only ourselves and our inner conversation." A kind of external response, positive or negative, objectively impersonal and symbolically represented.In analogy to the causality that acts in the direction of the progression of time and links two phenomena that occur in the same space at different times, it is assumed the existence of a principle that connects two phenomena occurring at the same time but in different spaces . Practically it is assumed that in addition to the next logical development of a measure consistent with the principle in which events occur at different times caused by a cause, there exists another in which events occur at the same time but in two different spaces because, being random, are not directly caused by an effect, that correspond perfectly to the principle of a-temporality.

In physics, the particles are usually treated as a wave function that evolves according to the Schrödinger equation. In particular, the superposition principle plays a fundamental role in the explanation of all the interference phenomena observed. However, this behavior is in contrast to classical mechanics: at a macroscopic level, in fact, it is not possible to observe a superposition of distinct states.
A well known example is provided by the paradox of Schrödinger's cat: a cat (like any living being) can not be both alive and dead. Then a question arises: is there a separation between quantum and classical regime? The Copenhagen interpretation suggests an affirmative answer: make a measurement of a quantum system is equivalent to make it observable, then "classic." For example, if in the double slit experiment we observe the trajectory of a particle, the interference is destroyed (principle of complementarity). The mechanism responsible for this phenomenon is called collapse of the wave function and was introduced by Von Neumann.However, if there is a boundary between the quantum and classical is not clear where the track goes - or why it exists: the collapse of the wave function is only postulated. These problems are addressed by the theory of decoherence, whose basic idea is the following: the laws of quantum mechanics, starting out from the Schrödinger equation, that apply – in principle - to isolated systems – apply even at the macroscopic ones. When a quantum system is not isolated from the outside - such as when a measure - it becomes entangled with the environment (which is also treated quantum); this fact, the theory goes, has crucial consequences on the maintenance of coherence.In particular, if the system is prepared in a coherent superposition of states, the entanglement with the environment leads to loss of coherence between the different parts of the wave function that correspond to the states overlapped. After a characteristic time of decoherence, the system is no longer in a superposition of states, but in a statistical mixture.According to the theory, the difference between microscopic and macroscopic systems is that if the first may insulate from the outside (that is that coherence is easily maintained for a sufficient "long" time), the same can not be said for the second , but for which you must inevitably take into account the interaction with the environment. Consequently it is virtually impossible to observe macroscopically distinct states overlap, because even if you could prepare (thing in itself difficult, if not forbidden by the theory) would have a life too short.

Returning then to neutrinos, causality and speed of light the problem lies in the interpretation of the concept of time.One of the most 'biggest mistakes of theoretical physics, in fact, was to consider the time a physical "real" and not merely the perception/measurement of changes of state of matter by man. This' mistakenly led to believe that the time could be "scrambled" (contract or dilated) as if it were a piece of matter. And if is difficult to imagine being able to contract or dilate a length and, therefore, a distance between material points (which, however, exist only in mathematical or geometric theory of, but not in physical reality), without this succession of "no points" is in turn matter, time such not so ... It is just an abstraction, a mental concept, however subjective or, to put it to Einstein, relative. The entire structure of space-time is a simple mathematical abstraction and not a physical reality. What really exists is only matter where the link cause and effect of events is preserved by its continuous and a temporal nature. Experiments "entanglement" performed by Alain Aspect in the 80’ accredit strongly this hypothesis.

In this frame speed is nothing else that variation of matter state function in a normal euclideus material and a temporal space.

So what really happened between CERN and Gran Sasso? neutrinos could have only traveled a short cut, that is the segment behind the arc of the curve by the theoretic photon path. Possessing more energy, in fact, they would have been deflected by gravity less then photons would had done. If the gravitational field was more powerful the "spread" would have been greater. This also means that for very long accelerating you can think of digging a tunnel that "cuts" the road traveled by the radiation em . In practice to cross an euclidean "phisical" three-dimensional space under light geodetic trajectories impressed by gravity - that wouldn't be the smallest distance lines between points - and, perhaps, reach for the stars more rapidly than you could think up to now .

Stefano Gusman

"Zitto e calcola !"

2011-09-18T02:57:00.000-07:00

L'interpretazione di Copenhagen della Meccanica Quantistica si ispira fondamentalmente ai lavori svolti da Niels Bohr e da Werner Karl Heisemberg attorno al 1927 all'epoca della loro collaborazione a Copenaghen. Nel classico esperimento in cui la luce attraversa uno schermo sul quale sia praticata una doppia fenditura si ottengono, su una lastra posta di fronte allo schermo bande alterne di colore chiaro e scuro, che possono essere interpretate come le zone in cui le onde luminose interferiscono costruttivamente oppure distruttivamente. Riducendo l'intensità del fascio di luce, in modo tale da avere un solo fotone alla volta, nonostante i fotoni colpiscano uno a uno lo schermo, nel complesso si riottiene la figura d'interferenza tipica delle onde.
Le questioni poste da questo esperimento sono :
1) La meccanica quantistica stabilisce soltanto in modo probabilistico il punto in cui ogni particella colpirà lo schermo e identifica le zone chiare e le zone scure come quelle per cui la probabilità di essere colpite da una particella è, rispettivamente, alta oppure bassa; non è in grado di prevedere in modo esatto dove un determinato corpuscolo andrà a colpire.
2) Cosa succede alle particelle nel percorso che dalla sorgente le porta allo schermo? Ogni particella è descritta da una funzione d'onda non localizzata: sembrerebbe che essa interagisca con entrambe le fenditure, ma se la si considera come puntiforme non può che attraversarne una sola.Nella logica classica il principio di non-contraddizione afferma la falsità di ogni proposizione implicante che una certa proposizione A e la sua negazione, cioè la proposizione non-A, siano entrambe vere allo stesso tempo e nello stesso modo. Secondo le parole di Aristotele : "E impossibile che il medesimo attributo nel medesimo tempo appartenga e non appartenga al medesimo oggetto e sotto il medesimo riguardo".
Ebbene, la doppia natura corpuscolare - ondulatoria di particelle elementari quali il fotone (e l’elettrone che si comporta in maniera analoga), suggerita dalle evidenze sperimentali, è in contrasto con il suddetto principio.
Molti fisici hanno sottoscritto l'«interpretazione di ordine zero» della meccanica quantistica, riassunta nel famoso detto: «Zitto e calcola!», solitamente (ma forse incorrettamente) attribuito a Feynman.

L'interpretazione di Copenaghen si pone di fronte a tali questioni nel modo seguente:

1. Le affermazioni probabilistiche della meccanica quantistica sono irriducibili, nel senso che non riflettono la nostra conoscenza limitata di qualche variabile nascosta. Nella fisica classica, si ricorre alla probabilità anche se il processo è deterministico (per esempio il lancio di un dado), in modo da sopperire a una nostra conoscenza incompleta dei dati iniziali Per contro, l'interpretazione di Copenaghen sostiene che in meccanica quantistica i risultati delle misurazioni di variabili coniugate sono fondamentalmente non deterministici, ossia che anche conoscendo tutti i dati iniziali è impossibile prevedere il risultato di un singolo esperimento, poiché l'esperimento stesso influenza il risultato.

2. Sono prive di senso domande come: «Dov'era la particella prima che ne misurassi la posizione?», in quanto la meccanica quantistica studia esclusivamente quantità osservabili, ottenibili mediante processi di misurazione. L'atto della misurazione causa il «collasso della funzione d'onda», nel senso che quest'ultima è costretta dal processo di misurazione ad assumere i valori di uno a caso dei possibili stati permessi
Molti fisici e filosofi hanno mosso obiezioni all'interpretazione di Copenaghen e le celebri frasi di Albert Einstein: «Dio non gioca a dadi con l’Universo» e «credi davvero che la Luna non sia lì se non la guardi?» ne sono una esemplificazione.
La completezza della meccanica quantistica è stata attaccata dall'esperimento mentale Einstein - Podolsky - Rosen, inteso a mostrare che devono esistere alcune variabili nascoste, se si vogliono evitare effetti a distanza istantanei e non locali.

Negli spettri di assorbimento atomici si osservano sdoppiamenti delle righe spettrali che, in "singoletti", si dispongono simmetricamente rispetto alla riga centrale. Nel modello atomico di Bohr la condizione per cui un elettrone muovendosi attorno al nucleo atomico lungo la sua orbita non emetta energia è che il valore del momento angolare sia un multiplo intero della grandezza h/2π (quantizzazione del momento angolare). In pratica un atomo puo’ passare dallo stato fondamentale a uno stato “eccitato” solo assorbendo una determinata quantità di energia tale da portare un elettrone periferico a percorrere un’orbita esterna piu’ ampia il cui raggio r, detta m la massa dell’elettrone e v la sua velocità tangenziale, sia tale che mvr = nh/2π, con n numero intero. A sua volta, diseccitandosi, l’atomo restituirà la stessa quantita’ di energia precedentemente assorbita e, cioe’ E = nhv. Di qui i caratteristici spettri atomici di assorbimento e/o di emissione a righe. A ciascuna riga corrisponde una determinata frequenza v e, quindi, un certo quanto di energia hv.
I “quanti” potevano essere assorbiti o emessi solo in pacchetti definiti dalla quantità nhv dove, appunto, n doveva essere un numero intero che fu definito numero quantico principale. Grazie all’uso di strumenti ottici ad alto potere risolutivo si noto’ successivamente, che in realtà le suddette righe erano, a loro volta, costituite da righe “discrete” il che suggeri’ che gli elettroni oltre che orbite circolari come quelle previste da Bohr, potessero seguire anche orbite ellittiche in numero pari a e, detto numero quantico secondario. Osservazioni di ulteriori sdoppiamenti delle righe spettrale in “singoletti” che, in numero dispari, si disponevano attorno alla riga centrale, suggerirono che, considerando l'orbita ellittica di un elettrone attorno al nucleo alla stregua di una spira piana percorsa da una carica elettrica, questo effetto poteva essere attribuito alla variazione di inclinazione della spira, come si osservava a seguito dell'interazione con un campo magnetico esterno e, quindi, il terzo numero quantico fu definito numero quantico magnetico. Infine, sempre a causa di altri sdoppiamenti osservati fu introdotto il numero quantico di “spin” che definiva il verso di rotazione di ciascun elettrone attorno proprio asse e, quindi, il relativo momento magnetico angolare (o di spin) +1/2 e -1/2, secondo la “regola del cavatappi”, anch'esso influenzabile da un campo magnetico esterno.

Nelle configurazioni stabili gli spin degli elettroni di uno stesso orbitale devono essere uguali e opposti per il principio di esclusione di Pauli.

Il paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (paradosso EPR) è un esperimento mentale che dimostra come una misura eseguita su una parte di un sistema quantistico possa propagare istantaneamente un effetto sul risultato di un'altra misura, eseguita successivamente su un’altra parte dello stesso sistema, indipendentemente dalla distanza che separa le due parti
Questo effetto, noto come entanglement quantistico e derivante dalla interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica, venne considerato paradossale in quanto, oltre che controintuitivo, ritenuto incompatibile con un postulato della relatività ristretta (che considera la velocità della luce la velocità limite alla quale può viaggiare un qualunque tipo d'informazione) e, più in generale, con il principio di località.
Si deve a David Bohm, nel 1951, una riformulazione del paradosso in termini più facilmente verificabili sperimentalmente
Il paradosso EPR descrive un effetto fisico che, come accennato, ha aspetti paradossali nel senso seguente: se in un sistema quantistico ipotizziamo alcune deboli e generali condizioni come realismo, località e completezza, ritenute ragionevolmente vere per qualunque teoria che descriva la realtà fisica senza contraddire la relatività, giungiamo ad una contraddizione. Tuttavia è da notare che "di per sé" la meccanica quantistica non è intrinsecamente contraddittoria, né risulta in contrasto con la relatività
Benché proposto originariamente per mettere in luce l'incompletezza della meccanica quantistica, ulteriori sviluppi teorici e sperimentali seguiti all'articolo originale (come il teorema di Bell e l'esperimento sulla correlazione quantistica di Aspect) hanno portato una gran parte dei fisici a considerare il paradosso EPR solo un illustre esempio di come la meccanica quantistica contrasti in modo stridente con le esperienze quotidiane del mondo macroscopico (per quanto la questione non sia assolutamente chiusa) .
Considereremo la versione semplificata dell'esperimento ideale di EPR formulata da David Bohm.
Si supponga di avere una sorgente che emette coppie di elettroni, uno dei quali viene inviato alla destinazione A, dove c'è un'osservatrice di nome Alice, e l'altro viene inviato alla destinazione B, dove c'è un osservatore di nome Bob. Secondo la meccanica quantistica, possiamo sistemare la sorgente in modo che ciascuna coppia di elettroni emessi occupi uno stato quantistico detto singoletto di spin. Questo si può descrivere come sovrapposizione quantistica di due stati, indicati con I e II. Nello stato I, l'elettrone A ha spin parallelo all'asse z (+z) e l'elettrone B ha spin antiparallelo all'asse z (-z). Nello stato II, l'elettrone A ha spin -z e l'elettrone B ha spin +z. È quindi impossibile associare ad uno dei due elettroni nel singoletto di spin uno stato di spin definito: gli elettroni sono quindi detti entangled, cioè intrecciati.

Riproposizione dell'esperimento suggerito da Einstein, Podolsky e Rosen, eseguito con elettroni.Una sorgente invia elettroni verso due osservatori, Alice (a sinistra) e Bob (a destra), i quali sono in grado di eseguire misure della proiezione dello spin degli elettroni lungo un asse.

Alice misura lo spin lungo l'asse ottenendo uno dei due possibili risultati: +z o -z. Supponiamo che ottenga +z; secondo la meccanica quantistica la funzione d'onda che descrive lo stato di singoletto dei due elettroni collassa nello stato I (le diverse interpretazioni della meccanica quantistica dicono questo in diversi modi, ma il risultato alla fine è lo stesso) e tale stato quantistico determina le probabilità dei risultati di qualunque altra misura fatta sul sistema. In questo caso, se Bob successivamente misurasse lo spin lungo l'asse z, otterrebbe -z con una probabilità del 100%. Analogamente, se Alice misurasse -z, Bob otterrebbe +z, sempre con una probabilità del 100% . In meccanica quantistica, la proiezione dello spin lungo x e quella lungo z sono quantità osservabili tra loro incompatibili, per cui gli operatori associati non commutano, cioè uno stato quantistico non può possedere valori definiti per entrambe le variabili (principio di indeterminazione). Supponiamo che Alice misuri lo spin lungo z e ottenga +z, in modo che il sistema collassi nello stato I. Ora, invece di misurare lo spin lungo z, Bob misura lo spin lungo x : secondo la meccanica quantistica, c'è il 50% di probabilità che egli ottenga +x e il 50% di probabilità che ottenga -x. Inoltre, è impossibile predire quale sarà il risultato fino a quando Bob non esegue la misura. È bene sottolineare che, benché si sia usato lo spin come esempio, si possono considerare molte altre quantità fisiche (osservabili), tra loro entangled. L'articolo originale di EPR, per esempio, usava l'impulso come quantità osservabile. Gli esperimenti odierni usano spesso la polarizzazione dei fotoni, perché più facile da preparare e quindi misurare.

Supponiamo che Alice decida di misurare lo spin lungo z (lo chiameremo z-spin). Dopo che Alice esegue la misura, lo z-spin dell'elettrone di Bob è noto, quindi è un elemento fisico di realtà. Analogamente, se Alice decidesse di misurare lo spin lungo x, l'x-spin di Bob sarebbe un elemento fisico di realtà dopo la sua misura
Uno stato quantistico non può possedere contemporaneamente un valore definito per lo x-spin e lo z-spin . Se la meccanica quantistica è una teoria fisica completa nel senso dato sopra, l'x-spin e lo z-spin non possono essere elementi fisici di realtà allo stesso tempo. Questo significa che la decisione di Alice di eseguire la misura lungo l'asse x o lungo l'asse z ha un effetto istantaneo sugli elementi fisici di realtà nel luogo in cui si trova Bob ad operare con le sue misure. Tuttavia, questa è una violazione del principio di località o principio di separazione.
Il principio di località afferma che i processi fisici non possono avere effetto immediato su elementi fisici di realtà in un altro luogo separato da quello in cui avvengono. A prima vista questa appare un'assunzione ragionevole (infatti a livello macroscopico lo è), in quanto conseguenza della relatività speciale, la quale afferma che le informazioni non si possono mai trasmettere a una velocità maggiore di quella della luce senza violare la causalità. Generalmente si crede che ogni teoria che violi la causalità sia anche internamente inconsistente, e quindi del tutto insoddisfacente
Tuttavia il principio di località si richiama fortemente all'intuizione fisica di livello macroscopico, e Einstein, Podolsky e Rosen non volevano abbandonarlo. Einstein derise le predizioni della meccanica quantistica come "spaventosa azione a distanza". La conclusione che trassero fu che la meccanica quantistica non è una teoria completa.
Esistono parecchi possibili modi per risolvere il paradosso. Quello ipotizzato da EPR è che la meccanica quantistica, nonostante il successo in una ampia e vasta varietà di scenari sperimentali, sia in realtà una teoria incompleta. In altre parole esisterebbe qualche teoria della natura ancora non scoperta, rispetto alla quale la meccanica quantistica gioca il ruolo di approssimazione statistica. Questa teoria più completa conterrebbe variabili che tengono conto di tutti gli "elementi fisici di realtà" e che danno origine agli effetti che la meccanica quantistica è in grado di predire solo a livello probabilistico. Una teoria con tali caratteristiche prende il nome di teoria delle variabili nascoste.
Per illustrare questa idea si può formulare una teoria delle variabili nascoste molto semplice, che spieghi i risultati dell'esperimento descritto sopra.
Si supponga che gli stati quantistici di spin di singoletto emessi dalla sorgente siano in realtà descrizioni approssimate dei "veri" stati fisici che possiedono valori definiti per lo z-spin e per l' x-spin. In questi stati "veri", l'elettrone che va verso Bob ha sempre valori di spin opposti rispetto all'elettrone che va verso Alice, ma tali valori sono completamente random (casuali). Per esempio, la prima coppia emessa dalla sorgente può essere "(+z, -x) verso Alice e (-z, +x) verso Bob", la coppia successiva "(-z, -x) verso Alice e (+z, +x) verso Bob" e così via. Per ciò, se l'asse della misura di Bob è allineato con quello di Alice, egli otterrà necessariamente l'opposto di qualunque cosa ottenga Alice; altrimenti egli otterrà "+" e "-" con eguale probabilità.
Ipotizzando di restringere le misure solo all'asse z e all'asse x, tale teoria delle variabili nascoste è sperimentalmente indistinguibile dalla teoria della meccanica quantistica.
In realtà c'è ovviamente un numero infinito (numerabile) di assi lungo i quali Alice e Bob possono eseguire le rispettive misure; questo significa che, in teoria, si potrebbe considerare un numero infinito di variabili nascoste indipendenti. Tuttavia, si deve tener presente che questa è una formulazione molto semplicistica di una teoria delle variabili nascoste e una teoria più sofisticata sarebbe in grado di risolvere il problema a livello matematico.
Ci sarebbe un’altra obiezione da fare : una volta emessi e, quindi, svincolati dalla struttura atomica di cui facevano parte, gli elettroni del singoletto sono ancora vincolati ad obbedire al principio di esclusione ?La risposta è affermativa in quanto la funzione d'onda che descrive lo stato quantistico del singoletto è unica ed è stazionaria, cioe' non dipende dal tempo, ma solo dallo spazio e "collassa" istantaneamente in una soluzione nel momento in cui Alice o Bob effettuano la misurazione, indipendentemente dal luogo in cui si trova ciascuno dei due elettroni costituenti il singoletto "entangled" dell'atomo da cui i due elettroni sono stati "strappati". Dopo che Alice effettua la sua misurazione e Bob ricava la misurazione correlata ciascun elettrone diventa indipendente dall'altro con una nuova funzione d'onda associata. Nel 1964, John Bell ha mostrato come le predizioni della meccanica quantistica nell'esperimento pensato da EPR siano in realtà leggermente differenti dalle predizioni di una classe molto vasta di teorie delle variabili nascoste. Grosso modo, la meccanica quantistica predice correlazioni statistiche molto più forti tra i risultati di misure eseguite su differenti assi di quanto non facciano le teorie delle variabili nascoste. Queste differenze, espresse adoperando relazioni di disuguaglianza note come disuguaglianze di Bell, sono dal punto di vista di principio individuabili sperimentalmente.
In seguito alla pubblicazione dell'articolo di Bell, cominciarono ad essere approntati tutta una serie di esperimenti per saggiare le disuguaglianze di Bell (come detto sopra, questi esperimenti in generale trattano con misure di polarizzazione di fotoni). Tutti gli esperimenti condotti finora hanno indicato un comportamento in linea con le predizioni della meccanica quantistica standard.
Attualmente la maggior parte dei fisici ritiene che la meccanica quantistica sia corretta e che il paradosso EPR sia appunto solo un "paradosso" per il fatto che le intuizioni classiche (di livello macroscopico) non corrispondano alla realtà. Si possono trarre da ciò parecchie diverse conclusioni, che dipendono da quale interpretazione della meccanica quantistica si usi. Nella vecchia interpretazione di Copenhagen, prodotta da Niels Bohr, Werner Karl Heisenberg, Pascual Jordan e Max Born, si conclude che il principio di località (o di separazione) non debba valere e che avvenga effettivamente il collasso della funzione d'onda istantaneo. Nell'interpretazione a molti-universi, di Hugh Everett III, la località è mantenuta e gli effetti delle misure sorgono dal suddividersi e ramificarsi delle "storie" o linee d'universo degli osservatori
Forse quello del “zitto e calcola” è l’unico approccio possibile alla comprensione della MQ, se non altro per cercare di verificare la tenuta dei modelli teorici alla mole di dati che ci si aspetta, ad es, dai risultati di esperimenti quali quelli in corso di svolgimento al CERN (LHC). C’è il rischio, pero’, che questa navigazione “a vista” conduca erroneamente a identificare modelli matematici e realtà fisiche aumentando, cosi’, lo “spread” tra forma e sostanza che, a mio parere, costituisce l’anello debole di quella catena logica che dovrebbe guidare il percorso della Conoscenza.

Stefano Gusman

"Shut up and calculate !"

2011-09-18T02:48:00.000-07:00

The Copenhagen interpretation of quantum mechanics is fundamentally inspired by the work done by Niels Bohr and Werner Karl Heisenberg around 1927, when they were together in Copenhagen. In the classic experiment in which light passes through a screen on which is carried out a double slit are obtained, on a plate placed in front of the screen, alternating bands of light and dark color, which can be interpreted as areas where light waves interfere constructively or destructively. By reducing the intensity of the beam, so as to have only one photon at a time, in spite of the photons hit the screen one by one, on the whole it regains the interference. pattern is typical of the waves. The questions posed by this experiment are :
1) quantum mechanics provides only a statistical point where each particle hit the screen and identifies lighter and dark areas such as those for which the probability of being hit by a particle, respectively, high or low ; can not to predict exactly where a given particle will hit;
2) what happens to the particles in the path that leads from the source to the screen? Each particle is described by a wave function not localized: it appears that it interacts with both slits, but if it is viewed as a point it can cross one only.

In classical logic the principle of not contradiction asserts the falsity of every proposition which implies that a certain proposition A and its negation, the proposition that not-A are both true at the same time and in the same way. In the words of Aristotle: "It is impossible that the same attribute at the same time belong and not belong to the same subject and under the same respect"
More simply, the proposition "A is also not-A" is false. Well, the dual nature of particle - wave of elementary particles like the photon (and the electron that has analogous behaviour), suggested by experimental evidence, is contrary to this principle. Many physicists have signed the "zero-order interpretation" of quantum mechanics, summarized in the famous saying: "Shut up and calculate!", usually (but perhaps incorrectly) attributed to Feynman. The Copenhagen interpretation confronts these issues as follows:
a) the probabilistic statements of quantum mechanics are irreducible, meaning they do not reflect our limited knowledge of some hidden variable. In classical physics, the probability is used even if the process is deterministic (for example, the roll of a dice), so as to overcome our incomplete knowledge of the initial data. On the other hand, the Copenhagen interpretation of quantum mechanics argues that the results of measurements of conjugate variables are basically non-deterministic, that is even knowing all the initial data it is impossible to predict the outcome of a single experiment, because the experiment itself affects the result ;
b) they are meaningless questions like "Where was the first particle that I have had neasured its position?", as quantum mechanics studies only observable quantities, obtained by measurement processes. The act of measurement causes the "collapse of the wave function" in the sense that it is constrained by the measurement process to take on the values of one case of possible states allowed.
Many physicists and philosophers have objected to the Copenhagen and the famous words of Albert Einstein: "God does not play dice with the Universe" and "do you really think the moon is not there unless you look?" are examples of this.
The completeness of quantum mechanics has been attacked by the experiment of mind of Einstein-Podolsky-Rosen, intended to show that there must be some hidden variables, if you want to avoid instantaneous effects at a distance and not local. In the atomic absorption spectra are observed splitting of spectral lines that, "singletons", are arranged symmetrically with respect to the middle line. In Bohr's atomic model the condition for an electron moving around the atomic nucleus along its orbit does not emit energy is that that value of angular momentum is an integer multiple of the size h/2π (quantization of angular momentum). In practice, an atom can move from the ground state to an "excited" state only absorbing a certain amount of energy that it brings along an electron to orbit in outer periphery more wide, with a radius r, called m the electron mass, and v its tangential speed, is such that nh/2π = mvr, where n is integer. In turn, de-energizing, the atom will return the same amount of energy previously absorbed, that is E = nhv. Hence the characteristic atomic spectra of absorption and/or emission lines. Each line corresponds with a certain frequency v and, therefore, a certain quantum of energy hv.
The "quantums" can be absorbed or emitted only in packages defined by the amount nhv where, precisely, n must be an integer which was defined as the principal quantum number.
Through the use of optical instruments with high resolving power is known then, that in fact these lines were, in turn, consist of discrete lines which suggested that the electrons as well as circular orbits such as those provided by Bohr , could also follow elliptical orbits in numbers equal t e so called secondary quantum number.
Further doubling of the observed spectral lines in "singletons" that, in odd numbers, were arranged around the central line, suggested that considering the elliptical orbit of an electron around the nucleus of a loop like the plane flown by an electrical charge, this effect could be attributed to the difference in the inclination of the loop, as was observed following interaction with an external magnetic field and, therefore, the third quantum number was called magnetic quantum number. Finally, again because of other observed splitting, was introduced the quantum number of "spin" that defined the direction of rotation of each electron around its axis and, hence, its angular magnetic moment (or spin) +1/2 ; - 1/ 2, according to the "rule of the corkscrew," also influenced by an external magnetic field.In the stable configurations the spins electrons on the same orbital must be equal and opposite to the Pauli exclusion principle. The paradox of Einstein-Podolsky-Rosen (EPR paradox) is a thought experiment that shows how a measurement of a part of a quantum system can propagate an instant effect on the outcome of another measurement, performed later on another part of the same system, regardless of the distance that separates the two sides.
This effect, known as quantum entanglement and resulting from the Copenhagen interpretation of quantum mechanics, was considered a paradox in that, not only counter intuitive but also deemed inconsistent with a postulate of special relativity (which considers that the speed of light limits the speed at which one can travel any type of information) and, more generally, with the principle of locality.
It is due to David Bohm, in 1951, a reformulation of the paradox in terms more easily verifiable experimentally.
The EPR paradox describes a physical effect that, as mentioned, is paradoxical in the following sense: if in a quantum system we assume some weak and general conditions, such as realism, locality and completeness, which are considered reasonably true for any theory that describes physical reality without contradict relativity, we arrive at a contradiction. However, note that quantum mechanics is not inherently contradictory, or in conflict with relativity.
Although originally proposed to highlight the incompleteness of quantum mechanics, additional theoretical and experimental developments followed the original article (like Bell's theorem and quantum correlation experiment of Aspect) led a large part of physicists to consider the EPR paradox only an illustrious example of how quantum mechanics contrasts sharply with the everyday experiences of the macroscopic world (although the issue is not completely closed). Consider the simplified version of the ideal EPR experiment formulated by David Bohm.

Suppose you have a source that emits pairs of electrons, one of which is sent to destination A, where there is an observer named Alice, and the other is sent to destination B, where there is an observer named Bob. According to quantum mechanics, we can adjust the source so that each pair of emitted electrons occupy a quantum state called a singlet spin. This can be described as a quantum superposition of two states, denoted by I and II. In the I state, the electron has spin parallel to the z-axis (+ z) and electron B has spin antiparallel to the z axis (-z). In the II state, electron A has spin-z and electron B has spin + z. It is therefore impossible to associate one of the two electrons in the spin singlet to defined spin state : the electrons are entangled so called, that is twisted.

Returning the experiment suggested by Einstein, Podolsky and Rosen, performed with electrons. A source sends electrons toward two observers, Alice (left) and Bob (right), which are capable of measuring the projection of the spin of electrons along an axis.

Alice measures the spin along the axis of getting one of two possible results: + z-z. Suppose that obtains + z ; according to quantum mechanics the wave function that describes the singlet state of two electrons collapses in the state I (the different interpretations of quantum mechanics say this in different ways, but at the end result is the same) and the quantum state determines the probability of any other measure of results done on the system. In this case, if Bob subsequently measures the spin along the z axis, would -z with a probability of 100%. Similarly, if Alice would -z, Bob would+ z with a probability of 100%.
In quantum mechanics, the projection of the spin along the x and z are along observable quantities that are incompatible, for which the associated operators do not commute, that is that a quantum state can not have definite values for both variables (uncertainty principle). Suppose Alice measures the spin along z and obtains + z, so that the system collapses in the state I. Now, instead of measuring the spin along z, Bob measures the spin along x: according to quantum mechanics, there is a 50% chance that he gets + x and a 50% probability of obtaining x-. In addition, it is impossible to predict what the outcome will be as long as Bob does not fit.
It should be noted that although the spin is used as an example, we can consider many other physical quantities (observables), entangled with each other. The original paper of EPR, for example, used as the impulse observable quantities. Experiments today often use the polarization of the photons, because more easy to prepare and then measure.
Suppose that Alice decides to measure the spin along z (we will call z-spin). After Alice performs the measurement, the z-spin of the electron is known to Bob, so it's a physical element of reality. Similarly, if Alice decides to measure spin along x, the x-spin of Bob would be a physical element of reality after his measure.
A quantum state can not simultaneously have a definite value for the x-spin and z- spin. If quantum mechanics is a complete physical theory in the sense given above, the x-spin and the z-spin can not be physical elements of reality at the same time. This means that the decision of Alice to a measurement along the x or z-axis has an instant effect on the physical elements of reality in the place where Bob is at work with his measures. However, this is a violation of the principle of locality or the principle of separation.
The principle of locality states that physical processes may have no immediate effect on the physical elements of reality to another location separate from that in which they occur. At first sight this assumption seems reasonable (in fact, at the macro level it is), as a consequence of special relativity, which states that information can never be transmitted at a rate faster than light without violating causality. Generally believed that any theory which violates causality is also internally inconsistent, and therefore completely unsatisfactory.
However, the principle of locality is strongly recalls macroscopic physical intuition, and Einstein, Podolsky and Rosen did not want to leave. Einstein derided the predictions of quantum mechanics as "horrific action at a distance." The conclusion that they drew was that quantum mechanics is not a complete theory.
There are several possible ways to resolve the paradox. The one suggested by EPR is that quantum mechanics, despite the success in a broad variety of experimental scenarios, is actually an incomplete theory. In other words, there is some theory of nature not yet discovered, with respect to which quantum mechanics plays the role of statistical approximation. This more complete theory contains variables that take into account all the "elements of physical reality" and that give rise to the fact that quantum mechanics can predict only probability level. A theory with such characteristics is called the theory of hidden variables.
To illustrate this idea may make a very simple theory of hidden variables that explain the results of the experiment described above.
Suppose that the quantum states of spin singlet emitted from the source are actually approximate descriptions of "real" physical states that have defined values for the z-spin and the 'x-spin. In these "true" states, the electron going to Bob has always the opposite of the electron spin values goini towards Alice, but these values are completely random. For example, the first pair emitted from the source can be "(+ z,-x) to Alice and (-z + x) to Bob" ; the next pair "(-z,-x) to Alice and (+ z , + x) to Bob, "and so on. For this, if the axis of the measurement of Bob is aligned with that of Alice, he will necessarily get the opposite of whatever Alice, otherwise he will "+" and "-" with equal probability.
Assuming the measures to restrict only the axis z and the x-axis, the theory of hidden variables is experimentally indistinguishable from the theory of quantum mechanics.
In fact there is obviously an infinite number (countable) set of axes along which Alice and Bob can perform the respective measures, which means that, in theory, you might consider an infinite number of independent hidden variables. However, it should be noted that this is a very simplistic formulation of a theory of hidden variables and a more sophisticated theory would be able to solve the problem in mathematics. There was another objection to do: once emitted, and then released from atomic structure to which they belonged, the electrons in the singlet are still bound to obey the exclusion principle?The answer is yes because the wave function describing the quantum state of the singlet is single and stationary, that is that doesn't depend on time, but only by the space and "collapses" in a solution instantly when Alice or Bob perform the measurement regardless of where you found each of the two electrons making up the singlet "entangled" of the atom from which the two electrons were "torn". After that Alice have done her measure and Bob derived his correlated measure, each electron becomes independent of the other associated with a new wave function.

In 1964, John Bell showed that the predictions of quantum mechanics thought experiment of EPR are actually slightly different from the predictions of a very large class of theories of hidden variables. Roughly speaking, quantum mechanics predicts much stronger statistical correlations between the results of measurements on different axes than do the theories of hidden variables. These differences, expressed employing unequal relations known as Bell inequalities are in terms of principle experimentally detectable.
Following the publication of the artiche, Bell began to be prepared a series of experiments to test the Bell inequalities (as mentioned above, these experiments generally deal with polarization measurements of photons). All experiments conducted so far have shown a behavior in line with the predictions of standard quantum mechanics. Currently the majority of physicists believes that quantum mechanics is correct and that the EPR paradox is indeed only a "paradox" because classical intuitions (at the macroscopic level) does not correspond to reality. One can draw several conclusions from this lot, depending on which interpretation of quantum mechanics is used. In the old Copenhagen interpretation, produced by Niels Bohr, Werner Karl Heisenberg, Pascual Jordan and Max Born, it is concluded that the principle of locality (or separation) should not apply and that they do so the collapse of the wave function instantaneously. In the “Many-worlds interpretation” of Hugh Everett III, the locality is maintained and the effects of the measures rise from separating and branching of the "stories" or “world lines” of observers. Perhaps "shut up and calculate" is the only possible approach to understand QM, if only to try to check the tightness of theoretical models to the amount of data expecting, for example, from results of experiments such those in progress at CERN (LHC). There is a risk, however ', that this guidance "on sight" leads erroneously to identify mathematical models and physical realities increasing, so', the "spread" between form and substance which, in my opinion, is the weak link the chain of logic that should guide the path of Knowledge.

Stefano Gusman

Modello Standard e Forze Fondamentali : occhio al rinculo !

2011-09-14T03:50:00.000-07:00

A partire dagli anni ottanta del XX secolo molti fisici teorici si sono concentrati sulla definizione di una teoria quantistica che conciliasse la meccanica quantistica e la relatività generale e spiegasse in maniera chiara l'esistenza delle quattro famiglie di particelle, dei bosoni intermedi e della gravità.
Nel modello standard ci sono tre tipi di bosoni : i fotoni, i gluoni e i cosiddetti "bosoni deboli", cioè i bosoni W e Z (anche detti più precisamente "bosoni vettori intermedi W e Z"). Questi tre tipi di bosoni sono i responsabili rispettivamente della forza elettromagnetica, della forza nucleare forte e della forza nucleare debole. I fotoni sono bosoni di Gauge delle interazioni elettromagnetiche (forza elettromagnetica), i gluoni sono i bosoni delle interazioni forti (forza forte), e i bosoni W e Z sono i bosoni delle interazioni deboli (forza debole). In fisica delle particelle i bosoni di Gauge sono particelle elementari che hanno il compito di trasportare le forze fondamentali della natura.
In particolare, le particelle elementari, le cui interazioni sono descritte dalla teoria di Gauge, esercitano forze su ogni altra particella mediante lo scambio di bosoni di Gauge.
La teoria della relatività generale di Albert Einstein descrive il campo gravitazionale in termini geometrici (cioè usando la nozione di curvatura dello spaziotempo). Tuttavia, essa non ci dice nulla riguardo alle particelle mediatrici della forza gravitazionale, i cosiddetti gravitoni.
La gravità quantistica è quel campo della fisica teorica che tenta di unificare la teoria dei campi (meccanica quantistica relativistica), che descrive tre delle forze fondamentali della natura (elettromagnetica, debole e forte), con la teoria della relatività generale, riguardante la quarta interazione fondamentale, ossia la gravità Ad un livello teorico semplice tutti i bosoni di Gauge devono essere privi di massa e le forze che essi descrivono devono essere a lungo raggio. La contraddizione tra questa teoria e l'evidenza sperimentale riguardante il corto raggio delle interazioni deboli richiedono ulteriori approfondimenti teorici ed al momento attuale una giustificazione di tutto ciò arriva dal meccanismo di Higgs. Questo processo conduce a bosoni di Gauge massivi a partire da particelle inizialmente senza massa.
.
Lo scopo ultimo di alcune teorie in questo campo (ad esempio la teoria delle stringhe), è anche quello di ottenere una struttura unica per tutte e quattro le forze fondamentali e quindi di realizzare una teoria del tutto.

Ma una teoria che faccia scaturire le forze fondamentali dallo scambio tra particelle elementari di bosoni massivi, seppur corretta formalmente dal punto di vista matematico, è di per se incoerente dal punto di vista fisico in quanto viola palesemente il principio di conservazione della quantità di moto che anche a scale quantistiche, è una legge fisica sperimentalmente evidente.

Ad esempio, la spettroscopia Mössbauer è una tecnica spettroscopica basata sull'assorbimento ed emissione risonante di raggi gamma nei solidi. Con i raggi gamma, a differenza degli altri fotoni meno energetici, si verifica solitamente un problema: l'atomo che emette il fotone 'rincula' in maniera non trascurabile, assorbendo così una fetta di energia dal fotone stesso il quale, di conseguenza, non ha più la stessa frequenza di prima e non è in grado di effettuare risonanza con un altro atomo analogo. Come prima soluzione a questo problema si era ottenuta la risonanza disponendo la sostanza emettitrice sopra un cilindro ruotante ad alta velocità, così da compensare il suddetto rinculo. Ma successivamente l'assorbimento ed emissione risonante furono osservati per la prima volta da Rudolf Mössbauer nel 1957 su materiali che avevano una struttura cristallina tale da distribuire il rinculo stesso su molti più atomi riducendo così la perdita di energia del fotone gamma: tale fenomeno è stato chiamato appunto effetto Mössbauer.

Quanto sopra a ribadire il concetto che, fino a prova contraria, la legge di conservazione della quantità di moto resta valida ed operante anche tra le particelle elementari del Modello Standard.

Struttura del protone : Forza nucleare forte.
Ogni quark possiede una carica di colore che cambia continuamente trasferendo gluoni ad altri quark. Tale condivisione di gluoni genera un campo attrattivo che si oppone alle forze elettrodinamiche repulsive.

Resta allora da capire come possa essere stabile una struttura del genere, ovvero come possano svilupparsi forze attrattive tra particelle elementari che si scambiano particelle massive (i gluoni in questo caso).

Il “confinamento” dei quark è fisicamente possibile solo ipotizzando che questi ultimi siano “delocalizzati” come onde di materia, sostituendo all’interazione tramite mediatori quantistici quella di un campo a sua volta costituito da onde di materia, nei quali i quark sono "immersi" e che agisce anche dall'esterno.

http://it.wikipedia.org/wiki/Ipotesi_di_de_Broglie

Questo è il motivo per cui l’ideatore della MT, Marius, ritiene che soltanto sostituendo un modello ondulatorio a quello particellare della materia proposto dal Modello Standard. si possano spiegare le forze attrattive (tra cui, ovviamente, anche la forza di gravità) oltre che quelle repulsive.

Stefano Gusman

Standard Model and Fundamental Forces: Look at the recoil !

2011-09-14T03:43:00.000-07:00

Since the eighties of the twentieth century, many theorists have focused on defining a quantum theory which would reconcile quantum mechanics and general relativity and explain clearly the existence of four families of particles, intermediate bosons and gravity.
In the Standard Model there are three types of bosons: photons, gluons and so-called "weak bosons", namely the W and Z bosons (also called more precisely "intermediate vector bosons W and Z"). These three types of bosons are responsible, respectively, for the electromagnetic force, the strong nuclear force and the weak nuclear force. Photons are Gauge bosons of electromagnetic interactions (electromagnetic force), the gluons those ones of the strong interaction (strong force), and W and Z are the bosons of weak interactions (weak force). In particle physics, the Gauge bosons are elementary particles that have the task of transporting the fundamental forces of nature. In particular, the elementary particles whose interactions are described by Gauge theories exert forces on each other particle through the exchange of Gauge bosons.The theory of general relativity by Albert Einstein described the gravitational field in geometric terms (using the notion of spacetime curvature). However, it does not tell us anything about the particle mediating the gravitational force, the so-called gravitons.The quantum gravity is that field of theoretical physics that attempts to unify the field theory (relativistic quantum mechanics), which describes three of the fundamental forces of nature (electromagnetic, weak and strong), with the theory of general relativity, on the fourth fundamental interaction that is gravity. At a theoretical level, all the simple Gauge bosons must be massless and the forces that they describe must be a long haul. The contradiction between this theory and experimental evidence, regarding the short range of weak interactions, require further theoretical and at present a justification of this comes from the Higgs mechanism. This process leads to massive Gauge bosons from initially massless particles..The ultimate goal of some theories in this field (such as string theory), is also to get a unique structure for all four fundamental forces and then to build a theory of everything.

But a theory that do arise the fundamental forces between elementary particles by the exchange of massive bosons, although formally correct from the mathematical point of view, is itself inconsistent from the physical point of view because it clearly violates the principle of conservation of momentum that at quantum scales, is a physical law experimentally evident.

For example, the Mössbauer spectroscopy is a spectroscopic technique based on the absorption and emission of resonant gamma rays in solids.With gamma rays, unlike other less energetic photons, there is usually a problem: the atom emitting a photon recoils in a non-negligible way, thus absorbing a slice of energy from the same photon which, consequently, doesen’t have the same frequency as before and is not able to make similar resonance with another atom. As the first solution to this problem was obtained by placing the substance emitting over an high speed rotating cylinder so as to compensate the before mentioned recoil.But then the resonant absorption and emission were observed for the first time by Rudolf Mössbauer in 1957 on materials that had a crystalline structure such as to distribute the same recoil on many more atoms thus reducing loss of the photon energy range: this phenomenon has been precisely known as “Mössbauer effect”.
The above is to reaffirm the notion that, until proven otherwise, the law of conservation of momentum is valid and working among the elementary particles of the Standard Model.

Structure of the proton : Strong nuclear force.

Each quark has a color charge moving constantly changing gluons to other quarks. Such sharing of gluons generates attractive field which opposes the electrodynamic repulsion forces.

It remains then to understand how can be stable this kind of structure, or how can develop attractive forces between elementary particles that are exchanged massive particles (the gluons in this case).

The "confinement" of quarks is physically possible only assuming that they are "relocated" as matter waves, according to Loise De Broglie's hypotesis, the interaction with mediators replacing that of a quantum field in turn consists of matter waves in which the quarks are "immersed" acting also from the outside.

This is why the creator of the MT, Marius, believes that only by replacing a model wave-particle of matter to that proposed by the Standard Model could be explained the attractive forces (including, of course, the gravity force) as well as repulsive.

Stefano Gusman

Il "compattatore spaziale"

2011-09-09T05:14:00.001-07:00

Quanti affascinanti racconti di fantascienza sono ricorsi al concetto fisico di “buco nero” per narrare avventure da svolgersi in tunnels spazio temporali dove violare i limiti imposti ai viaggi spaziali dalla velocità della luce, entrare in altre dimensioni o, addirittura, viaggiare nel tempo. Ma nell’immaginario collettivo il buco nero è soprattutto quel terribile mostro, magari creato artificialmente dall'uomo a causa di imprudenti esperimenti, capace di risucchiare qualsiasi cosa al suo interno come un gigantesco aspirapolvere.

Ma cos’è davvero un buco nero ?

Nella Relatività Generale si definisce buco nero una regione di spazio da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Cio’ puo’ avvenire attorno a un corpo celeste estremamente denso dotato di un'attrazione gravitazionale talmente elevata da non permettere l'allontanamento di alcunché dalla propria superficie. Questa condizione si ottiene quando la velocità di fuga dalla sua superficie è superiore alla velocità della luce. Un corpo celeste con questa proprietà è invisibile e la sua presenza potrebbe essere rilevata solo indirettamente, tramite gli effetti del suo intenso campo gravitazionale.
Ma come nasce un buco nero ?
Nel nucleo di una stella alla fine del proprio ciclo vitale, dopo essersi consumato, tramite fusione nucleare, il 10% dell'idrogeno trasformatosi in elio, si arrestano le reazioni nucleari. La forza gravitazionale che prima era in equilibrio con la pressione generata dalle reazioni di fusione nucleare, prevale e comprime la massa della stella verso il suo centro. Quando la densità diventa sufficientemente elevata può innescarsi la fusione nucleare dell'elio, in seguito alla quale c'è la produzione di litio, azoto e altri elementi (fino all'ossigeno e al silicio). Durante questa fase la stella si espande e si contrae violentemente più volte, espellendo parte della propria massa. Le stelle più piccole si fermano ad un certo punto della catena e si spengono, raffreddandosi e contraendosi lentamente, attraversano lo stadio di nana bianca e nel corso di molti milioni di anni diventano una sorta di gigantesco pianeta. Se invece il nucleo della stella supera una massa critica, detta limite di Chandrasekhar pari a 1,4 volte la massa solare, le reazioni possono arrivare fino alla sintesi del Ferro. La reazione che sintetizza il ferro per la formazione di elementi più pesanti è endotermica, richiede energia invece che emetterne, quindi il nucleo della stella diventa una massa inerte di ferro e non presentando più reazioni nucleari non c'è più nulla in grado di opporsi al collasso gravitazionale. A questo punto la stella subisce una contrazione fortissima che puo' causare una gigantesca esplosione, detta esplosione di supernova di tipo II. Durante l'esplosione quel che resta della stella espelle gran parte della propria massa, che va a disperdersi nell'universo circostante; quello che rimane è un nucleo estremamente denso e massiccio. Se la sua massa è abbastanza piccola da permettere alla pressione di degenerazione http://it.wikipedia.org/wiki/Materia_degenere di contrastare la forza di gravità si arriva ad una situazione di equilibrio e si forma una stella di neutroni. Se la massa supera le tre masse solari (limite di Volkoff-Oppenheimer) non c'è più niente che possa contrastare la forza gravitazionale; inoltre, secondo la Relatività generale, la pressione interna non viene più esercitata verso l'esterno (in modo da contrastare il campo gravitazionale), ma diventa essa stessa una sorgente del campo gravitazionale, rendendo così inevitabile il collasso infinito.

Un vero e proprio “compattatore spaziale”.

A questo punto la densità della stella morente, ormai diventata un buco nero, raggiunge velocemente valori tali da creare un campo gravitazionale talmente intenso da non permettere a nulla di sfuggire alla sua attrazione, neppure alla luce: si ha una curvatura infinita dello spaziotempo, che può far nascere dei cunicoli all'interno di buchi neri in rotazione. Alcuni scienziati hanno così ipotizzato che, almeno in linea teorica, è possibile viaggiare nel passato, visto che i cunicoli collegano due regioni diverse dello spaziotempo. A causa delle loro caratteristiche, i buchi neri non possono essere "visti" direttamente ma la loro presenza può essere ipotizzata a causa degli effetti di attrazione gravitazionale che esercitano nei confronti della materia vicina e della radiazione luminosa in transito nei paraggi o "in caduta" sul buco. In astronomia, un disco di accrescimento è una struttura formata da materiale che cade in una sorgente di campo gravitazionale. La conservazione del momento angolare richiede che, quando un'estesa nube di materiale collassa verso l'interno, ogni piccola rotazione che essa ha all'inizio debba aumentare. La forza centrifuga costringe la nube rotante a collassare in un disco e forze di marea tendono ad allineare la rotazione del disco con la rotazione della sorgente gravitazionale posta al centro. L'attrito tra le particelle del disco genera calore e dissipa il momento orbitale causando la caduta del materiale del disco verso il centro in lente spirali, finché non impatta contro il corpo centrale. I dischi di accrescimento più spettacolari che si trovano in natura sono quelli dei nuclei galatticiattivi: mentre la materia spiraleggia verso un buco nero supermassiccio centrale, il forte gradiente gravitazionale porta allo sviluppo di un forte calore. Il disco di accrescimento di un buco nero è abbastanza caldo da emettere raggi X, quindi temperature di milioni di gradi, poco prima di attraversare l'orizzonte degli eventi. In realtà un buco nero non è del tutto nero: esso emette particelle, in quantità inversamente proporzionale alla sua massa, portando ad una sorta di evaporazione. Questo fenomeno, dimostrato nel 1974 per la prima volta dal fisico Stephen Hawking, è noto come radiazione di Hawking ed è alla base della termodinamica dei buchi neri. La radiazione di Hawking è una radiazione termica che si ritiene sia emessa dai buchi neri a causa degli effetti quantistici. Si può comprendere il processo a livello fisico immaginando la radiazione particella-antiparticella emessa appena oltre l’orizzonte degli eventi. Un orizzonte degli eventi è, nell'accezione più diffusa, un concetto collegato ai buchi neri, una previsione della relatività generale. Secondo questa teoria, lo spazio ed il tempo formano un unico complesso con quattro dimensioni reali (detto spazio tempo). Nel caso di un buco nero di Schwarzschild, l'orizzonte degli eventi si crea nel momento in cui, in un corpo autogravitante, la "materia" (concetto utilizzato qui per identificare insieme la massa e l'energia, che secondo la relatività generale sono la stessa cosa) è così concentrata che la velocità di fuga dovrebbe essere pari o addirittura superiore a quella della luce.Secondo una definizione data da Roger Penrose in un buco nero, l'orizzonte degli eventi è una particolare superficie dello spazio-tempo che separa i posti da cui possono sfuggire segnali da quelli da cui nessun segnale può sfuggire. In un’accezione molto più generale, se per "evento" si intende un fenomeno (particolare stato della realtà fisica osservabile), identificato dalle quattro coordinate spazio-temporali, un "orizzonte degli eventi" può essere definito come una regione dello spazio-tempo oltre la quale cessa di essere possibile osservare il fenomeno. Nel caso dei buchi neri di Schwarzschild, l'orizzonte degli eventi è una superficie sferica che circonda una singolarità posta al centro della sfera; quest'ultima è un punto nel quale la densità assume un valore infinito. La singolarità potrebbe non essere necessaria, secondo alcune teorie (gravità quantistica - gravità quantistica a loop) che postulano lo spazio-tempo come una entità dotata di una realtà fisica, e non solo un mero concetto matematico, suddiviso in elementi discreti del diametro di una lunghezza di Planck. In altri termini, lo spazio-tempo avrebbe, secondo la suddetta teoria, un ruolo fisicamente attivo, non passivo e la sua struttura intima sarebbe costituita da veri e propri "atomi" che formerebbero una densa rete in continua evoluzione. In condizioni normali non si percepirebbe la struttura atomica dello spazio-tempo, il quale apparirebbe un continuo matematico e l'universo sarebbe descritto dalla relatività generale, ma a distanze nell'ordine della lunghezza di Planck le cose cambierebbero radicalmente: gli effetti quantistici e gravitazionali assumerebbero intensità confrontabili. Sarebbe come se lo spazio assumesse una "personalità fisica" propria ed interagisse con l'energia (massa) in modo attivo. Molti risultati sono solo di tipo speculativo o ipotetico, considerato che, al momento nessuno ha mai visto "da vicino" un buco nero (sono spesso avvolti da dischi di accrescimento o densi aloni di materia). C'è, inoltre, da osservare che dall'interno di un buco nero non può uscire alcuna informazione che possa dire alcunché sulla sua struttura intima o, perlomeno, non esiste una teoria di riferimento ben consolidata e suffragata da dati osservativi.

Tornando, allora, alla radiazione di Hawcking http://it.wikipedia.org/wiki/Radiazione_di_Hawking questa non proviene direttamente dal buco nero stesso, ma piuttosto è il risultato di particelle virtuali che – nascendo in coppia continuamente nel vuoto cosmico – diventano reali a causa della forza gravitazionale del buco nero. Per essere più precisi, le fluttuazioni quantistiche del vuoto provocano la comparsa di coppie particella-antiparticella in prossimità dell’orizzonte degli eventi dell’oggetto celeste. Una particella della coppia cade nel buco nero, mentre l’altra riesce a sfuggire nell’universo esterno. Per rispettare il principio di conservazione dell’energia complessiva, la particella che è precipitata nel buco nero deve avere energia negativa (rispetto a un osservatore che si trovi lontano dal buco nero). Mediante questo processo il buco nero perde massa e a un osservatore esterno sembrerebbe che il buco stesso abbia appena emesso una particella.

Resta irrisolto il problema matematico della “singolarità” che impedisce di mettere d’accordo Relatività Generale e Meccanica Quantistica.

D’altronde se è possibile teorizzare una singolarità matematica non puo’ esistere una singolarità fisica, nonostante il compattatore spaziale voglia costringere l’infinitamente grande a diventare infinitamente piccolo.

Stefano Gusman.

The "space compactor"

2011-09-09T05:12:00.000-07:00

How many fascinating fantasy stories appeal to the physical concept of "black hole" to narrate adventures taking place in space-time tunnels, which violate the limits imposed by the speed of light to interstellar or time travelling, or permit to go into other dimensions. But in the collective black hole is above all that terrible monster, perhaps artificially created by reckless experiments, capable of sucking everything in it like a giant vacuum cleaner.

But what really is a black hole?

In general relativity black hole is defined as a region of space from which nothing, not even light, can escape. This can take place around a celestial body with extremely dense gravitational attraction so high as not to allow the removal of anything from its surface. This condition occurs when the escape velocity from its surface is greater than the speed of light. A heavenly body with this property is invisible and its presence could be detected only indirectly, through the effects of its intense gravitational field.
But how does rise a black hole?
At the core of a star at the end of its life cycle, after having consumed by nuclear fusion, 10% hydrogen turned into helium, the nuclear reactions stop. The gravitational force, which was previously in equilibrium with the pressure generated by nuclear fusion reactions, takes over and compresses the mass of the star towards its center. When the density becomes high enough triggers the nuclear fusion of helium, after which there is the production of lithium, nitrogen and other elements (up to oxygen and silicon). During this phase the star expands and contracts several times violently, expelling part of its mass. The smallest stars will stop at some point in the chain and off, slowly cooling and contracting, through the stage of white dwarf and over many millions of years become a sort of giant planet.If the core of the star exceeds a critical mass, called the Chandrasekhar limit of 1.4 times the solar mass, reactions can be up to the synthesis of the iron. The reaction that synthesizes the iron for the formation of heavier elements is endothermic, requires energy rather than emit, then the core of the star becomes an inert mass of iron and not presenting any nuclear reactions there is nothing that can oppose the gravitational collapse. At this point, the star undergoes a strong contraction that can cause a gigantic explosion, called supernova explosion of type II. During the explosion that remains of the star expels most of its mass, which is to be scattered around the universe ; what remains is a core extremely dense and massive. If its mass is small enough to allow the degeneracy pressure to counteract the force of gravity reaches equilibrium and forms a neutron star. If the mass exceeds three solar masses (Oppenheimer-Volkoff limit) there is nothing that can counter the gravitational force ; in addition, according to general relativity, the internal pressure is no longer carried out (in order to counteract the gravitational field), but becomes itself a source of the gravitational field, making inevitable infinite collapse.A true "space compactor."At this point the density of the dying star, now become a black hole, quickly reaches those values to create a gravitational field so intense that it does not allow anything to escape its attraction, even the light: it has an infinite curvature of spacetime, which can give birth to passages within black holes in rotation. Some scientists have speculated that it, at least in theory, you can travel into the past, since the tunnels connecting two different regions of spacetime.Because of their characteristics, the black holes can not be "seen" directly, but their presence can be assumed due to the effects of gravitational attraction on matter in exercising nearby and on the light radiation passing nearby or "falling" down towards the hole. In astronomy, an increasing disk is a structure formed by material falling in a gravitational field source. The conservation of angular momentum requires that when an extended cloud of material collapses inward, any small rotation at the beginning should thrive. The centrifugal force causes the rotating cloud collapses into a disk and tidal forces tend to align the rotation of the disk with the rotation of the gravitational source in the center. The friction between the particles of the disk generates heat and dissipates the orbital angular momentum, causing the material falls toward the center of the disk in slow spirals until it impacts against the central body. The most spectacular increasing disks found in nature are those of active galactic nucleus: while the matter spirals into a supermassive central black hole, the strong gravity gradient leads to the development of a strong heat. The increasing disk of a black hole is hot enough to emit X-rays and temperatures of millions of degrees, just before crossing the event horizon.In fact a black hole is not completely black: it emits particles, in an amount inversely proportional to its mass, leading to a kind of evaporation. This phenomenon, demonstrated for the first time in 1974 by physicist Stephen Hawking, is known as Hawking radiation and is the basis of the thermodynamics of blacks holes. The Hawking radiation is thermal radiation believed emitted from black holes due quantum effects. One can understand the physical process by imagining particle-antiparticle radiation emitted just beyond the event horizon.An event horizon is, in the popular, a concept linked to black holes, and a prediction of general relativity. According to this theory, space and time form a single complex with four full size (called space-time). In the case of a Schwarzschild black hole, the event horizon is created when, in a self-gravitating body, the "matter" (term used here to identify the mass and energy, which according to general relativity, are the same thing) is so concentrated that the escape velocity should be equal or even superior to that of light. As definition given by Roger Penrose a black hole event horizon is a particular area of space-time that separates the seats from which signals can escape from those from which no signal can escape. In a much more general sense, if by "event" refers to a phenomenon (particular state of an observable physical reality), identified by the four space-time coordinates, an "event horizon" can be defined as a region of space-time beyond which shall stop to be possible to observe the phenomenon. In the case of black Schwarzschild holes, the event horizon is a spherical surface surrounding a singularity at the center of the sphere ; the latter is a point at which the density would be infinite and the laws of physics, according to the theory of general relativity, lose their meaning. The singularity may not be necessary, according to some theories of quantum gravity (loop quantum gravity), which require space-time as an entity endowed with a physical reality, and not just merely a mathematical concept, divided into discrete elements with diameter equal to Planck length. In other words, the space-time would have, according to this theory, an active, not passive, physically active role and its intimate structure would consist of real "atoms" that would form a dense network in constant evolution. Under normal conditions do not perceive the atomic structure of spacetime, which appear continuous mathematician and the universe would be described by general relativity ; but at the size of distances in the order of the Planck length things would change radically and quantum and gravitational effects take on comparable intensity. It would be like if the space took on a "physical personality" and interacted with its energy (mass) in an active way. Many results are only for speculative or hypothetical, given that, at the time no one has ever seen "up close" a black hole (they are often surrounded by increasing disks or dense matter halos). There also should be noted that the inside of a black hole can not leave any information that can say anything about its inner structure, or at least that there isn’t a theory well-established and supported by observational data.

Returning, then, to the Hawcking’s radiation, this does not come directly from the black hole itself, but rather is the result of virtual particles - always in pairs born in cosmic void - come to life due to the gravitational pull of the black hole. To be more precise, the quantum fluctuations of the vacuum causes the appearance of particle-antiparticle pairs near the event horizon of the heavenly body. A particle of the pair falls into the black hole, while the other managed to escape in the external universe. To respect the principle of conservation of the total energy, the particle that has fallen into the black hole must have negative energy (relative to an observer who is far away from the black hole). Due to this process the black hole loses mass and an outside observer it would appear that the hole has just emitted a particle itself.

Remains unsolved mathematical problem of the "singularity" that forbids to reconcile General Relativity and Quantum Mechanics.

Moreover, if you can theorize a mathematical singularity can not exist a physical singularity, despite the compactor that want to force the infinitely large space to become infinitely small.

Stefano Gusman.

ATLAS e la "particella di Dio"

2011-08-10T03:00:00.000-07:00

Particella ipotizzata dal fisico teorico scozzese P.W. Higgs, docente dell'Università di Edimburgo, che ha elaborato la teoria di campo che prende il suo nome (campo di Higgs ) la cui particella mediatrice, attivamente ricercata presso i laboratori del CERN di Ginevra nell’ambito dell’esperimento Atlas, è detta, appunto, particella o “bosone di Higgs”. Grazie a questa particella fondamentale le particelle, originariamente tutte con massa nulla, acquisterebbero ognuna la propria massa. Il bosone di Higgs darebbe coerenza matematica al Modello Standard, la teoria che descrive le particelle fondamentali e le forze attraverso le quali interagiscono. All'origine della teoria di Higgs c'è la constatazione che le particelle posseggono un'amplissima varietà di masse, dalla più piccola (la massa dell'elettrone) alla più grande, cioè la massa del quarktop (pari a circa 200.000 volte quella dell'elettrone). I valori delle diverse masse non sembrano avere una relazione fra loro; non solo, ma la versione più semplice del Modello Standard richiede che tutte le particelle abbiano massa pari a zero. Il campo di Higgs è stato introdotto per conciliare queste due esigenze. Higgs ha proposto che tutto lo spazio-tempo sia permeato da un campo, il campo di Higgs, simile per alcuni versi a un campo elettromagnetico. Quando le particelle si muovono nello spazio-tempo si muovono anche nel campo di Higgs e, interagendo con esso, acquisiscono una massa. Più è grande l'interazione delle particelle con il campo e più la massa acquisita è grande. Questa interazione può essere considerata simile all'azione di forze viscose che agiscono su particelle che si muovono in un liquido denso. Più è grande l'interazione con il liquido e maggiore sembra essere la loro massa, dato che la massa può essere vista anche come la resistenza alle variazioni di moto. Muovendosi nel campo di Higgs le particelle acquisirebbero la loro massa inerziale. Questo è un campo a valore costante, anche nel vuoto, e di tipo scalare (cioè non vettoriale, ossia determinato soltanto da un valore numerico e non anche da una direzione). Poiché dalla teoria dei quanti discende che ogni campo ha una particella associata a esso, un bosone (come il fotone per il campo elettromagnetico), il campo di Higgs prevede l'esistenza della particella o bosone di Higgs. Anche questo sarebbe scalare, cioè dotato di spin nullo.
In questo campo i fotoni, particelle prive di massa che sono i mediatori dell'elettromagnetismo, viaggerebbero secondo la direzione del campo (il termine “direzione” non ha il significato fisico del nostro spazio tridimensionale, ma è una proprietà interna del campo) e pertanto non acquisirebbero massa e sarebbero osservati da noi, appunto, come fotoni. Le stesse particelle, quando si muovono in direzione opposta hanno bisogno di più energia (cioè massa), che viene assorbita dal campo di Higgs; diventano quindi bosoni W e Z, i mediatori della forza nucleare debole. Questa visione consente di unificare anche sotto tale aspetto l'elettromagnetismo e la forza nucleare debole nella teoria elettrodebole, giustificando l'attuale diversità dei rispettivi mediatori, che sarebbero quindi due aspetti della stessa particella, che noi vediamo come fotoni o come W e Z a seconda della loro interazione col campo di Higgs. Ogni tipo di particella decade in elettroni, fotoni, muoni, adroni, neutrini, o nelle loro antiparticelle. ATLAS cerca di rilevare queste particelle stabili (i “prodotti di decadimento”), per poi risalire alla particella iniziale decaduta dopo un certo periodo di tempo.Il bosone di Higgs potrebbe decadere in molti modi a seconda della sua massa, che è un'incognita della teoria. Il campo di Higgs, invece, deve assumere un valore di fondo uniforme e non nullo anche nel vuoto.
Ma cosa succederebbe se la particella di Dio non venisse rilevata ? L’intuizione di Higgs sarebbe sbagliata?
Marius, che è l’ideatore della teoria gravitazionale esposta in questo blog, ritiene di no anzi è convinto, piuttosto, che sia il campo di Higgs cio’ che con piu’ probabilità i rilevatori di Atlas potrebbero osservare. Tuttavia il “meccanismo” sarebbe un po’ diverso. La corrente visione della trasmissione delle forze fondamentali attraverso lo scambio di bosoni tra particelle elementari (che, intuitivamente, potrebbe dar luogo solo ad azioni repulsive, se non altro per il principio di conservazione della quantità di moto) sarebbe sostituito da azioni di spinta e controspinta generate da un campo “fisico” di massa/energia oscillante di cui le stesse particelle elementari costituiscono una “perturbazione” a sua volta fatta di onde a lunghezza d'onda inferiore. Ma quale potrebbe essere per ATLAS il “biglietto da visita” di un campo siffatto ? Per esempio uno “scattering” sempre meno ampio dei dati di rilevazione tale da consentire un’interpolazione lineare piu' o meno "omogenea" sui vari range di massa/energia. E i mediatori quantistici delle forze che fine fanno ? Beh, per dirla alla Franco Selleri : “difficilmente i modelli matematici corrispondono al reale fenomeno fisico che descrivono”.

Stefano Gusman

ATLAS and the "God particle"

2011-08-10T02:57:00.000-07:00

Particle postulated by the Scottish theoretical physicist PW Higgs, a professor at the University of Edinburgh, who developed the field theory which takes its name (Higgs field) whose carrier particle, actively pursued at the CERN laboratories in Geneva Atlas experiment is called precisely, particle or "Higgs boson". With this fundamental particle the particles originally all with zero mass, each one would buy their mass. The Higg’s boson would mathematical coherence to the Standard Model, the theory that describes fundamental particles and forces through which they interact. At the origin of the Higgs theory is the finding that the particles possess a very wide variety of masses, from the smallest (the mass of the electron) to the largest, the mass of quark top (approximately 200,000 times that of electron). The values of different masses do not seem to have a relationship with each other, not only that, but the simplest version of the Standard Model requires that all particles have mass equal to zero. The Higgs field was introduced to reconcile these two requirements. Higgs proposed that all space-time is permeated by a field, the Higgs field, in some ways similar to an electromagnetic field. When the particles move through space-time also moves in the Higgs field, and interacting with it, acquire a mass. More great is the interaction of particles with the field, more mass gained is great. This interaction can be considered similar to the action of viscous forces acting on particles moving in a dense liquid. Greater the interaction with the liquid, more great its mass appears to be, since the mass can also be seen as resistance to changes in motion. Moving in the Higgs field particles acquire their mass inertia. This field is a constant value, even in a vacuum, and a scalar (non-vector, which is determined only by a numerical value and not from one direction). Since quantum theory follows that each field has a particle associated with it, a boson (like the photon for the electromagnetic field), the field requires the existence of the Higgs particle or Higgs boson. Even this would be scalar that is with zero spin. In this field, photons, massless, which are the mediators of electromagnetism, would travel in the direction of the field (the term "direction" hasn’t the physical meaning of our three-dimensional space, but it is an internal property of the field) and therefore would not acquire mass and observed by us, just as photons. The same particles, when they move in the opposite direction, they need more energy (mass), which is absorbed by the Higgs field, then become W and Z bosons, mediators of the weak nuclear force. This view allows us to unify also this aspect of electromagnetism and the weak nuclear force into the electroweak theory, explaining the current diversity of their brokers, who are thus two sides of the same particle, which we see as photons or W and Z depending on their interaction with the Higgs field. Each type of particle decays into electrons, photons, muons, hadrons, neutrinos, or their antiparticles. ATLAS tries to detect these stable particles (the "decay products"), then go back to the initial particle decayed after a certain period of time. The Higgs boson may decay into a variety of ways depending on its mass, which is an unknown theory. The Higgs field, however, must assume a uniform background value of zero and not even in a vacuum.
But what if the God particle would not be detected? Higg's intuition would be wrong?
Marius, who is the ideator of the gravitational theory exposed in this blog, does not think so, instead believes that Higgs field has more probabilities to be observed by Atlas detectors. However, the "mechanism" would be a bit different. The current vision that provides for trasmitting fundamental forces by the exchange of bosons between elementary particles (which, intuitively, could give rise only to repulsive actions, if only for the principle of conservation of motion) would be replaced by action and counter-thrust generated by a "physical" oscillating mass/energy field of which the same elementary particles are "disturbance" in its turn made up by waves with lower lenght wave. But what could be for ATLAS the "calling card" of this kind of field? For example, a less extensive scattering of data collection to allow linear interpolation more or less "homogeneous" on the various ranges of mass/energy. And the mediators of the quantum forces ? Well, to put it as Franco Selleri says: "unlikely mathematical models exatly corresponds to reality of physical phenomena describing."

Stefano Gusman

"Quasi particles"

2011-05-13T10:37:00.000-07:00

Gravitational theory exposed in the blog is based on the transmission of forces through a physical medium. Therefore it's fundamental the concept of "physical" space in which elementary particles are part of the fields.
The development of the theory might provide an analysis of the mathematical solutions of "nonlinear" physics and, in particular, of "quasi particles ".
In physics the quasi particle is a separate type of particle that can be identified in physical systems containing interacting particles. The quasi particle can be thought of as the set of single particle and the surrounding cloud (hence also the term synonymous with dressed particle) consists of other particles, blown away or dragged by the particle in its motion through the system. Is that the entire amount can be considered as an effective free particle (non-interacting).
The “soliton” is a quasi particle. In mathematics and physics a soliton is a self-reinforcing solitary wave caused by nonlinear effects in a medium of propagation. Solitons are found in many physical phenomena, since they emerge as solutions to a broad class of partial differential equations that describe many nonlinear physical phenomena. The phenomenon of solitons was first described by John Scott Russell that observed a solitary wave upstream in the canal for miles without losing energy, reproduced the phenomenon in a container and so called "Wave of Translation".
It is not easy to define precisely what a soliton is. Drazin and Johnson (1989) describe solitons as solutions of nonlinear differential equations that:

1. describe waves of permanent form;

2. are localized, so that decay or approximate a constant at infinity;

3. can interact strongly with other solitons, but emerge from collisions unchanged except for a phase shift.

"A major problem is the possibile identication between dromions and elementary particles and indeed de Broglie, Bohm and others hoped for the explanation of quantum mechanics through nonlinear classic effects. Notably among others the Skyrme model describes nucleons and nucleon-nucleon interactions, while topological solitons give rise to quantization of charges.
A localized and stable wave might be a good model for elementary particles, but we have seen that in nonlinear field equations there is a great variety of coherent solutions and chaotic and fractal patterns. If particles are excitations of nonlinear fields, it is clear that they are not
the only possible excitations".

http://users.utu.fi/hietarin/dromions/index.html

"On the contrary, the quantization of the nonlinear solutions is complicated because there is no superposition principle. For example the shape of the dromion cannot be considered the shape of the wave function for the reason that a quantum soliton cannot be localized in space all the time and the uncertainty principle will cause a spreading. In the last years many methods have been proposed in order to realize the quantization that however seems to be possible in a satisfactory way only for weak nonlinear couplings. In the next future, an exciting field of research will be the investigation of the physical interpretation of coherent, chaotic and fractal solutions in elementary particles physics".

Attilio Maccari : "Non linear field equations and solitons as particles"

Gravity doesn't adapt to Quantum Mechanics ? Well, let's adjust Quantum Mechanics to gravity !

Stefano Gusman

"Quasi particelle"

2011-05-13T10:14:00.000-07:00

La teoria gravitazionale esposta nel blog si basa sulla trasmissione di forze attraverso un mezzo fisico. Risulta basilare, pertanto, il concetto di spazio “fisico” nel quale le particelle elementari fanno parte dei campi di forza. Lo sviluppo della teoria potrebbe prevedere l’analisi delle soluzioni matematiche della fisica “non lineare” e, in particolare, delle “quasi particelle”.

In fisica, la quasi particella è una entità di tipo particellare che è possibile identificare in sistemi fisici contenenti particelle interagenti. La quasi particella può essere pensata come l'insieme della particella singola e della circostante nuvola (da cui anche il termine sinonimo di particella vestita) costituita da altre particelle, spinte via o trascinate dalla particella nel suo moto attraverso il sistema. Si che l'intera entità possa essere considerata come una particella effettiva libera (non interagente).
Il “solitone” è una quasi particella. In matematica e fisica un solitone è un'onda solitaria auto-rinforzante causata da effetti non lineari in un mezzo di propagazione. I solitoni si riscontrano in molti fenomeni fisici, dato che emergono come soluzioni di una vasta classe di equazioni differenziali alle derivate parziali non lineari che descrivono molti fenomeni fisici. Il fenomeno dei solitoni fu descritto per la prima volta da John Scott Russel che osservò un'onda solitaria risalire la corrente nell'Union Canal per chilometri senza perdere energia, riprodusse il fenomeno in un recipiente di onde e la chiamò "Onda di Traslazione".Non è facile definire precisamente cosa sia un solitone. Drazin e Johnson (1989) descrivono i solitoni come soluzioni di equazioni differenziali non lineari che:

descrivono onde di forma permanente;

sono localizzate, cosicché decadono o approssimano una costante all'infinito;

possono interagire fortemente con altri solitoni, ma emergono dalle collisioni invariati a meno di uno spostamento di fase.

"Un problema importante è la possibilità di identifi cazione tra dromioni e particelle elementari e in effetti de Broglie Bohm e altri avevano sperato nella spiegazione della meccanica quantistica e non lineare attraverso classici effetti “non lineari”. In particolare, tra gli altri, il modello Skyrme descrive nucleoni e interazioni nucleone-nucleone, mentre solitoni “topologici” danno luogo alla quantizzazione delle cariche.Un'onda localizzata e stabile potrebbe essere un buon modello per le particelle elementari, ma nel campo delle equazioni non lineari esiste una molteplicità di soluzioni coerenti e di modelli caotici e frattali. Se le particelle sono eccitazioni di campi non lineari è chiaro che essi non sono i soli stati di eccitazione possibile".

http://users.utu.fi/hietarin/dromions/index.html

"D’altronde la quantizzazione delle soluzioni non lineari è complicata perché non c'è principio di sovrapposizione. Per esempio la forma del dromione non può essere considerata la forma della funzione d'onda per la ragione che per un solitone quantistico non è possibile essere localizzato nello spazio tutto il tempo e il principio di indeterminazione causerà una diffusione.
Negli ultimi anni molti metodi sono stati proposti al fine di realizzare la quantizzazione che sembra tuttavia essere possibile in modo soddisfacente solo per i deboli accoppiamenti non lineari.
Nel prossimo futuro, un emozionante campo di ricerca sarà l'indagine dell’interpretazione fisicadi soluzioni coerenti, caotiche e frattali in fisica delle particelle elementari".

Attilio Maccari : "Non linear field equations and solitons as particles"

La gravità non si adatta alla Meccanica Quantistica ? Bene, adattiamo la Meccanica Quantistica alla gravità !

Stefano Gusman

"Rigid disk" paradox

2011-02-27T02:25:00.000-08:00

Also known as the "Erhenfest paradox" it goes about a fast spinning (hypothetical) perfectly rigid disk. According to some interpretations of relativity, the perimeter of the disk must contract, while the radius stays the same. In its original formulation as presented by Paul Ehrenfest in 1909 in the Physikalische Zeitschrift, it discusses an ideally rigid cylinder that is made to rotate about its axis of symmetry. The radius R, as seen in the laboratory frame, is always perpendicular to its motion and should therefore be equal to its value R₀ when stationary. However, the circumference (2πR) should appear Lorentz - contracted to a smaller value than at rest, by the usual factor γ. This leads to the contradiction that R=R₀ and < R₀. Any rigid object made from real materials, which is rotating with the transverse velocity close to the speed of sound in this material, must exceed the point of rupture due to centrifugal force. Thus, in the case of speed of light it is only a thought experiment.
Essence of the paradox
Imagine a disk of radius R rotating with constant angular velocity

ω

. Let us fix the reference frame to the stationary center of the disk. Then the magnitude of the relative velocity of any point in the disk circumference is

ω R

. So the circumference will undergo Lorenz contraction by a factor of (1- (ω R)^2/C^2)^0,5. However the radius, being perpendicular to the direction of motion, will not undergo any contraction. So we have circumference/diameter = (2

π

R (1- (

ω R)^2/C^2)^0,5) / 2R = π

(1- (

ω R)^2/C^2)^0,5

. This is paradoxical, since Euclidean geometry tells us it should be exactly equal to

π

. Ehrenfest considered an ideally rigid cylinder that is made to rotate.

Assuming that the cylinder does not expand or contract, its radius stays the same. But measuring rods laid out along the circumference

2π R

should be Lorentz-contracted to a smaller value than at rest, by the usual factor γ. This leads to the paradox that the rigid measuring rods would have to separate from one another due to Lorentz contraction; the discrepancy noted by Ehrenfest seems to suggest that a rotated rigid disk should shatter.
Paradox solution
Even to this day, there are conflicting explanations for this 'paradox'. The simplest way to look at it is from a perspective of simultaneity. There is no way to define simultaneity for the spinning disk as a whole. In simpler words, if we synchronize a clock sitting at the center of the disk with a clock at the perimeter of the stationary disk and then spin the disk, the two clocks will go out of synchronization, just like the clocks and calendars of the twins in the twin paradox did and when two observers cannot agree on the time, they will not agree on the measured lengths of moving objects.
Interpretation of paradox solution in MT.
The matter exposed further corroborates considerations of MT about effective physical consistence of space time distortions, both in SR and in GR. However these are spatial contractions and temporal dilatations measured from different (inertial or not inertial) reference systems. In the local reference system is not appreciated any de synchronization and then there isn't any lenght contraction.
Sequentially doesn't exist any curvature gradient in the disk frame and therefore it doesn't shatter.
This involves that assignement of the freefall motion and, sequentially, of the bodies weight to the space time curvature remains an arbitrary postulate.

Stefano Gusman

Il paradosso del "disco rigido"

2011-02-27T02:21:00.000-08:00

Conosciuto anche come il “Paradosso di Ehrenfest”, riguarda un (ipotetico) disco rigido perfetto in rapida rotazione attorno al proprio asse. Secondo alcune interpretazioni della relatività, il perimetro del disco deve contrarsi, restando invariato il raggio. Per questo motivo il disco dovrebbe frantumarsi quando ruota troppo velocemente.Nella sua formulazione originale, presentata da Paul Ehrenfest nel 1909 ne la Physikalische Zeitschrift, il paradosso presenta il caso di un cilindro rigido ideale posto in rotazione attorno al suo asse di simmetria. Il raggio R “visto” dal laboratorio è sempre perpendicolare al moto e per questo dovrebbe mantenere il suo valore uguale a quello R₀quando il cilindro è fermo. Comunque la circonferenza (2πR) dovrebbe apparire contratta secondo il “fattore di Lorenz” γ. Questo porta alla contraddizione che : R=R₀ e R < R₀. Ogni oggetto rigido fatto di un materiale reale, posto in rotazione con velocità tangenziale prossima alla velocità del suono in quel materiale, deve superare il punto di rottura dovuto alla forza centrifuga. Percio’ il caso della velocità della luce è solo un esperimento “ideale”.

Essenza del paradosso. Si immagini un disco rigido di raggio R, posto in rotazione con velocità angolare

ω

costante. Fissiamo il sistema di riferimento nel centro del disco. La velocità tangenziale di ogni punto della circonferenza è

ω R

. Quindi la circonferenza dovrebbe essere soggetta alla contrazione di Lorenz secondo il fattore (1- (

ω R)^2/c^2)^0,5

. In ogni caso il raggio, essendo perpendicolare alla direzione di moto, non sarà soggetto ad alcuna contrazione, cosi’ abbiamo : Circonferenza/diametro = (2

π

R (1- (

ω R)^2/C^2)^0,5) / 2R = π

(1- (

ω R)^2/C^2)^0,5

, il che è paradossale in quanto la geometria euclidea ci dice che dovrebbe essere esattamente pari a

π

.La discrepanza notata da Ehrenfest suggerisce che un disco rigido in rapida rotazione attorno al proprio asse dovrebbe disintegrarsi.

Soluzione del paradosso.
La maniera piu’ semplice per analizzare il problema è quella di considerarlo secondo la prospettiva della simultaneità. Non c’è modo di definire la simultaneità per l’intero disco rotante. In termini piu’ semplici, se noi sincronizziamo un orologio stando al centro del disco con un orologio posto al perimetro del disco quando è fermo e, successivamente, poniamo il disco in rotazione, i due orologi si desincronizzeranno, proprio come gli orologi del paradosso dei gemelli. Un osservatore posto al centro del disco e uno sul perimetro non saranno mai d’accordo sulla distanza coperta durante una rivoluzione. La ragione è che quando due osservatori non possono essere d’accordo sul tempo non lo potranno essere sulle lunghezze misurate di oggetti in movimento.

Interpretazione della soluzione al paradosso in MT.Quanto esposto avvalora ulteriormente le considerazioni esposte nella MT in merito all’effettiva consistenza fisica delle distorsioni spazio – temporali sia in RS che in RG. Si tratta, in ogni caso, di contrazioni spaziali e dilatazioni temporali misurate tra sistemi di riferimento (inerziali o non inerziali) diversi. Nel sistema di riferimento locale non viene apprezzata alcuna desincronizzazione e, quindi, non sussistono nemmeno le contrazioni delle lunghezze.
Di conseguenza non esiste alcun gradiente di curvatura nella struttura del disco rigido che, pertanto, non va in frantumi.Tanto comporta che l’attribuire il moto di caduta libera e quindi il peso dei corpi alla curvatura dello spazio – tempo resta un postulato arbitrario.

Stefano Gusman

Un "mare di luce"

2011-02-09T23:42:00.001-08:00

In una delle prime versioni della Relatività Generale compariva la costante Λ, detta “costante cosmologica” che Einstein, in un primo momento, aveva introdotto nelle sue equazioni per impedire il collasso del suo universo statico. Una sorta di motore "intrinseco" che doveva andare a compensare l’attrazione gravitazionale che, altrimenti, avrebbe portato all’instabilità e al collasso del suo modello di universo. Successivamente le osservazioni di Hubble (non il telescopio), che mostravano un universo in espansione gli fecero affermare che quello della costante cosmologica era stato il piu' grosso errore della sua vita. Ironia della sorte lo stesso Hubble (questa volta il telescopio) ha non solo mostrato la recessione delle galassie ma, addirittura, il suo aumento di velocità. Ecco che nasce l'energia "oscura", ovvero la costante cosmologica che torna dalla finestra. Alcuni la identificano con l'energia di “punto zero” o del vuoto. Di cosa si tratterebbe ? Il concetto è che il vuoto non puo' essere completamente “vuoto”, ma deve possedere un contenuto minimo di energia in quanto, in caso contrario, sarebbe violato il principio che sta’ alla base di tutta la Meccanica Quantistica e, cioe’, il principio di indeterminazione di Heisemberg : “ non è possibile determinare con precisione posizione e quantità di moto di una particella elementare” . D’altronde nei modelli atomici l’elettrone viene descritto come la distribuzione probabilistica della carica elettrica negativa attorno al nucleo espressa dall’equazione di Shroedinger, in accordo con la doppia natura corpuscolare – ondulatoria di tale particella (cosi’ come altre “particelle” elementari tra cui il fotone). In assenza di energia nel vuoto sarebbe possibile “fotografare” una di queste sfuggenti entità il che sarebbe teoricamente impossibile, ma E = mc^2 quindi per avere energia occorre massa. Entra in gioco, allora, l’antimateria. Nel vuoto si creano continuamente coppie elettrone – positrone (l’omologo “antimateriale” dell’elettrone) che, annichilandosi, generano energia come nel diagramma di Feynman riportato in questo link :

http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2006/Ucau060415d002/

che mostra, appunto, come fotoni ad alta energia (frequenze nello spettro dei raggi gamma) possano interagire tra loro in maniera “in elastica” anche in assenza di materia (nel vuoto) generando, appunto, una coppia e+ - e-, che, annichilandosi, generano energia sotto forma di una nuova coppia di fotoni.

Ma quanta energia del vuoto sarebbe necessaria per giustificare l’accelerazione relativa tra galassie osservata negli ultimi tempi ?

Partiamo da un esempio semplice e, tramite la Legge di Newton, calcoliamo il “lavoro gravitazionale” necessario per spostare l’orbita della Terra attorno al Sole da una posizione iniziale a quella attuale.

I dati disponibili sono :
• MT : massa della Terra = 5,976 x 10^24 Kg ;
• RS : raggio equatoriale del Sole = 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : massa del Sole, pari a circa 330.000 MT = 1,97 x 10^30 Kg ;
• G : 6,67259 x 10^-11 m^3 Kg^-1 sec^-2 ;
• RLim. : “raggio limite di Roche” ovvero minimo raggio dell’orbita che la Terra delle attuali dimensioni puo’ avere assunto in passato senza essere distrutta dalle forze di "marea" della gravità solare = 2,86 x RS , pari a circa 2.000.000.000 m ;
• Rm. : attuale raggio medio dell’orbita terrestre = 150.000.000 Km = 150.000.000.000 m ;
Considerando puntiforme la massa della Terra e supponendo di allontanarla dall’orbita di Roche del Sole fino a quella attuale, si ottiene una variazione di energia potenziale gravitazionale pari a : DU = G x MS x MT x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 3,87 x 10^35 Joule.

Tornando al diagramma di Feynman, sostituendo alla coppia e+ e- un'interazione diretta tra fotoni e utilizzando la formula E = h v, dove h = 6,626 x 10^-34 Joule sec è la costante di Planck e ν la frequenza dei fotoni imponiamo l’uguaglianza :

E = n h v = DU, (1) con n = Rm. - RLim./ SP = 9,15 x 10^45 e dove SP è lo “spazio di Planck” = 1,616 x 10^-35 m (minima dimensione di un volume in cui, teoricamente, puo' essere contenuta energia). Risulta, quindi, che n è il numero di “volumi/energia” cilindrici di altezza SP (considerando dei tubi di “flusso gravitazionale”) che si oppongono all’allontanamento della Terra dal Sole.

Dalla (1) si ottiene : v = 6,38 x 10^22 Hz, frequenza che ricade, appunto, nella porzione di spettro dei raggi gamma.

Nella teoria delle stringhe i costituenti fondamentali della materia sono oggetti ad una dimensione (le stringhe) invece che di dimensione nulla (i punti). Per questa ragione le teorie di stringa sono capaci di evitare i problemi di una teoria fisica connessi alla presenza di particelle puntiformi.

Le “linee di universo” di particelle puntiformi nel "Modello Standard", sono un foglio d'universo composto da stringhe chiuse.

http://it.wikipedia.org/wiki/Teoria_delle_stringhe

Visualizziamo, cosi’, questi ipotetici tubi di flusso gravitazionale le cui sezioni sono superfici circolari (stringhe chiuse) di diametro non inferiore a SP. La “tensione di stringa” è proprio la forza che impedisce alla stringa di chiudersi in un punto e violare, cosi’, il principio di indeterminazione di Heisemberg. Le stringhe, poi, hanno la possibilità di vibrare in diversi “modi” e quindi con diverse frequenze. A ciascuna frequenza corrisponde un determinato livello di energia e, quindi, la massa associata alla particella elementare di cui la stringa è il costituente fondamentale. All’aumentare della frequenza cresce l’energia e, quindi, la particella diventa piu’ pesante. Ogni stato, nella teoria delle stringhe, corrisponde ad un tipo di particella. Ad esempio il primo livello eccitato corrisponde ad una particella di massa 0 e spin 1: il fotone. Il secondo livello è una particella di massa 0 e spin 2 : il gravitone (la famigerata a mai rilevata particella quantistica mediatrice della forza di gravità) e così via…Le stringhe, tuttavia, dovrebbero avere dimensioni dell'ordine di grandezza di 10^-35 m, tanto è vero che è impossibile rilevarle direttamente. Ora se una vibrazione dovesse avvenire con una lunghezza d'onda cosi' stretta la frequenza dovrebbe essere molto al di sopra di 10^27 Hz che è la max frequenza di fotoni gamma rilevata nello spazio dal satellite Fermi LAT…E i raggi gamma hanno una lunghezza d'onda al piu' di 10^-12 m. Come fa allora un fotone, anche altamente energetico, ad essere costituito da stringhe che vibrano in quel modo ? Dove va a finire tutta quella energia in piu' ? Un’ipotesi è che parte dei modi di vibrare delle stringhe siano “autodistruttivi” per interferenza. In alternativa parte dei modi di vibrare delle stringhe dovrebbe avvenire in altre dimensioni per dissipare l’eccesso di energia, con tutte le difficoltà concettuali e di sperimentabilità che un ipotesi di questo tipo pone.

L’interferenza distruttiva si puo’ottenere anche con onde trasversali sinusoidali, come le onde e.m., di uguali ampiezza e fase, simmetricamente polarizzate che si propagano con uguali velocità e versi opposti

Esse genererebbero, per interferenza, onde stazionarie, senza propagazione di energia, ma soltanto energia potenziale tanto piu’ elevata quanto maggiore fosse la frequenza. Quando una massa dovesse rompere, nel macro come nel microcosmo, questa simmetria dello spazio oscillante, alcuni treni d’onda comincerebbero a propagarsi creando una pressione sulla superficie della massa stessa. Per ovvie ragioni due masse sarebbero spinte l’una verso l’altra. Questa potrebbe essere una possibile spiegazione dell’effetto Casimir, dell’energia “di punto zero”, della costante cosmologica, nonché della natura stessa dell’energia “oscura” che sarebbe, in realtà, un "mare di luce" increspato dove “pezzi di materia” si allontanano l’uno dall’altro perché le onde di cui lo stesso spazio è costituito creano continuamente nuovo spazio.

Stefano Gusman

A "light sea"

2011-02-09T23:31:00.000-08:00

In one of the first version of General Relativity appeared the cosmologic constant “Λ” that Einstein, in a first moment, had put into his equations to prevent the collapse of his static universe. A kind of “intrinsic engine” that had to compensate gravitational attraction that, otherwise, would had driven to instability and collapse of his model of universe. Afterwards Hubble’s (not the telescope) observations, showing expanding universe, drove him to say that cosmologic constant was been the greatest error of his life. Ironically the same Hubble (the telescope this time) not only has shown recession of galaxies, but also its growing up speed. Really the cosmologic constant that came back through the window. Someone identifies it as “zero point” energy or “vacuum energy”. But what really is it ? The concept is that vacuum can’t be completely “empty”, but must to have a minimum contents of energy because, in the opposite way, would be violated the basic principle of Quantum Mechanics, that is Heisemberg’s uncertainty principle :”it’s impossibile to determinate with precision position and quantum motion of an elementary particle”.Yet in the atomic models electron is described as a probalistic scattering of electric negative charge around the nucleus, expressed by Shroedinger’s equation, according with its double nature wave-particle (as another elementary particle : the photon). Without energy in vacuum would be possible to “photograph” one of these “shifty” entity, that is theorically impossibile ; but E = mc^2, so to have energy it is necessary to have mass, therefore begins to play antimatter. In vacuum continuously are created couples electron – positron (the antimaterial homologous of electron) that annihilating produce energy as in Feynman diagram showing high energy photons (in gamma rays frequency ) that interacts in “inelastic way” , also without matter, generating exactly a couple e+ e- that, annihilating, produce energy with the form of a new couple of photons :
http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2006/Ucau060415d002/
But how many energy is necessary to justify the relative acceleration between galaxies observed in the last time?Let’s start out with a simple example and let’s calculate, with Newton’s law, the “gravitational job” necessary to move the eartly orbit around the Sun from an initial position to the actual one.Dates available are the following ones :

• MT : Earth’s mass = 5,976 x 10^24Kg ;
• RS : Sun’s equatorial ray = 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : Sun’s mass nearly 330.000 MT = 1,97 x 10^30Kg ;
• G : universal gravitational constant = 6,67259 x 10-11 m^3 Kg^-1 sec^-2;
• RLim. : Roche’s limit ray = 2,86 x RS nearly 2.000.000.000 m ;
• Rm. : actual medium Earth’s orbital ray = 150.000.000 Km = 150.000.000.000 m.

Coming back to Feynman diagram, changing the couple e+ e- with a direct interaction between photons and using the formula E = hv, where h = 6,626 x 10^-34 Joule sec is Planck’s constant and v is the frequency of photon, let’s impose : (1) DU = nhv, with n = Rm. - RLim./ SP = 9,15 x 10^45, where SP = 1,616 x 10^-35 m is “Planck’s space (minimum dimension of a volume in wich, theoretically, can be contained energy). So results that n is the number of cilindric “volumes/energy” with height = SP (considering gravitational “pipeflows”) that work against the sending away of Earth from the Sun. From (1) we obtain v = 6,38 x 10^22 Hz, that is precisely a frequency in the share of spectre of gamma rays.

In the string theory the fundamental constituents of matter are one dimension objects (the strings), instead zero dimension points. For this reason string theory is able to avoid problems connected to presence of point particles. The “universe lines” of Standard Model are a “world sheet” composed by closed strings. So we can immagine these gravitational pipeflows with sections that are circular surfaces with diameter not lower than SP. The “string tension” is exactly the force that forbid the string closing in a point in violation of Heisemberg’s uncertainty principle. Then strings can vibrate in different ways, therefore with different frequencies. To each frequency is linked a well defined energy level and therefore the mass associated to the elementary particle of which the string is the fundamental constituent. With the increase of frequency grows energy, therefore particle become heavier. In the string theory each state corresponds to a kind of particle. For example to the first excitated level corresponds a particle with 0 mass and spin 1 : the photon. The second level is a particle with 0 mass and spin 2 : the graviton (the “famous” and never detected quantum medium particle of gravity force) and so that. However strings would have dimension with order of size around 10^-35 therefore, in the thruth, it’s impossibile to detect it directly. Now if a vibration would have to happen with a so tight lenght of wave, frequency would be more higher then 10^27 Hz, that is the highest frequency detected in the space by satellite Fermi LAT ; and gamma rays have a wave lenght at the most 10^-12 m. Then how can a photon, also if it’s an highly energetic one, to be made up by strings vibrating in this way ? Where goes to end all that surplus of energy ? An answer could be that part of vibration ways of the strings would be “autodestructive” by interference. As an alternative, part of the vibration ways would have to be in other dimensions to dissipate there the surplus of energy, with all the conceptual difficulties that this option takes on.

Destructive interference can be obtained also with transversal sinusoidal waves, like electromagnetic ones, symmetrically polarized, propagating with opposite directions and same speed, size and frequency. These waves would generate standing ones without propagation of energy, but only potential one, so more high then bigger the frequency

When a mass would break, in micro as in macro cosmos, this simmetry of undulating space, some trains of waves would start to propagate creating a pressure on the surface of the same mass.

For obvious reasons two masses would be pushed one towards the other. This one could be a possible explanation of “Casimir’s effect”, “zero point energy”, cosmologic constant and the same nature of “dark energy” that would be, in the thruth, a rippled "sea of light" where pieces of matter drive away the one to the other because the waves constituting the same space, create continuously new space.

Stefano Gusman

L'orologio a luce : realtà o illusione ?

2011-01-04T08:26:00.000-08:00

Due osservatori, uno in una stazione S e l'altro su un treno superveloce S' che si muove a velocità v, vogliono misurare la durata di un fenomeno fisico (cioè la separazione temporale tra due eventi), naturalmente ognuno dal suo sistema di riferimento. Essi utilizzano un orologio a luce, formato da due specchi piani posti parallelamente a una distanza verticale nota d; un raggio luminoso che si muove lungo l'asse degli specchi si riflette alternativamente su di essi e il tempo occorrente per l'andata e il ritorno della luce sullo stesso specchio costituisce il periodo dell'orologio. Il periodo dell'orologio (misurato da un osservatore in quiete rispetto all'orologio) è T0 = 2 d / c. L'intervallo di tempo T0 rappresenta la separazione temporale tra due eventi: l'evento partenza e l'evento arrivo del raggio luminoso sullo specchio inferiore.Per un osservatore in quiete, i due eventi hanno separazione spaziale nulla. La separazione temporale di due eventi con separazione spaziale nulla si dice tempo proprio. Poiché sia nel riferimento S, sia nel riferimento S' ci sono due orologi a luce identici, i due osservatori misurano lo stesso intervallo di tempo ognuno nel proprio riferimento. Ma cosa avviene se l'osservatore nella stazione S prova a fare una misura di tempo mediante l'orologio a luce che si trova nel treno S' ? Per l'osservatore in S, l'orologio si muove con velocità v lungo le rotaie, quindi la luce percorre, tra andata e ritorno, una linea a zig-zag di lunghezza 2L maggiore di 2d.
Poiché la luce ha sempre velocità c in qualsiasi riferimento inerziale, il periodo T' dell'orologio in moto è allora (per S):T' = 2 L / c > T0. Il periodo T' dell'orologio in moto è maggiore del tempo proprio T0: l'orologio in moto batte quindi un tempo più lento rispetto a quello in quiete. Si noti che ciò non è affatto vero per il passeggero sul treno che anzi può, per la stessa ragione, affermare che è l'orologio nella stazione a essere più lento! In questa affermazione che può sembrare paradossale c'è tutto il significato del principio di relatività: le leggi della fisica sono eguali per tutti i riferimenti inerziali, nel senso che ognuno dei due osservatori afferma che l'orologio in moto rallenta.

Tutto cio’, con semplici considerazioni geometriche, si puo’ riassumere nella formula :

(1) : delta tau = delta t x (1 – ( v/c)^2)^0,5
nota come formula per la dilatazione dei tempi negli orologi in moto, essendo delta tau = T0 e delta t = T'.

Dalla (1), considerando questa volta il raggio di luce diretto secondo la direzione del moto, si ricava con semplici passaggi la

(2) : l = lambda x (1- (v/c)^2) ^0,5
detta formula per la contrazione delle lunghezze di Lorentz-Fitzgerald, che esprime il concetto simmetrico della contrazione, secondo la direzione del moto, della lunghezza l dell’orologio a luce, misurata dalla stazione, rispetto alla lunghezza effettiva λ.

La contrazione delle lunghezze è perfettamente simmetrica alla dilatazione dei tempi.

La (1) e la (2) sono le formule fondamentali della Relatività Speciale.

Marius, che è un tipo curioso, ha piu’ volte domandato agli esperti del settore (non senza malizia) : ma la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze sono reali o si tratta di “effetti speciali" ?

La risposta è stata :

“In fisica è reale cio’ che è misurabile e quindi la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze sono effettive”.

Ma vediamo cosa comporta la precedente affermazione.

In assenza di campo gravitazionale, lo spazio-tempo non è curvo (è lo spazio-tempo piatto di Minkowski) ; in esso possono essere scelti infiniti sistemi di riferimento inerziali e fra di essi valgono la Relatività Speciale e le trasformate di Lorentz. Un generico spazio curvo ha una proprietà molto importante che lo raccorda, per così dire, al più familiare spazio piatto euclideo. Per quanto esso possa essere incurvato, è sempre possibile considerarne una porzione nella quale esso sia praticamente piatto. Si può capire meglio il concetto considerando la superficie terrestre. Essa è uno spazio (varietà) bidimensionale curvo in cui sono definibili coordinate curvilineee quali la latitudine e la longitudine. In grande scala la curvatura della superficie terrestre è ineliminabile e gli effetti di ciò sono ben visibili a tutti. Per un muratore che sta costruendo una casa, invece, la superficie terrestre è piatta ed egli non si pone neppure il problema. In ogni spazio-tempo curvo è sempre possibile scegliere un sistema di coordinate curvilinee rispetto alle quali lo spazio-tempo è localmente piatto ed inerziale (spazio-tempo di Minkowski). Per fare questo è sufficiente immaginare un corpo che cade liberamente in un campo gravitazionale. Rispetto a questo corpo gli altri corpi liberi che cadono con lui, per un tempo limitato, appaiono soddisfare la legge d'inerzia. Quelli fermi permangono fermi, quelli in moto uniforme permangono in tale moto. Rispetto a quel sistema di riferimento in caduta per un breve tempo, lo spazio-tempo è quello piatto di Minkowski . Hanno esperienza di ciò gli astronauti quando sono parcheggiati in orbite terrestri stazionarie (in effetti è come se cadessero liberamente). All'interno delle loro navicelle essi esperimentano la gravità zero. Qui sulla terra è possibile verificare quanto detto per breve tempo quando, per esempio, un aereo prende un vuoto d'aria o in certi giochi al lunapark. Il fatto che lo spazio-tempo sia incurvato dalle masse che vi creano il campo gravitazionale è un concetto al di fuori dell'esperienza comune. In uno spazio curvo non valgono le regole e le proprietà della geometria euclidea, che è la geometria della nostra vita quotidiana. Per chiarire meglio questo concetto consideriamo un sistema di riferimento inerziale K ed un sistema di riferimento K' non inerziale in rotazione uniforme rispetto a K. Consideriamo anche una circonferenza solidale con K : Rispetto a K il rapporto fra la circonferenza in quiete ed il suo diametro è π. Rispetto a K' che ruota in senso antiorario la circonferenza viene vista ruotare in senso orario. Ogni piccolo segmento della circonferenza viene visto da K' muoversi con una certa velocità v. In un certo istante ogni piccolo segmento di cui è formata la circonferenza viene visto contrarsi rispetto a K' secondo la legge della contrazione di Lorentz per cui il rapporto fra circonferenza e diametro è, rispetto a K', diverso da π (il diametro non subisce la contrazione di Lorentz perchè non si muove rispetto a K' nel senso della sua lunghezza).

Con questo semplice esempio si dimostra che lo spazio rispetto ad un sistema di riferimento accelerato non è piatto ma è curvo, in quanto non valgono più le regole della geometria euclidea e ricordando la precedente affermazione : "in fisica è reale cio’ che è misurabile" ne derivea che la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze sarebbero effettive (o, il che è equivalente, assolute) e, quindi, si puo’ affermare che poichè un campo gravitazionale è equivalente a un sistema di riferimento accelerato, lo spazio-tempo viene incurvato da un campo gravitazionale.

E’ questo il principio fondamentale della Relatività Generale : la forza peso deriva dalla curvatura indotta dalle masse nello spazio – tempo.

A questo punto Marius, che si è sempre chiesto quale potesse essere la reale natura della forza di gravità, avrebbe potuto ritenersi soddisfatto, ma fortunatamente non è andata cosi’.

Stefano Gusman

The light clock : just an illusion ?

2011-01-04T08:21:00.000-08:00

Two observers, one in the S station and the other on board to a super fast train S’ that is going on with v speed, want to measure the duration of a physical phenomenon (that is temporal separation between two events) obviously each of them from his reference system. They use a light clock made up by two plane mirrors put at a known vertical distance d; a light beam that moves all along the axis of the mirrors reflects alternatively on them and the time required to go and return on the same mirror is the period of the clock.
The period of the clock (measured by an observer in quiet respect to the clock) is T0 = 2d/c.
The interval of time T0 is the temporal separation between two events : the event departure and the event arrival of the light beam on the lower mirror.
For an observer in quiet the two events have zero spatial separation. The temporal separation of two events with zero spatial separation is said "own time".
Since that both in S and in S’ there are two equal light clocks, the two observers measure the same temporal interval each of them in his reference system.
But what happens if the observer in S station tries to make a measure of time with light clock that stands in S’ train ? For the observer in S, the clock moves on with v speed, so light covers from departure to return, a zig zag line with lenght 2L greater then 2d.

Since that light has always c speed in every inertial reference system the T’ period of the clock on move (for S) is : T' = 2 L / c > T0 . So the T’ period of clock on move is greater then the one of the standing clock.
Let we see that this thing is not true for the passenger on board of the train that can, for the same reason, say that the clock in the station is slower!
In this statement, that can seems paradoxical, there is all the meaning of Special Relativity principle : the physical laws are the same for all inertial reference systems, that is that each of the two observers says that clock in motion slows down.
All of this can summarize, with simple geometrical considerations, with the formula :
(1) : delta tau = delta t x (1 – ( v/c)^2)^0,5, being delta tau = T0 and delta t = T'.
known as formula for the time dilatation in the clocks in motion.
From the (1), considering this time the light beam directed all along the motion, we get out, with simple passages, the
(2) : l = lambda x (1- (v/c)^2) ^0,5
said Lorentz - Fitzgerald's lenghts contractions formula that expresses the symmetric concept of the light clock lenght contraction l, measured from the station all along the direction of motion, respect to the effective length λ. The lenghts contraction is perfectly symmetrical to the time dilatation.
The (1) and (2) are the Special Relativity fundamental formulas.

Marius, that is a curious type, asked more time to "experts" of the sector (not without some malice) if time dilatation and lenghts contractions were real or they were only “special effects”.
The answer is been : “in physics is real what is measurable, so time dilatations and lenghts contraction are real.”

But let's see what the last statement entails.
Without gravitational fields space time isn’t curved (it is the Minkowsky’s plane space – time) ; in it can be chosen infinite inertial reference systems and between them are valid Special Relativity and Lorentz transformations. A general curved space – time has a much important property that connects it, as we can say, to the most familiar euclideus plane space. As far as it could be curved, it’s always possible to consider a little portion of it where it's practically plane. We can better understand this concept considering earthly surface. It's a two dimensional space (variety) curved where we can define curvilinear coordinates as latitude and longitude. In great scale we can’t take away the curvature of earthly surface and the effects are well visible to all. Instead for a mason building an house earthly surface is plane and he doesn’t mind of the problem. In every curved space – time it's always possible to choose a reference system respect on which space – time is locally plane and inertial (Minkowski’s space – time).
To do it is sufficient to imagine a body that falls down free in a gravitational field. Respect to this body, for a limited time, the other free bodies falling down with it look to satisfy the inertia law. The ones standing keep standing, the ones in uniform motion get on in this way. Respect to this reference system, falling down for a short time, space – time is the plane Minkowski’s one of SR. The astronauts have experience of this when they are parked on earthly stationary orbits (In effect it is the same thing as they really would fall down freely). In their space craft they test zero gravity. Here on the Earth is possible to verify this for a short time when, for example, an airplane gets an air vacuum or in some games at lunapark.
The fact that space – time is curved by masses that create gravitational field is a concept outside commune experience. In a curved space – time are invalid the rules and the properties of euclideus geometry, that is the geometry of our daily life.
To clarify better this concept let's consider an inertial reference system K and a not inertial reference system K’ in uniform rotation respect to K. Let's consider also a circumference tied with K.

Respect to K the fraction between the circumference and its diameter is π. Respect to K’, that rotates in a clockwise direction, the circumference is seen rotating in the opposite way. Every little segment of the circumference is seen from K’ moving on with v speed. For some instant every little segment by which is made up the circumference is seen contracting respect to K’ in accord with the Lorentz contraction law for which the fraction between circumference and its diameter is, respect to K’, unequal of π (diameter doesn’t be subjected to the Lorentz contraction for the reason that it doesn’t move respect to K’ in the sense of its length).
This simple example shows that space, respect to an accelerated reference system, is not plane but is curved, for the reason that are not valid the rules of euclideus geometry and so, remembering the precedent statement : “in physics is real what is measurable", we could say that time dilatation and lenght contraction are real (or, that is the same thing, absolute) and that since a gravitational field is equivalent to an accelerated reference system, space – time is curved by a gravitational field.
This is the fundamental principle of General Relativity : weight force is due to the curvature induced by masses in the space – time.
At this point Marius, that always wondered what could be the real nature of gravity force, could have had satisfied, but fortunately things didn’t go in this way.

Stefano Gusman

Legge di Newton e Relatività Generale

2010-12-11T22:42:00.000-08:00

Entrambe descrivono il comportamento di una massa (la seconda anche della radiazione e.m.) in presenza di un campo di accelerazione gravitazionale.
La costante gravitazionale G ci permette di calcolare, tramite la legge di Newton, la forza di mutua attrazione che due masse esercitano tra loro, oppure il potenziale gravitazionale generato da una massa nello spazio. E poco importa che la teoria della Relatività Generale, che è moto piu’precisa, tanto da permettere di correggere gli scarti temporali dei sistemi di localizzazione satellitare GPS, preveda, invece, che i campi di accelerazione gravitazionale siano dovuti alla curvatura locale dello spazio – tempo in presenza di massa, ma non sono generati dalla massa. La legge di Newton ha consentito all’uomo, comunque, di mettere piede sulla Luna e di inviare sonde ai limiti estremi del sistema solare.
Ma torniamo al "Global Position System". Gli scarti temporali dei segnali inviati a terra dai satelliti sono, in realtà, due e di segno opposto. Uno è dovuto alla Relatività Speciale per cui il tempo di clock dell’orologio a bordo del satellite, misurato da terra, è piu’ lento. L’altro è dovuto alla RG, per cui il tempo di clock dell’orologio a terra è piu’ lento di quello a bordo del satellite in orbita. Lo scarto temporale complessivo sarà di segno positivo o negativo a seconda che prevalga la RS o la RG. Sommando gli scarti si ottiene il delta temporale corretto il che è fondamentale per il corretto funzionamento del GPS. In ogni caso si tratta di scarti temporali relativi e non assoluti perché, come nel paradosso dei gemelli di Einstein, il tempo a terra e sul satellite scorre normalmente.
D’altronde lo dice la parola stessa. Relatività. E la RG è una naturale estensione ai sistemi non inerziali della RS come si puo’ osservare dai primi passaggi matematici della teoria.
http://it.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A0_generale
In particolare osserviamo che :

"In regioni dello spazio-tempo a 4 dimensioni indefinitamente piccole, per le quali è possibile un'accelerazione del sistema di coordinate in modo che non sia indotto alcun campo gravitazionale, resta valida la relatività ristretta".

Vale, cioè, l'invarianza del termine:

ds^2 = -(dx1)^2 -(dx2)^2 -(dx3)^2 +(dx4)^2

Dove, ovviamente, il dx4 = cdt.

Quindi, quale naturale estensione della RS ai sistemi non inerziali, la RG prevede che da qualsiasi sistema di riferimento non inerziale, lo spazio - tempo è visto curvo. In altre parole un sistema accelerato VEDE lo spazio - tempo curvo, ma lo spazio - tempo in se' resta piatto.
Dunque alle tre contrazioni di Lorenz resta sempre e comunque associata la dilatazione temporale. Qual è la differenza ? E’ che in RS i delta vengono misurati tra sistemi inerziali, mentre in RG tra sistemi non inerziali, ma restano misure relative tra sistemi. In realtà in ciascun sistema lo spazio non si contrae e il tempo non si dilata.
Se le cose stanno in questa maniera, allora, noi non dovremmo avvertire alcun peso, né qui sulla terra, né sull’orizzonte degli eventi di un buco nero.
Complessi interferometri (VIRGO, LIGO) tentano di rilevare le onde gravitazionali previste dalla teoria di Einstein. Si tratterebbe di increspature o perturbazioni dello spazio – tempo pervenute fino a noi dallo spazio profondo ed emesse da sistemi altamente perturbati quali quelli delle stelle binarie, dalle pulsar o da eventi catastrofici tipo esplosioni supernovae. Fino ad ora non si è riuscito a rilevare nulla. Perché ? Perché se fossero davvero increspature dello spazio – tempo si dovrebbe poter misurare un Ds^2 = -Dx1^2 -Dx2^2 -Dx3^2 +Dx4^2 nello stesso sistema di riferimento dove avviene il fenomeno il che, per la teoria stessa, è impossibile.

C’è, pero’, un altro problema. Il tempo è la modalità con cui l’uomo determina e rileva variazioni di stato della materia. Ad esempio il secondo è definito come "la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesio-133".
Assoluto o relativo il tempo, dunque, non è una grandezza fisica e, quindi, non puo’ né contrarsi, né dilatarsi. E senza dilatazioni e contrazioni del tempo non esistono quelle dello spazio, almeno secondo Einstein. Soltanto se potessimo misurare nello stesso sistema di riferimento in moto di caduta libera un rallentamento dei nostri orologi potremmo affermare che il tempo si dilata e che, conseguentemente, il campo gravitazionale è dovuto alla curvatura dello spazio – tempo. Per far cio’ occorrerebbe misurare nel sistema di riferimento locale (per esempio all’interno di un’astronave che procede in un campo gravitazionale). il rallentamento di un processo fisico come il decadimento di un atomo radioattivo, rispetto al tempo teorico previsto.

Dunque che succede ? Nulla di trascendentale solo che, come detto all’inizio, la RG, come la Legge di Newton, descrive la gravità, ma non la spiega.

Marius ci prova.

Stefano Gusman

Newton's Law and General Relativity

2010-12-11T22:40:00.000-08:00

Both of them describe behaviour of a mass (the second also of the e.m. radiation) in presence of a gravitational acceleration field. Gravitational constant G allows to calculate , with Newton’s law, the mutual actraction between masses or the gravitational potential generated by masses in the space. And not matter that General Relativity, that is so more precise as to allow to correct temporal gaps of satellitar location systems (GPS), provides for that gravitational acceleration fields are due to a space time curvature in presence of masses, but they aren't generated by masses. However Newton’s law allowed us to land on the Moon and to send space probes in the extreme boundaries of solar system.

But let's return to “Global Position System”. Temporal gaps of satellite signals sent to the Earth, really are two with opposite sign. One is due to Special Relativity that provides that clock on board of satellite is slower than the one on the Earth. The other is due to GR that provides that clock on the Earth is slower than the one in orbit on board of satellite. Adding the two gaps we obtain the right correction of the time, that is fundamental for right working of GPS. The sign of correction will be positive or negative according as predominates SR or GR. In every case they are relative gaps and not absolute one because, as in the paradox of Einstein’s twins, time on the Earth and on satellite goes on normally. Otherwise the same word tells it : relativity, and GR is a natural extention of SR to not inertial systems, as we can observe in the first mathematical steps of theory. In particular let's observe that :"in regions of four dimensional space time indefinitely small, for which is possible an acceleration of coordinates system in the way that doesn’t be produced any gravitational field, remains valid Restricted Relativity", that is the "unchanging" of the term : ds^2 = - (dx1)^2–(dx2)^2 –(dx3)^2 + (dx4)^2 where, obviously, dx4 =cdt.

So in GR all the space time metrics has four coordinates, three spatial and a temporal one. To Lorenz contractions always remains associated temporal dilatation. What’s the difference ? It’s that in Special Relativity the gaps are measured between inertial systems, while in GR between not inertial ones. Really in each of them space doesn’t contract and time doesn’t expand.If things go in this way then we wouldn’t feel weight here on the Earth or on a black hole horizon of events.

Complex interferometers (VIRGO, LIGO) try to detect gravitational waves expected by Einstein’s theory. GW would be space time ruffles come since to us from deep space and emitted by highly perturbed systems as the binary stars ones, from pulsars or catastrofic events like supernovae. As far as now anything has been detected. Why ? Because if they really would be space time ruffles it would be possible to measure a Ds^2 = - (Dx1)^2–(Dx2)^2 –(Dx3)^2 + (Dx4)^2 in the same reference system where the phenomenon happens that, for the same theory, is impossible.

But there is another question. Time is the human measuring unity of matter state variation. For example the "second" is definied as “duration of 9 192 631 770 periods of radiation corrisponding to transition between two iperfine levels of Caesium atom fundamental state”.
So absolute or relative time is not a physical size therefore it can’t contract or expand. And without time contractions or expantions don’t exist the space ones, at least according to Einstein. Only if we could measure a temporal slowdown in the same system falling down in a gravitational field we could adfirm that time expands and consequently that gravitational field is due to a space time curvature. To do it we would have to measure in the local system (for example on board of a spacecraft going on towards a gravitational field), a slowdown of a physical process, as the decay of a radioactive atom, respect to the espected theoretical value.

So what happens ? Nothing special about it. Only that, as we have said in the beginning, GR, as Newton’s law, describes gravity, but doesn’t explain it.

Marius tries to make it.

Stefano Gusman

Time does not exist.

2010-07-13T00:15:00.000-07:00

Can a gravitational theory thought only with spatial dimensions be physically "solid" ? If Alain Aspect’s experiments on “quantum non locality” are credible, the answer could be positive. One of the more surprising thing of the microscopic world is that subatomic particles can spread information instantly regardless of their distance. This phenomenon is known also as “quantum entanglement”.
Quantum entanglement, also called the quantum non-local connection, is a property of the quantum mechanical state of a system containing two or more objects, where the objects that make up the system are linked in a way that one cannot adeguately describe the quantum state of a constituent of the system without full mention of its counterparts, even if the individual objects are spatially separated. This interconnection leads to non-classical correlations between observable physical properties of remote systems, often referred to as nonlocal correlations. The property of entanglement was recognized as a consequence of quantum theory during its formation. Quantum entanglement is at the heart of the EPR paradox that was developed by Albert Einstein, Boris Podolsky, and Nathan Rosen in 1935, and was experimentally verified for the first time in 1980 by the French physicist Alain Aspect.
An interesting interpretation of quantum entanglement is the David Bohm's one. One of the fundamental ideas of Bohm’s theory is objective dualism wave/particle : every elementary atomic object is seen as constituted by a wave and a particle at the same time, with the wave that has the job to drive the particle in the regions where the “wave function” (that is the mathematical being with which is described in quantum theory the state of every physical system) is more intense. In other words the movement of particles is not casual but driven by an “hidden field” that is the quantum potential able to determinate the trajectory of the particle. Therefore, in Bhom’s opinion, subatomic particles, that seem us separated in reality are linked in a lower level that is an “implicit order”. Then the consideration that time is not a physical being, but only the human measure of matter state variation could drive us to conclude that the fundamental level of reality is an “a-temporal” space. This perspective could explain the instantaneous communication between particles and why two particles generated by the same source remain linked as the photons of Aspect’s experiment. It is common to think that the force that takes us with feet well planted on the ground is attractive. By the other hand Newton’s law is confirmed by Keplero’s kinematic. Yet since 1916 General Relativity, today universally acknowledge as “The” gravitational theory, assumes that gravitational acceleration field due to presence of a mass in the space is caused by a local distortion of space – time around the same mass. So “ubi major minor cessat”. But it is not enough. If time is not a physical being how can it dilate or contract ? And some more, why to force space time distortions, due to a gravity field, being absolute and not relative, that is that, in reality, they are only measures done from other reference systems (inertial in SR not inertial in GR) ?
Then it's so crazy to think about a gravitational theory with only spatial dimentions ?

Marius inquires into this direction.

Stefano Gusman

Il tempo non esiste (dedicato al "lupo" Marcello)

2010-07-12T01:53:00.000-07:00

Puo' una teoria gravitazionale pensata solo con dimensioni spaziali essere "fisicamente consistente" ? Se gli esperimenti di Alain Aspect sulla "non località quantistica" sono veritieri parrebbe di si.
Alain Aspect nel 1982 realizza una serie di apparecchiature che permettono di risolvere il contenzioso che ormai da mezzo secolo aveva opposto i fisici che si riconoscono nelle posizioni "classiche" (Einstein, ecc.), con i fisici quantistici della "scuola di Copenaghen".
Egli, insieme con Jean Dalibard e Gérard Roger, due ricercatori dell’Istituto di Ottica dell’Università di Parigi, in quell'anno riesce a verificare alcune delle ipotesi "non localistiche" della teoria quantistica, tra cui la disuguaglianza di Bell.
Al centro delle apparecchiature utilizzate da Aspect e collaboratori nei loro esperimenti viene posto un atomo di Calcio il cui decadimento produce una coppia di fotoni che sono fatti muovere lungo percorsi opposti. Lungo uno di questi percorsi, di tanto in tanto e in maniera del tutto casuale, viene inserito un "filtro" (un Cristallo Birifrangente) il quale, una volta che un fotone interagisce con esso, può, con una probabilità del 50%, deviarlo oppure lasciarlo proseguire indisturbato per la sua strada. Agli estremi di ogni tragitto previsto per ciascun fotone viene posto un rivelatore di fotoni.
Quindi Aspect verifica che nel momento in cui lungo un percorso viene inserito il Cristallo Birifrangente e si produce una deviazione del primo fotone verso il rivelatore fotonico posto alla fine di quel percorso, anche il secondo fotone (cioè il fotone proseguente lungo un altro percorso, quello con il fotone separato e senza "ostacoli" davanti), "spontaneamente" ed istantaneamente, devia verso un altro rivelatore fotonico. Praticamente l’atto di inserire il Cristallo Birifrangente con la conseguente deviazione del primo fotone produce un effetto istantaneo a distanza sul secondo fotone, inducendolo a deviare.
Nonostante tutto ciò possa apparire come inspiegabile in quanto totalmente confliggente con il principio di località, effettivamente esso è un fenomeno che accade durante l'esecuzione di esperimenti su coppie di particelle correlate. Questi "insoliti" comportamenti naturali delle particelle elementari sono tali, secondo i fisici quantistici ortodossi, solo se si ragiona secondo una "logica classica". Se si ragiona nell'ottica che esista un sistema correlato nel quale la distanza spaziale è inifluente, questi fenomeni risultano comprensibili.

Un'interessante interpretazione dell'entanglement è quello di cui al seguente ampio stralcio di un articolo del fisico - scrittore Davide Fiscaletti.
La non separabilità quantistica.
"Uno degli aspetti più sorprendenti che caratterizzano il mondo microscopico sta nel fatto che le particelle subatomiche hanno la capacità di comunicare informazioni istantaneamente a prescindere dalla loro distanza. Qui si mostra che questo fenomeno, la non separabilità quantistica, può essere spiegato assumendo che esistano diversi livelli della realtà fisica; si suggerisce che, al livello fondamentale, le particelle sono legate le une alle altre per mezzo delle onde ad esse associate e lo spazio fisico ha un carattere a-temporale.
La meccanica quantistica è la teoria fondamentale che sta alla base della moderna visione dei fenomeni naturali. Tuttavia, malgrado gli incontrastati successi sul piano applicativo e le numerosissime conferme sperimentali che si sono accumulate sin dalla sua nascita (avvenuta nella seconda metà degli anni '20 del secolo scorso), questa teoria ha dato luogo ad un acceso dibattito sui propri fondamenti, su quello che dice a proposito del mondo. Ci sono infatti degli aspetti di questa teoria che la fanno sembrare esotica e misteriosa, lontana dal senso comune. Tra questi, l’aspetto più sorprendente è sicuramente rappresentato dalla non località, dalla non separabilità delle particelle subatomiche. In base a un famoso teorema dimostrato nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell (che è considerato da molti esperti nel campo dei fondamenti concettuali della meccanica quantistica come il più importante recente contributo alla scienza), un’esperienza avvenuta nel passato tra due particelle subatomiche crea tra di esse una forma di “connessione” per cui il comportamento di ciascuna delle due condiziona in modo diretto ed istantaneo il comportamento dell’altra indipendentemente dalla distanza che le separa. Per esempio, nel caso di due particelle subatomiche inizialmente accoppiate e che poi vengono separate e allontanate l’una dall’altra, se ad un certo istante invertiamo il senso di rotazione (chiamato dai fisici con il termine “spin”) di una delle due, in quello stesso istante anche l’altra inverte il suo senso di rotazione, indipendentemente dalla distanza che separa le due particelle. Ai giorni nostri, non è stata trovata ancora alcuna contro-argomentazione significativa in grado di mettere in discussione la validità del teorema di Bell. Tutti gli esperimenti effettuati finora – e particolarmente significativi sono, in questo senso, gli esperimenti di Alain Aspect (1981) al laboratorio di ottica di Orsay, di Yanhua Shih (2001) dell’Università del Maryland e di Nicolas Gisin (2003) dell’Università di Ginevra – hanno confermato il risultato ottenuto da Bell, vale a dire che la non località deve essere considerata una caratteristica fondamentale e irrinunciabile del mondo microscopico, che le particelle subatomiche sono capaci di comunicare istantaneamente a prescindere dalla loro distanza. La comunicazione istantanea, l’intreccio tra le particelle subatomiche – effetto noto anche con il termine tecnico di “entanglement quantistico” - può essere considerato uno dei più grandi misteri della conoscenza umana: pur essendo un fenomeno osservabile e ripetibile, non sembra avere una chiara spiegazione logica. In questo articolo, ci proponiamo di illustrare un’interessante interpretazione della non località e dell’entanglement quantistico sviluppata dal fisico anglo-americano David Bohm (nota anche come teoria dell’ordine implicito o modello olografico della realtà) e le prospettive che può aprire nella descrizione del mondo fisico (in particolare nello studio delle interazioni fondamentali); successivamente, mostreremo che la non separabilità delle particelle subatomiche può essere spiegata sulla base dell’idea che lo spazio fisico, al livello fondamentale, ha un carattere a-temporale.
Una delle idee di partenza fondamentali della teoria di Bohm è il dualismo oggettivo onda-corpuscolo: ciascun oggetto atomico elementare viene visto come costituito da un’onda e da un corpuscolo contemporaneamente, con l’onda che ha il ruolo di guidare il corpuscolo nelle regioni dove la funzione d’onda (che è l’ente matematico con cui nella teoria quantistica viene descritto lo stato di ogni sistema fisico) è più intensa. La caratteristica principale della teoria di Bohm, che consente di fornire una descrizione causale dei processi atomici, è la seguente: la funzione d’onda agisce come un’onda pilota che guida la particella corrispondente, attraverso l’azione del potenziale quantico, nelle regioni dove essa è più intensa. In altre parole, nell’ambito delle idee di Bohm, il moto delle particelle non si manifesta in maniera casuale, ma sotto la guida di un “campo nascosto”, cioè appunto il potenziale quantico, in grado di determinarne la traiettoria. Si tratta di un potenziale nato dal “vuoto” che non opera come i campi elettromagnetici classici, la cui azione dipende dall’intensità e dalla distanza, ma che agisce in maniera istantanea e solo come pura “forma”. La particella si comporta in pratica come una nave che arriva al porto grazie alla potenza dei suoi motori ma sotto la guida di un radar che le indica la strada da seguire. I motori rappresentano il comportamento classico delle particelle nel mondo fisico che conosciamo (per esempio l’azione dei campi elettromagnetici), mentre il radar rappresenta l’azione del potenziale quantico.Ora, Bohm ha mostrato che è proprio il potenziale quantico a determinare la non località dei processi microscopici, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche: il potenziale quantico informa ogni particella dove andare, come se dietro alla realtà fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un piano nascosto che la guida e la unisce a tutte le altre particelle in un’unica simbiosi cosmica. Insomma, particelle distanti anche miliardi di anni luce sono in grado di comunicare tra di loro informazioni in modo istantaneo proprio grazie all’azione del potenziale quantico.Per interpretare la non località quantistica, nelle sue ricerche degli anni '70 e '80 Bohm introdusse la distinzione tra foreground e background, ossia tra ordine esplicito (esplicate order) ed ordine implicito (implicate order). Secondo Bohm è possibile individuare nella meccanica quantistica due diversi livelli di descrizione dei sistemi fisici: l’interpretazione standard e il suo formalismo ci permettono di rendere conto del foreground, dell’ordine esplicito del mondo macroscopico così come ci appare dalle nostre misure, e che è caratterizzato da manifestazioni locali e frammentarie; quello che avviene nell’ordine esplicito rappresenta tuttavia una proiezione del livello fondamentale, nascosto, cioè il livello del background e dell’ordine implicito, caratterizzato da non località e non separabilità. Bohm suggerisce quindi che nell’indagine della realtà fisica bisogna distinguere tra gli aspetti “avviluppati”, legati al livello nascosto e quelli “dischiusi”, che si manifestano come proiezioni del livello fondamentale. In base alle idee di Bohm, il comportamento delle particelle subatomiche indica chiaramente che esiste un livello di realtà del quale non siamo minimamente consapevoli. Se le particelle subatomiche ci appaiono separate è perché siamo capaci di vedere solo una porzione della realtà (cioè il foreground o ordine esplicito); ad un livello più profondo esse non risultano “parti” separate bensì sfaccettature di un’unità più profonda e basilare. A questo livello più profondo e fondamentale (che è appunto il background o ordine implicito), tutte le particelle subatomiche sono infinitamente collegate in una sorta di interezza continua.
La teoria oggi universalmente accettata sulla gravitazione è la relatività generale di Einstein, in base alla quale la gravità viene vista come modifica delle proprietà geometriche dello spazio-tempo. In altre parole, la relatività generale stabilisce che è la struttura dello spazio-tempo che determina le traiettorie dei corpi in movimento (o le loro posizioni, nel caso in cui i corpi sono fermi). Due masse che interagiscono, in base alle nostre idee, devono essere sempre immaginate come costituite ciascuna da una particella e da un’onda contemporaneamente, con le onde che hanno il ruolo di guidare le particelle corrispondenti nelle regioni dove il campo gravitazionale è più intenso, vale a dire in modo tale da provocare l’attrazione delle due particelle stesse. Il dualismo oggettivo onda-corpuscolo consente di fornire un’interpretazione intuitiva del risultato fondamentale della relatività generale, secondo cui la gravità si esplica come modifica della geometria spazio-temporale. Infatti, possiamo ipotizzare che, al livello più profondo della realtà, ci sia un’entità mediatrice vera e propria a produrre la modifica della geometria dello spazio-tempo (e di conseguenza, a trasmettere la gravità), e che quest’entità sia proprio un’onda data dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. Questo significa che, nell’ambito del nostro modello interpretativo, la modifica della struttura spazio temporale con cui si esplica la gravitazione può essere ricondotta a un’onda. Insomma, sulla base delle nostre idee, si apre questa interessante prospettiva: il mezzo con cui si trasmette l’interazione gravitazionale, determinando a sua volta una modifica della geometria dello spazio-tempo, è l’onda risultante dalla combinazione delle onde associate alle particelle materiali interagenti.
Non località quantistica e a-temporalità dello spazio fisico.
Per affrontare e interpretare la faccenda della non località, della strana forma di connessione delle particelle subatomiche a prescindere dalla loro distanza, in base alla ricerca del mio istituto il discorso può essere espresso anche in una maniera più sottile ed elegante (nonché feconda di ulteriori sviluppi nello studio del mondo fisico). Si tratta di basarsi su un punto di vista alternativo, rispetto a quello standard, circa il teatro in cui avvengono i fenomeni naturali.L’idea di partenza della nostra ricerca è la seguente. Sulla base della nostra percezione elementare, è oltre le nostre capacità stabilire se il tempo possa essere considerato un’entità fisica reale. Il trascorrere del tempo, infatti, non può essere percepito chiaramente come materia e spazio in modo diretto; noi possiamo percepire solo i cambiamenti chimici, fisici e biologici irreversibili della materia nello spazio fisico (cioè lo spazio in cui esistono gli oggetti materiali). Pertanto, se ci basiamo sulla nostra percezione elementare, possiamo concludere che il tempo esiste solo come flusso di cambiamenti materiali irreversibili che avvengono in uno spazio a-temporale. Il teatro in cui avvengono i fenomeni naturali non è quindi lo spazio-tempo (questo ente fa parte dei modelli matematici dell’universo – in particolare, dei modelli atti a descrivere il livello esplicito - ma non dell’universo stesso): il teatro dell’universo, al livello fondamentale della realtà, è uno spazio a-temporale. Questo è un punto di vista diverso, e per certi versi può anche apparire eretico, rispetto a quello standard, ma è forse più corretto ed appropriato in quanto è più coerente con i fatti sperimentali (vale a dire con il fatto che non c’è nessuna evidenza empirica riguardo al movimento degli oggetti materiali nel tempo). Ora, il carattere a-temporale dello spazio fisico è in grado di gettare nuova luce sulla non località quantistica. La ricerca del nostro gruppo mostra che lo spazio fisico a-temporale consente di spiegare la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche, permette di spiegare perché e in che senso, per esempio, due particelle che provengono dalla stessa sorgente e che poi si allontanano, rimangono legate da un misterioso legame, perché e in che senso se noi interveniamo su una delle due, anche l’altra risentirà l’effetto istantaneamente a prescindere dalla distanza che c’è tra di esse. Secondo le nostre idee, la connessione istantanea tra due particelle quantistiche quando sono a grande distanza può essere vista come un effetto dello spazio fisico a-temporale. Cioè, è lecito pensare che, al livello più profondo (cioè nell’ordine implicito), sia il carattere a-temporale dello spazio a trasmettere l’informazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande distanza, a farle comunicare istantaneamente. La comunicazione tra due particelle quantistiche è istantanea e non locale proprio perché, al livello fondamentale della realtà, è a-temporale e, come tale, non ha velocità. Insomma, visto che l’a-temporalità dello spazio è in grado di spiegare e riprodurre la non separabilità delle particelle subatomiche, nell’ambito della nostra ricerca noi intendiamo suggerire l’idea secondo cui l’ordine implicito introdotto da Bohm altro non è che lo spazio fisico a-temporale.Inoltre, tenendo conto che nell’ambito della teoria di Bohm la non località quantistica (riguardante il livello fondamentale della realtà) è determinata dall’azione del potenziale quantico, la nostra visione apre la possibilità che ci sia una sorta di corrispondenza tra potenziale quantico e spazio fisico a-temporale, in particolare che il potenziale quantico possa essere interpretato come lo “stato” dello spazio fisico a-temporale in presenza di processi microscopici. Visto che il potenziale quantico di Bohm è il termine che permette di spiegare l’origine della non località quantistica, e visto che il carattere a-temporale dello spazio fisico è in grado di rendere conto e riprodurre la trasmissione di una informazione istantanea, ne deriva che, quando si ha a che fare con un problema quantistico, è del tutto legittimo interpretare il potenziale quantico come lo stato di questo spazio fisico a-temporale. In definitiva possiamo dire che, se si considera un processo atomico o subatomico, lo spazio fisico a-temporale assume lo stato speciale rappresentato dal potenziale quantico, e questo produce una comunicazione istantanea tra le particelle in esame. In una teoria fisica completa, si può anche pensare che lo spazio fisico a-temporale includa tutti gli oggetti della fisica. La nostra visione apre la possibilità che lo spazio fisico a-temporale rappresenti l’anello di congiunzione di tutti i fenomeni osservati o previsti dalle varie teorie. A questo proposito, le diverse interazioni fondamentali, i diversi campi fisici possono essere interpretati come stati speciali dello spazio fisico a-temporale (e quindi dell’ordine implicito di Bohm interpretato in senso a-temporale) in determinate condizioni, in presenza di certe particelle materiali (e producono delle modifiche nelle proprietà dello spazio a-temporale stesso). Per esempio, in quest’ottica, il campo elettromagnetico creato nello spazio circostante da una particella carica può essere visto come lo stato dello spazio fisico a-temporale in questa determinata situazione.
Conclusioni
In virtù dell’analisi svolta in questo articolo, la non separabilità delle particelle subatomiche può essere spiegata sulla base dell’idea che esistano diversi livelli nella realtà fisica e che, nel livello più profondo, siano le onde associate alle diverse particelle a legarle tra di loro in una fitta rete, in una sorta di interezza continua. Mediante il dualismo oggettivo si aprono prospettive molto interessanti: al livello fondamentale, è possibile trattare in maniera simile le diverse interazioni fondamentali, visualizzando in modo causale l’origine del segnale responsabile di tali interazioni. Inoltre, in base alla ricerca del nostro gruppo, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche può essere vista come una conseguenza dell’idea che, al livello fondamentale della realtà, lo spazio fisico abbia un carattere a-temporale. E’ lecito pensare che, al livello più profondo, sia il carattere a-temporale dello spazio a trasmettere l’informazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande distanza: in presenza di processi microscopici, lo spazio fisico a-temporale assume lo stato speciale rappresentato dal potenziale quantico, e questo produce una comunicazione istantanea tra le particelle in esame. Sotto questo punto di vista, si può concludere che il livello fondamentale della realtà non rappresenta altro che lo spazio fisico a-temporale (e le interazioni tra le varie particelle possono essere viste come stati speciali del livello fondamentale della realtà, inteso come entità a-temporale). "

E' senso comune ritenere che la forza che ci tiene ben piantati in terra sia di natura attrattiva. D'altronde la Legge di Newton è ampiamente "sostanziata" dalla cinematica kepleriana. Eppure è dal 1916 che la Relatività Generale, universalmente riconosciuta come "La" Teoria Gravitazionale ci dice che il campo di accelerazione gravitazionale attorno a una massa nello spazio è dovuto alla distorsione locale dello spazio - tempo attorno alla massa stessa. Dunque "ubi major minor cessat". Ma non basta. Se il tempo non è una grandezza fisica come fa a contrarsi o dilatarsi ? E ancora perche "forzare" dilatazioni e contrazioni dello spazio - tempo in un campo gravitazionale ad essere "assoluti" quando, come dice la parola stessa (relatività) si tratta di fenomeni misurati da altri sistemi di riferimento (inerziali in RS non inerziali in RG).

Forse una teoria gravitazionale in sole 3 (o 3 +n) dimensioni spaziali sarebbe la soluzione.

Marius indaga su questa possibilità.

Stefano Gusman

Specific energy of vacuum

2010-02-08T06:14:00.001-08:00

It is intuitive to think that light interacts with matter but not with itself, that is that does not exist possibility of diffusion between two photons. Really the equations of classic electrodynamics, written in 1864 by Maxwell, that describe the light as an electromagnetic wave with frequencies in some steps, are linear in the electromagnetic field, in agreement with overlap principle. So it’s impossible for classic theory the diffusion between light beams.
But physicists soon understood that Maxwell’s description was incomplete. The quantum mechanics, with duality wave/particle, drove in 1920 to development of quantum electrodynamics (QED) by Dirac, Fermi, Schwinger, Feynman and Tomonaga. Exists a quantum non linearity of electromagnetic fields caused by the circumstance that uncertainty principle allows the momentary creation of a “virtual” couple electron – positron from two photons. This couple lives for a short time linked to the Heisemberg’s uncertainty principle and then annihilates emitting two others photons(inelastic diffusion). In other words light interacts only with matter, but for QED doesn't exist a space completely empty because virtual couples electron – positron are non stop created and immediately destroyed : vacuum is like a pot continuously boiling. These virtual particles of matter interact with photons giving out an effective non linearity of electromagnetic fields.

So remains open the problem if photons could interact with themselves in the absence of matter, that is in vacuum. In accord to actual scientific visions photons with highest frequencies (gamma rays), invisible to human eye, interact in vacuum when they have sufficient energy to generate a couple formed by an electron and its antiparticle, the positron. In this instance we don’t have deviation of beams in the crash, but the two ones simply disappear (into the "slang" annihilate) turning into matter (electron and positron exactly). This annihilating process really happens in the particle accelerators and in some astro physicians events.

In the theory exposed in this blog the inelastic diffusion of high frequency photons is due to the breaking of symmetrical interference of transversal sinusoidal waves (that generates stationary ones) with the consequential propagation of the incident waves at lower frequency.

This mechanism would be at the origin of vacuum “specific energy” expressed in Joule/m^3.

Stefano Gusman

Energia specifica del vuoto

2010-02-08T06:13:00.000-08:00

Un giorno Marius si è chiesto se la radiazione e.m. sparsa per il cosmo potesse essere paragonata a un fluido "continuo" ed "elastico" in grado di trasmettere azioni "a distanza". Secondo Marius questa ipotesi potrebbe non essere cosi' "surreale"
http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2006/Ucau060415d002/ "È intuitivo pensare che la luce interagisca con la materia ma non con se stessa, vale a dire che non ci sia possibilità di diffusione fra due fotoni. In effetti le quattro equazioni dell'elettrodinamica classica, scritte da Maxwell nel 1864, che descrivono la luce come un'onda elettromagnetica con frequenze in un certo intervallo, sono lineari nel campo elettromagnetico, in accordo con il principio di sovrapposizione. Perciò, secondo la teoria classica, la diffusione fra due onde di luce non è possibile.
I fisici hanno capito ben presto, però, che la descrizione data da Maxwell era incompleta. La meccanica quantistica con la dualità onda - corpuscolo, ha portato nel 1920 allo sviluppo dell'elettrodinamica quantistica (QED) da parte di Dirac, Fermi, Schwinger, Feynman e Tomonaga. Esiste una non linearità quantistica dei campi elettromagnetici che origina dal fatto che il principio di indeterminazione consente la creazione momentanea di una coppia "virtuale" elettrone - positrone da parte di due fotoni. Tale coppia vive per un breve tempo legato al principio di indeterminazione di Heisenberg e quindi si annichila emettendo altri due fotoni(diffusione anelastica).
In altri termini la luce interagisce solo con la materia, ma secondo la QED non esiste uno spazio completamente vuoto, poiché coppie virtuali di elettroni e positroni vengono continuamente create e immediatamente distrutte: il vuoto è come una pentola in continua ebollizione. Queste particelle virtuali di materia interagiscono con i fotoni dando luogo a una non linearità effettiva dei campi elettromagnetici."

Resta, dunque, aperto il problema se i fotoni possono interagire tra loro in assenza di materia, cioè nel vuoto.
Secondo le visioni scientifiche attuali, i fotoni di altissima frequenza (raggi gamma), invisibili all'occhio umano, interagiscono nel vuoto quando hanno energia sufficiente per generare una coppia formata da un elettrone e dalla sua antiparticella, il positrone. In questo caso non si ha deviazione dei fasci nello scontro, ma i due fasci semplicemente scompaiono (in "gergo" si annichilano) trasformandosi in materia (elettrone e positrone, appunto). Questo processo di annichilazione avviene, di fatto, negli acceleratori di particelle e in alcuni eventi astrofisici.

Nella teoria gravitazionale esposta in questo blog la diffusione inelastica tra fotoni ad alta frequenza è dovuta alla rottura dell’interferenza simmetrica tra onde traversali sinusoidali (che produce onde stazionarie) con conseguente propagazione delle onde incidenti a frequenza inferiore. Questo meccanismo sarebbe all’origine della densità di energia del vuoto, espressa in Joule/m^3. La banda di frequenza delle microonde di cui è prevalentemente composta la radiazione cosmica di fondo http://it.wikipedia.org/wiki/Radiazione_cosmica_di_fondo , non renderebbe disponibile una sufficiente quantità di energia per poter innescare i meccanismi di "spinta" che vengono esposti negli articoli successivi, ma l'osservazione degli "outburst" di raggi gamma ad alta frequenza senza apparente rilevazione di sorgenti definite suggerisce l'ipotesi che anche uno spazio "oscuro", in determinate condizioni, possa sprigionare energie "spaventose".

Stefano Gusman

We are made by waves

2010-02-06T02:38:00.000-08:00

The title summarizes the conclusions of the theory exposed in this blog.
As we’ll see these considerations could get out also from a simple analysis of well known physical experimental phenomenon, typical of Quantum Mechanics, like the “double - slit” one. This experiment shows as an electromagnetic wave that overtakes the slits can generate, on a photographic plate, a picture of interference (undulating behaviour), or the simple projection of the slits (point/bullet behaviour).
But finally what, in reality, the photon is, a wave or a particle ? If it wouldn’t be a particle would not be appreciated phenomenon like “photoelectric effect”; if it wouldn’t be a wave would not be explained effects like all geometrical optics, interferences and diffractions. The answer to this fundamental question is a basic Quantum Mechanics principle: particles are wave too. Mathematically Schroedinger’s equation describes the phenomenon. Its partial second order derivates make it too much similar to the normal equations of continuous undulating systems. But when we impose bonds like perturbations or potential hole ( that is , in fact, that particle/wave feels the “influence” of a detector/observer), the going on of the wave function changes and this one “collapses” in a solution or “auto status”, showing the quantum, no more continuous, aspect of the particle. Not only photons : also electrons and all the other particles like protons, neutrons and, to say all, ourselves and macroscopic bodies have a wave function associated, but as much the body is great as less undulating aspect is evident. So it happens that an elementary particle can, due to undulating aspect and small dimensions, get out from a potential hole by “tunnel effect” where as we, bigger ones, have too much less probabilities to pass through a mountain due to the same effect. But attention : less probability not zero probability ! This one it’s also the meaning of Heisemberg’s uncertainty principle. The impossibility to divide perfectly impulse and position of a particle would mean that is impossible separate completely one of the two aspects, wave and particle, from the other.

In the Marius gravitational theory elementary particles of Standard Model, as the same physical space, are made up by waves with different frequencies and sizes of the oscillations. So do not exist defined boundaries between particles, but only stable states of matter that theoretic physics describes with quantum models.

Stefano Gusman

Siamo fatti di onde

2010-02-06T02:37:00.000-08:00

Il titolo sintetizza le conclusioni della teoria esposta in questo blog.
Come vedremo tali considerazioni potrebbero scaturire anche da una semplice analisi di fenomeni fisici noti, caratteristici della Meccanica Quantistica.
L’esperimento della “doppia fenditura” http://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_della_doppia_fenditura , per esempio, mostra come un’onda elettromagnetica che la sorpassa possa determinare su una lastra fotografica una figura di interferenza (comportamento ondulatorio) o la semplice proiezione delle fenditure (comportamento particellare).
Ma il fotone, alla fine, cos’è veramente, un’onda o un corpuscolo? Se non fosse corpuscolo, non si spiegherebbero fenomeni come l’effetto fotoelettrico http://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_fotoelettrico ; se non fosse onda, non si spiegherebbero effetti come tutta l’ottica geometrica, interferenze e diffrazioni. La risposta a questa domanda fondamentale è un principio della Meccanica Quantistica : le particelle sono anche onde.
Matematicamente è l’ Equazione di Schroedinger a descrivere il fenomeno. Le sue derivate parziali del secondo ordine la fanno somigliare tantissimo alle normali equazioni dei sistemi ondulatori continui.
Quando, pero', si impongono dei “vincoli” come perturbazioni o buche di potenziale (che di fatto significa che la particella/onda sta subendo l’influenza di un rilevatore/osservatore), l’andamento della funzione d’onda cambia e questa “collassa” in una soluzione o “autostato”, rivelando l’aspetto quantistico, non più continuo, della particella. Non solo i fotoni : anche gli elettroni e tutte le altre particelle come protoni, neutroni e, a dirla tutta, anche noi stessi e i corpi macroscopici hanno una funzione d’onda associata, solo che tanto più il corpo è grande, tanto meno l’aspetto ondulatorio è importante. Così, capita che una particella elementare può, grazie al suo aspetto ondulatorio e alle piccole dimensioni, uscire da una buca di potenziale per "effetto tunnel" http://utenti.quipo.it/itislanciano/bande/quantistica.htm, mentre noi, più grossi, abbiamo molte meno probabilità di attraversare un monte grazie allo stesso effetto. Ma attenzione, “meno probabilità”, non zero probabilità ! E’ anche questo il senso che sottende il principio di indeterminazione di Heisenberg. Il non poter separare perfettamente posizione e impulso d’una particella dovrebbe significare che non è possibile separare del tutto uno dei due aspetti, onda e corpuscolo, dall’altro.

Nella teoria gravitazionale di Marius le particelle elementari del “Modello Standard”, come lo stesso spazio fisico, sono costituiti da onde caratterizzate da diverse frequenze e ampiezze di oscillazione. Non esistono, quindi, definiti limiti di separazione tra particelle, ma solo “assetti” stabili della materia che la fisica teorica descrive con modelli discreti.

Stefano Gusman

Expanding universe ?

2010-02-05T03:27:00.000-08:00

Does it do ? If cosmologic “red shift” is correctly interpreted it would look so. The galaxies recession seems to be an accepted phenomenon, but Halton Arp’s observations show, in an apparently unequivocal main, that heavenly bodies with different red shift and consequently theoretical different speeds and distances from us, really interact, as from photographical documents that show “material bridges” linking the same bodies.
So how it is possible that masses that would have different ages compared to “time zero” of Big Bang are located at the same distance from us that are observing ? There are much theories that try to explain these phenomenon , like “variable mass” one, but the principle of the “initial event” seems to be objectionable.
Does it, perhaps, necessary to consider BB a local event in a stationary universe ?
BB is a "relativistic" theory that backwards in the universe history since to a "singularity" where mathematically "diverges" and is not "renormalizable" that is that the infinites of asymptotic solutions are not removable. This happens cause, taking off space to matter, you constrain space time curvature to be "absolute" and not relative and so you "force" it to make a role that can't act : to explain gravity force.
Interesting considerations about Halton Arp’s work are that ones of doctor Alberto Bolognesi, contained into this fascinating site :
http://www.cartesio-episteme.net/ep8/ep-forum.htm
where the gravitational theory exposed in this blog is courteously hosted by professor Umberto Bartocci.
Let’s return to galaxies recession and to the so called “dark energy” that one, for understand, that would give the field of force that put away (or bring near) the heavenly bodies. In the hypothesis of a “stationary” universe Einstein identified it as the “cosmologic constant” disowned by himself successively. Today it talks also about “zero point” energy or vacuum specific energy to justify the acceleration between galaxies. The actual target of experimental research is the “adaptation” of General Relativity to Quantum Mechanics, trying to detect the quantum mediator of gravitational force (the graviton).
The problem is that gravitational theory of GR was thought for a continuous space time not for a quantized one, so the existence of gravitational quantum would be an internal contradiction of the same theory.

The Marius gravitational theory inquires into what could be the real physical nature of this “universal engine”.

Stefano Gusman.

Universo in espansione ?

2010-02-05T03:25:00.000-08:00

Si sta espandendo ? Se il “red shift” cosmologico viene correttamente interpretato parrebbe di si. La “recessione” delle galassie è un fenomeno dato per scontato, ma le osservazioni di Halton Arp dimostrano in maniera apparentemente inequivocabile che corpi celesti a diverso red shift e che, quindi, dovrebbero trovarsi a distanze e velocità, rispetto a noi, molto diverse tra loro, in realtà “interagiscono” come da documenti fotografici che evidenziano “ponti di materia” che collegano tali corpi. Come è possibile, allora, che masse che dovrebbero avere età diverse rispetto al tempo “zero” dell’evento Big Bang, siano alla stessa distanza da noi che le osserviamo ? Molte sono le teorie che cercano di interpretare questi fenomeni, tra cui quella della “massa variabile”, ma il principio dell’evento iniziale mi pare venga ad essere messo in discussione. Forse occorre “derubricare” il BB a evento “locale” in un universo stazionario ?
Il BB è una teoria "relativistica" che percorre "all'indietro" la storia dell'universo fino alla "singolarità" iniziale dove, matematicamente, "diverge" e non è "rinormalizzabile", ovvero gli infiniti asintotici delle soluzioni non sono eliminabili. Cio' accade perchè tale teoria, sottraendo spazio alla materia, costringe la curvatura dello spazio - tempo ad essere "assoluta" e non "relativa" e a svolgere un ruolo che non gli compete : spiegare la forza di gravità.
Interessanti considerazioni sul lavoro di Halton Arp sono quelle del fisico - cosmologo Alberto Bolognesi di cui all’affascinante sito del professor Umberto Bartocci :
http://www.cartesio-episteme.net/ep8/ep-forum.htm
dove trova cortese ospitalità anche la teoria gravitazionale esposta in questo blog.
Torniamo alla recessione delle galassie e alla cosiddetta energia “oscura” quella, per intenderci, che servirebbe a fornire il campo di forza che potrebbe allontanare (o avvicinare) i corpi celesti. Einstein, nell’ipotesi di universo stazionario, la identifico’ nella costante cosmologica da lui stesso successivamente disconosciuta. Oggi si parla anche di energia “di punto zero” o energia specifica del vuoto per giustificare l'accelerazione relativa tra galassie.
L’obiettivo attuale della ricerca sperimentale è quello di confermare l’adattabilità della Relatività Generale alla Meccanica Quantistica tentando di rilevare i mediatori quantistici della forza di gravità (i gravitoni). Il problema è che la teoria gravitazionale della RG fu pensata per uno spazio – tempo continuo non quantizzato, quindi l’esistenza di quanti gravitazionali sarebbe una contraddizione intrinseca alla stessa natura dello spazio – tempo curvo responsabile del campo di accelerazione gravitazionale.

La teoria di Marius si propone di indagare su quale possa essere la reale natura fisica di questo “motore” dell’universo.

Stefano Gusman.

What about weight ?

2010-02-05T03:23:00.000-08:00

Weight definition : P = m g where m is a constant and g variable. In other words weight is the “effect” of gravitational acceleration on a body with mass equal to m.
More complex is to define clearly the concept of mass. In general way the mass could be explained as the quantity of matter into the volume of a body. So, on equal volume, weight is proportional to the quantity of matter contained, that is density. Then the more compact bodies are the more heavy too. The thrust that we feel under our foot is the reaction of the surface on which we are pushed on. This effect is as bigger as greater density and, consequently, smaller the compressibility. The deformations generated by a force aging on a elastic body, in fact, induces also an internal state of tensions as bigger as greater Elasticity Modulus distinctive of the material constituting the body.

For Einstein every body is in freefall. The Sun towards the centre of the galaxy, the Earth towards the Sun, Moon towards the Earth and us towards the centre of the Earth. The reason would be that space – time is curved by masses, and curvature is greater where mass density is bigger. So would be a curvature gradient bending the “lines of universe”. When a surface opposes resistence to freefall motion we feel the weight as on earthly surface. Really also all along our body would be a curvature gradient, therefore going on deeply underground we would be more and more bent and we would see our clock going more and more slower, with our brain getting old more quickly then our feet. But how can it’s possible if in the local system space time stands plane ?

An observer on the earthly surface is subject to a gravitational acceleration field directed toward the center of the Earth then, for the second postulate of GR, stands on a non-inertial platform. It should therefore also stand in a curve space - time. In reality there is no free fall motion of the observer toward the center of the Earth and without relative motion relativity is not applicable, then space-time is flat. All that unless we postulate that all bodies are by themselves in free fall, a nice "trick" that, howeever, doesen't work. Infact a mass is in free fall only if another mass has previously curved spacetime. But going back in time the first mass/energy created in the Big Bang would be also space and time. There aren’t, in fact, time and space without matter, but you can not say that the matter is first and then space/time and not the other way. They coincide in the same event BB. So there couldn’t be any free fall mass/energy motion due to the spacetime curvature, or curved space-time due to the presence of mass/energy. BB event, in Einstein thought for a "continuous" space-time, was instantaneous.This did not apply to the Copenhagen school, according to which space-time was quantized ; infact GR doesen’t work at quantum sizes as mathematically "diverges" (and is not "renormalizable") in the surroundings of the space-time singularity that, really, BB is. The cat chasing its tail or even the chicken and egg dilemma: who came first ?
In brief a logic "fallacy".

Really, for the same RG, we wouldn’t must feel weight here on the Earth as on a black hole horizon of events.

In this gravitational theory the weight of a body on the Earth is generated by a pressing force equally distributed on its surfaces, from ionosphere to nucleus, with much intense pressures as smaller surfaces.

Stefano Gusman

Cos'è il peso ?

2010-02-05T03:22:00.001-08:00

Definizione di peso : P = mg, dove m è una costante e g una variabile. In altre parole il peso è l’effetto dell’accelerazione gravitazionale su un corpo di massa m.
Piu’ complesso è definire il concetto di massa. Nei termini piu’ generali possibile potrebbe essere definita come quantità di materia contenuta nel volume di un corpo. Quindi, a parità di volume, il peso è proporzionale alla quantità di materia in esso contenuta, ossia alla densità. Ne consegue che i corpi maggiormente densi sono anche i piu’ pesanti. La spinta che noi avvertiamo sotto i piedi è la reazione della superficie di appoggio al nostro peso. Questo effetto è tanto maggiore quanto piu’ grande è la densità e, quindi, minore la compressibilità. La deformazione generata dall’azione di una forza su un corpo elastico, infatti, induce uno stato di tensioni interne tanto maggiore quanto piu’ grande è il modulo di elasticità proprio del materiale costituente il corpo stesso.

Secondo Einstein tutti i corpi sono in “caduta libera” : il Sole verso il centro della galassia, la Terra verso il Sole, la Luna verso la Terra e i nostri corpi verso il centro di massa della Terra. Il motivo dovrebbe essere che le masse incurvano lo spazio – tempo e la curvatura è piu’ accentuata dove la densità di materia è maggiore. Quindi esiste un “gradiente di curvatura” che piega le “linee di universo”. Se una superficie, ad esempio quella terrestre, si oppone al moto di caduta libera si creano delle forze apparenti come il peso che noi avvertiamo. Quindi anche lungo il nostro steso corpo dovrebbe esistere un sia pur minimo gradiente di curvatura dello spazio – tempo per cui procedendo verso il centro della Terra dovremmo essere sempre piu’ incurvati" e osservare i nostri orologi andare sempre piu’ lentamente. Ma com'è possibile se, localmente, lo spazio – tempo resta piatto ? In realtà, quindi, per la stessa RG, noi non dovremmo avvertire alcun peso, né qui sulla Terra, né sull’orizzonte degli eventi di un buco nero.

Un osservatore posto sulla superficie terrestre è soggetto a un campo di accelerazione gravitazionale diretto verso il centro della terra quindi, per il secondo postulato della RG è su una piattaforma non inerziale. Dovrebbe, quindi, trovarsi anche in uno spazio - tempo curvo. In realtà non esiste alcun moto di caduta libera dell'osservatore verso il centro della terra e senza moto relativo non è applicabile la relatività, dunque lo spazio tempo resta piatto. Tutto cio' a meno di non postulare che tutti i corpi siano di per se in moto di caduta libera, un bel "trucchetto" che, pero’, non regge. Una massa, infatti, è in moto di caduta libera solo se un'altra massa ha preventivamente curvato lo spazio - tempo, ma andando indietro nel tempo la prima massa/energia creatasi con il BB sarebbe stata anche spazio e tempo. Non esistono, infatti, spazio e tempo senza materia, ma non si puo' affermare che venga prima la materia e poi lo spazio/tempo e nemmeno il contrario. Essi coincidono nello stesso evento BB. Quindi non poteva esserci "ab origine" alcun moto di caduta libera di massa/energia dovuta alla curvatura dello spazio tempo, ne curvatura dello spazio tempo dovuta alla presenza di massa/energia. L'evento BB per Einstein che pensava a un "continuo"spazio temporale era istantaneo. Cio’ non valeva per la scuola di Copenhagen secondo la quale lo spazio tempo era quantizzato.E infatti la RG a scale quantistiche non funziona. poichè “diverge” matematicamente (e non è”rinormalizzabile”) negli intorni della singolarità spazio temporale che, appunto, il BB costituisce. Il gatto che si morde la coda o anche il dilemma dell'uovo e della gallina : chi è nato prima ?

In sintesi una "fallacia" logica.

In questa teoria gravitazionale il peso di un corpo sulla Terra è dovuto a una forza compressiva distribuita lungo superfici equipotenziali, dalla ionosfera fino al nucleo, con pressioni tanto piu’ grandi quanto piu’ piccole sono le superfici.

Stefano Gusman

Gravitational waves

2010-01-14T01:02:00.000-08:00

Why a blog in topic with gravity nature ? Because Marius and I think that it is the mother of all the unanswered questions in cosmology.
In the blog we present a “non conventional” gravitational theory based on classic mechanical principles, on the model of that one theorized by Georges Louis Le Sage
http://en.wikipedia.org/wiki/Le_Sage in the half of XVIII century. Particularly, as we’ll see in the next articles, turns out basic the concept of gravity as a compressing force. The goal is to substitute the "unnatural" concepts of "remote action" or space time curvature with a less "metaphysical" model.
In the theory gravitational waves, thought by General Relativity as space time perturbations, are pressing waves of electromagnetic nature in an euclideus three dimensional space. The appearing of reciprocal attraction between two masses in reality turns out to be a simple effect of mutual shield from the waves given by the masses with consequent “decompression” of the surfaces and relative tidal effects.

Earth and Moon, for example, are both subject to a gravitational flow directed towards their internal. The flow is made up by perturbation created by their masses in a space set up by sinusoidal transversal and symmetrical waves that generate, by interference, stationary ones. The first waves, no more balanced, spreads from external to internal of the masses. The flow is proportional to the matter density. Consequently to the "shielding effect" Moon tends to be pushed towards Earth and vice versa. The orbital motion re balances the system.

Interferometers try to detect here on the Earth the waves generated by far highly perturbed systems as those ones of supermassive celestial bodies. Really the same waves would be present also in weakly perturbed systems as the Earth - Moon one. The reason for which these systems are not taken in consideration is that the gravitational “signal” would be too much weak. Moreover anomalies of trajectories of extrasolar space probes Pioneer suggest that effective intensity and range of action of gravitational waves are, probably, bigger than the theoretical ones. Then, if really gravitational waves would be pressing waves, at their passing everything (interferometers including), would be affected by an elastic deformation with the result that, from the “before” to the “after” of the passage, for the instrument wouldn't be any difference. This is the reason for which, for this kind of waves, could be much useful an high sensitive seismograph mounted on gimbals and placed in orbit (for example on SSI), so as not detect the Earth's microseismic events.

Stefano Gusman

Onde gravitazionali

2010-01-14T01:01:00.000-08:00

Perché un blog “tematico” sulla natura della forza di gravità ? Perché io e Marius pensiamo che sia la madre di tutte le domande senza risposta della fisica cosmologica. Nel blog presentiamo una teoria della gravitazione “non convenzionale” basata su principi meccanici classici, sul modello di quella teorizzata da Georges Louis Le Sage
http://en.wikipedia.org/wiki/Le_Sage
alla metà del XVIII secolo.
In particolare, come si vedrà nei successivi articoli, risulta basilare il concetto di gravità intesa come forza compressiva.
L'obiettivo è quello di sostituire i "controintutivi" concetti di azione "a distanza" o curvatura dello spazio tempo, con un modello meno "metafisico"
Nella teoria le onde gravitazionali http://it.wikipedia.org/wiki/Onda_gravitazionale , intese dalla Relatività Generale quali perturbazioni dello spazio – tempo, sono onde di pressione di natura elettromagnetica di un normale spazio tridimensionale.
L’effetto di reciproca attrazione tra due masse risulta, in realtà, essere un semplice effetto di mutua “schermatura” dalle onde con conseguente “decompressione” delle superfici affacciate e relativi effetti mareali.

Terra e Luna, per esempio, sono entrambe soggette a un flusso gravitazionale diretto verso il loro interno. Il flusso è originato dalla perturbazione creata dalle loro masse in uno spazio costituito da onde sinusoidali trasversali simmetriche che generano, per interferenza, onde stazionarie. Le prime, non piu’equilibrate, si propagano dall’esterno verso l’interno delle masse. Il flusso è proporzionale alla densità di massa. Conseguentemente all'effetto di schermatura, la Luna tende ad essere spinta verso la Terra e viceversa. Il moto orbitale riequilibra il sistema. La Luna, schermando parte della forza comprimente e causando una decompressione sulla terra, genera l’effetto di marea.

Gli interferometri cercano di rilevare le onde gravitazionali generate da sistemi estremamente lontani e altamente perturbati. In realtà le stesse onde dovrebbero essere presenti anche in sistemi debolmente perturbati come quello Terra – Luna. Il motivo per cui tali sistemi non vengono presi in considerazione è che il “segnale” gravitazionale sarebbe molto debole. Peraltro le anomalie rilevate nelle traiettorie delle sonde extrasolari Pioneer suggeriscono che l’intensità e il raggio di azione delle onde gravitazionali sono, probabilmente, maggiori di quelle teoriche.
Se, quindi, le onde gravitazionali fossero effettivamente onde di pressione al loro passaggio ogni cosa (interferometri compresi) subirebbe una deformazione elastica con il risultato che tra il prima e il dopo il passaggio per lo strumento non vi sarebbe alcuna differenza. A questo proposito segnalo il sito della Omirp che, addirittura, espone dei risultati sperimentali che sarebbero indizio di un segnale gravitazionale rilevato con un "ponte di Wheatstone". http://www.loscrittoio.it/Pages/AA-0407.html

Un sismografo ad altissima sensibilità, montato su sistema cardanico e piazzato in orbita, (ad es sulla SSI), in maniera da non rilevare la microsismicità terrestre, potrebbe essere il sistema adatto a rilevare tale tipo di onde.

Stefano Gusman

LHC - ALICE

2010-01-10T01:35:00.000-08:00

L’esperimento “Alice” http://www.infn.it/lhcitalia/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=3&Itemid=11 , programmato nell’ambito delle attività del Large Hadron Collider, prevede la collisione fra nuclei di atomi pesanti (Piombo) per rilevare un plasma di quark e gluoni. Nell’accezione comune del termine un plasma è uno stato della materia, elettricamente neutro nel suo complesso, costituito da elettroni e ioni, ma in questo caso la carica complessiva sarebbe quella fornita dalle cariche frazionarie, positive e negative, dei quark. La maniera di manifestarsi di tale plasma dovrebbe essere uno spettro di emissione continuo.
Nel modello atomico di Shroedinger la carica elettrica negativa dell’elettrone è dispersa in una “nuvola” di probabilità attorno al nucleo, in accordo con la doppia natura corpuscolare-ondulatoria dell’elettrone. Sarebbe allora lecito supporre che anche la carica elettrica positiva possa essere trasportata da un’onda, soprattutto in un plasma. Non ci sarebbe, allora, una netta linea di demarcazione fra due quark, fra un quark e un gluone, fra un protone e un elettrone. Un quark sarebbe costituito da onde ad altissima frequenza e confinato da uno spazio oscillante a frequenze ancora superiori. Si ipotizzi uno spazio costituito da onde trasversali sinusoidali con uguali ampiezza e frequenza, simmetricamente polarizzate che si propagano con velocità uguali e opposte. Tali onde potrebbero essere assimilate ai campi elettrico e magnetico di una radiazione, ma la spinta sarebbe equivalente a quella che si propaga su una corda. D’altronde le onde elettromagnetiche trasportano quantità di moto e momento angolare. Tali onde genererebbero per interferenza onde stazionarie, senza propagazione di energia, ma soltanto presenza di energia potenziale tanto piu’ elevata quanto maggiore fosse la frequenza.
Quando una massa dovesse rompere questa simmetria dello spazio oscillante alcuni treni d’onda comincerebbero a propagarsi creando una pressione sulla superficie della massa stessa. Per ovvie ragioni due masse sarebbero spinte l’una verso l’altra. Questa potrebbe essere una possibile spiegazione dell’effetto Casimir e dell’energia “di punto zero”. La struttura “fine” della materia sarebbe uno spazio caratterizzato da un’energia “specifica” espressa in Joule/m^3 (che non per caso sono le dimensioni anche di una pressione espressa in Pascal), proporzionale alla frequenza delle oscillazioni. In questo tipo di spazio un quark sarebbe inevitabilmente compresso e due quark fortemente compressi l’uno contro l’altro, dando ragione delle interazioni nucleari “forti” previste dal modello standard. Per non collassare il quark deve opporre una sufficiente quantità di energia cinetica fornita dalle oscillazioni interne.
La rottura dei componenti del nucleo atomico porebbe rompere anche questi equilibri per cui da un lato si avrebbe il rilascio dell’energia interna dei quark non piu’ confinata, come avviene per il rilascio di una molla compressa e dall’altro si avrebbe un flusso di onde di energia diretto verso lo spazio lasciato libero dai quark, con la possibile creazione di mini buchi neri che, rapidamente, evaporerebbero (emetterebbero, cioe’, la cosiddetta radiazione di Hawking http://it.wikipedia.org/wiki/Radiazione_di_Hawking ), in quanto accumulerebbero molta energia in un volume ristretto e dovrebbero rilasciarne una parte per ristabilire l’equilibrio con lo spazio circostante.
Anche nel modello standard http://it.wikipedia.org/wiki/Modello_standard avremmo, cosi’, un reale continuo fisico come quello inizialmente pensato da Einstein per la sua teoria gravitazionale. Il campo di Higgs http://it.wikipedia.org/wiki/Meccanismo_di_Higgs sarebbe equivalente al campo gravitazionale, ma senza bosoni, bensì con un solo tipo di materia oscillante a frequenze differenti, in accordo con il principio di indeterminazione di Heisemberg che impedisce di stabilire con precisione la posizione e la quantità di moto di una particella elementare. Non esisterebbe, quindi, alcuna singolarità, ma solo un normale spazio elastico tridimensionale in grado di espandersi o contrarsi a seconda delle necessità.

Nel 1936 il fisico Carl D. Anderson, alle prese con i raggi cosmici in cerca di tutt'altro, scoprì per caso il muone e subito dopo esclamò: "e questo qui, chi l'ha ordinato?" Quando i livelli di energia raggiunti in LHC saranno sufficientemente elevati le particelle rivelate dagli impatti saranno sempre piu' numerose e i fisici avranno sempre piu' difficoltà a trovare nuovi nomi da attribuirgli e sicuramente a qualcuno di loro sfuggirà un " e questi qui chi li ha ordinati ?". Alla fine, le particelle potrebbero non essere piu' distinguibili dal plasma di energia in cui fossero immerse (oppure non ci saranno abbastanza nomi astrusi da inventare).

Marius ed io pensiamo, invece, che Alice fornirà indizi utili a definire la reale struttura fine dello spazio fisico che un tempo era chiamato etere.

Stefano Gusman

ALICE

2010-01-08T23:47:00.001-08:00

The “Alice” experiment, projected in Large Hadron Collider, involves the collision between heavy nucleus (Pb) to detect a quark – gluon plasma. In the common meaning the plasma is a state of matter, electrically neutral, composed by electrons and ions, but in this case the total charge would be made up by the fractional charges, positive and negative, of the quarks. The main of this plasma to show itself would have to be a continuous spectre of emission.
In the Shroedinger’s atomic model the position of electronic negative charge around the nucleus is scattered in a “cloud” of probability, in agreement with its double nature, point/bullet – wave. So if the electric negative charge can be a wave the positive one could be a wave too aboveall in a plasma. Then there wouldn’t be a definied boundary between two quarks or a quark and a gluon, and so between proton and electron. A quark would be made up by waves with highest frequency and confined by a swinging space with higher frequency to retain them.
Let’s suppose a space set up by transversal sinusoidal waves with same frequency and size, simmetrically polarized, propagating with equals and opposite speed. These ones could be like the fields B and E of electromagnetism, but the thrust would be equivalent to the one that spreads on a cord. Otherwise e.m. waves transport motion quantity and angular moment. Interfering these waves would create stationary ones, without propagation of energy, but only potential one, as bigger as higher the frequency. When a mass would break this simmetry some train of waves would start to propagate and would create a radiant pressure on the mass surface. With obvious considerations two masses would be pushed one towards the other. This would be a possibile explanation of Casimir effect and “zero point” energy. The fine structure of matter could be an “energetic” space characterized by a specific energy, expressed in Joule /m^3 (that are, not for the chance, the dimensions of a pressure expressed in Pascal), proportional to the frequency of oscillations. In this kind of space a mass like a quark would be comprexed on its surface and two quarks pushed one towards the other like happens with "strong nuclear interaction" of standard model.To not collapse the quark would contain a sufficient kinetic energy given by internal waves too.
The break of atomic components of the nucleus would break this balance too so, by one side there would be a release of the internal energy of the quarks like in comprexed springs, by the other side trains of waves would spread towards the spaces leaved by the quarks in possible mini black holes that would quickly evaporate giving out Hawking’s radiation because would accumulate much energy in a little space and would have to release a share of it to re-establish the balance with the surrounding space.
So we should have also in the Standard Model a real "continuum" like Einstein thought, in a first time, for his gravitational theory.
The Higg’s field would be the same thing then the gravity field, without bosons but only one kind of matter swinging in different frequencies, in agreement with Heisemberg’s principle that forbid to locate with precision the position and the motion quantity of a particle. There wouldn’t be any singularity, but a normal 3d elastic space able to expand or contract itself in chance of need.

In 1936 physicist Carl D. Anderson, while he was working with cosmic rays looking for quite another thing, discovered, for the chance, the muon and soon after said : "who's booked this one?". When LHC will achieve sufficient energy particles detected by impacts will be more and more numerous and physicists will be in trouble to name them and sure someone of them would say : "who's booked these ones?". At the end particles could be no more visible separated from energetic plasma in wich they would be contained (otherwise there will be not enough strange names).

Marius and I think that Alice will give a sign of the real fine structure of physical space that one time was called aether.

Stefano Gusman

"pushing" gravity

2010-01-03T03:47:00.000-08:00

In General Relativity space time is curved by matter ; so it’s been definitively abandoned the vision of gravity as a force generated by a mass, as for the common thought is.
From elsewhere it’s been created the “dark energy” to justify observations showing galaxies with relative speed growing.
But why the attribute dark ? Because this “substance” can't be observed if not by the effects that it produces. But also an electromagnetic radiation with highest frequency couldn’t show itself to the ordinary instruments of measure. And then why to dislocate this energy where it’s much useful to explain unusual gravitational effects, when it would be much more logic to think it uniformely distributed in all the universe, being probably these unknown effects visible also by an hypothetical observer standing in our Hubble’s horizon ?
E.M. radiation is the only known thing that can apply pressure on a surface in empty space.
I think to a normal 3d space that, in symmetric conditions, is perfectly balanced, being set up by transversal sinusoidal waves, symmetrically polarized, interfering with opposite directions and same speed, size and frequency. These waves would generate standing ones without propagation of energy, but only potential one. We would have, in a normal 3d space, a vibrant frame, but when a mass would break this vacuum symmetry some waves trains could spread transporting motion quantity and angular moment as electromagnetic waves do and causing a radiant pressure on masses surfaces. This phenomenon could exists since from the size of matter “fine structure”, but not instrumentally visible if not when waves length is close to the gamma rays one. Then not sub atomic particles, but only one kind of matter swinging with different frequencies and only one force.
This is a possible explanation of Casimir effect, because in this kind of “energetic space" a mass would be compressed and two masses would be pushed one towards the other.
The same force could explain strong interaction between quarks in atomic nucleus where waves length is smaller, but higher frequency and so energy.
In the same way gravity would be a compressive force and movement of galaxies, stars and planets, as sub atomic particles, would be the result of not compensated Poynting vectors in a kind of “hydrodynamic space".
By the other side a single object with equatorial diameter bigger than, about, 200 Km assumes, not for the chance, a spherical configuration, because the sphere is the geometric volume better balanced by external forces (as a sphere submerged in the water). Probably, in the origin, it was a disorganized quantity of matter that surrounding universe has conformed to the spherical configuration, like a press.
In this kind of space every object “floats or proceeds of rectilinear uniform movement, since an external cause disrupts this state” The external cause could be, for example, a second object that moves a volume of balancing space in analogy with Archimede’s law.
As in mechanical sciences, when the polygon of forces is not closed, the two objects are pushed one towards the other and not collide only if they have sufficient motion quantity to balance the thrust of surrounding space.
The orbital motion would be the consequence of the system rebalancing like electron around atomic nucleus does.
I propose some simple and much approximated gravitational models for some internal planets of solar system and Iupiter, to better explain these concepts.
Let’s considerate the system Earth – Sun and suppose to send away Earth from “Roche’s limit ray” of the Sun (the minimum orbital ray that Earth could have had in the past without be destroyed by gravity of the sun), since to the actual orbit.
Dates available are the following ones :
• MT : Earth’s mass = 5,976 x 10^24Kg ;
• RS : Sun’s equatorial ray = 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : Sun’s mass nearly 330.000 MT = 1,97 x 10^30Kg ;
• G : universal gravitational constant = 6,67259 x 10-11 m^3 Kg^-1 sec^-2;
• RLim. : Roche’s limit ray = 2,86 x RS nearly 2.000.000.000 m ;
• Rm. : actual medium Earth’s orbital ray = 150.000.000 Km = 150.000.000.000 m ;
• SP : “Planck’s space” = 1,616 x 10^-35m
Supposing Earth’s mass concentrated in a point and dividing the distance Rm. - RLim. in Planck’s spaces (the minimum dimension of a volume that theoretically can contain energy) we obtain : np = Rm. - RLim./ SP = 9,15 x 10^45 that are the quantums of energy aging against the sending away of the Earth from the Sun.
Then radiant energy is : E = np x h x v, with h = 6,626 x 10^-34 Joule sec Planck’s constant and ν frequency of radiation.
The variation of potential energy is : DU = G x MS x MT x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 3,87 x 10^35Joule, so making equal the two terms we obtain v = 6,38 x 10^22 Hz, that is a frequency in the share of spectre of gamma rays.

With the same method let’s try with system Sun – Venus :
• MV : Venus’s mass nearly 81,5 % MT = 4,87 x 10^24Kg ;
• RS : Sun’s equatorial ray = 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : Sun’s mass nearly 330.000 MT = 1,97 x 10^30Kg ;
• G : universal gravitational constant = 6,67259 x 10-11 m^3 Kg^-1 sec^-2;
• RLim. : Roche’s limit ray = 2,86 x RS nearly 2.000.000.000 m ;
• Rm. : actual medium Venus’s orbital ray nearly 108.000.000 Km = 108.000.000.000 m ;
• SP : “Planck’s space” = 1,616 x 10^-35m
Variation of potential energy is : DU = G x MS x MV x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 3,14 x 10^35 Joule.
Let us divide distance Rm. - RLim. in Planck’s spaces : np = Rm. - RLim./ SP = 6,56 x 10^45.
Then frequency of radiation is v = 7,22 x 10^22 Hz.

Then let’s try with system Sun Mars :
• MM : Mars’s mass nearly 10,74 % MT = 6,42 x 10^23Kg ;
• RS : Sun’s equatorial ray = 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : Sun’s mass nearly 330.000 MT = 1,97 x 10^30 Kg ;
• G : universal gravitational constant = 6,67259 x 10-11 m^3 Kg^-1 sec^-2;
• RLim. : Roche’s limit ray = 2,86 x RS nearly 2.000.000.000 m ;
• Rm. : actual medium Mars’s orbital ray nearly 230.000.000 Km = 230.000.000.000 m ;
• SP : “Planck’s space” = 1,616 x 10^-35m
Variation of potential energy is : DU = G x MS x MM x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 3,2 x 10^34 Joule.
Let us divide distance Rm. - RLim. in Planck’s spaces : np = Rm. - RLim./ SP = 1,41 x 10^46
In this case frequency is v = 3,42 x 10^21 Hz.

At last let’s analyze system Sun Iupiter. As usual, dates avalaible are :
• MI : Iupiter’s mass nearly 1,90 x 10^27Kg ;
• RS : Sun’s equatorial ray = 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : Sun’s mass nearly 330.000 MT = 1,97 x 10^30Kg ;
• G : universal gravitational constant = 6,67259 x 10-11 m^3 Kg^-1 sec^-2;
• RLim. : Roche’s limit ray = 2,86 x RS nearly 2.000.000.000 m ;
• Rm. : actual medium Iupiter’s orbital ray nearly 778.330.000 Km = 778.330.000.000 m ;
• SP : “Planck’s space” = 1,616 x 10 ^-35m
Variation of potential energy is : DU = G x MS x MI x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 1,2 x 10^38 Joule.
Let us divide distance Rm. - RLim. in Planck’s spaces : np = Rm. - RLim./ SP = 4,8 x 10^46.
Frequency of radiation is v = 3,77 x 10^24 Hz.

Telescope LAT, on board of Fermi satellite, is able to detect photons from 20 MeV to over 300 GeV, with order of size of frequencies since over 10^25 Hz.

We can resume all this with relation : n h ν = DU with obvious meaning of symbols.

Stefano Gusman

Gravità e pressione di radiazione

2009-04-18T09:03:00.000-07:00

La forza di gravità è la piu’ evidente e allo stesso tempo misteriosa esistente in natura. Fino ad oggi la legge della gravitazione universale e, successivamente, la relatività si sono limitate alla descrizione del fenomeno. In particolare in relatività generale, per spiegare la presenza di un campo di forza gravitazionale nello spazio, si assume che lo spazio – tempo venga incurvato dalla presenza di massa. Questo ente puramente geometrico (lo spazio – tempo appunto) verrebbe, dunque, a deformarsi secondo linee di minima distanza dette geodetiche.
E’ stato, quindi, da tempo abbandonato il concetto di gravità quale forza generata da una massa, in favore di un "arcano" ente "non fisico" che, tuttavia, si deforma.
Ultimamente è stato introdotto il concetto di “energia oscura” per giustificare il comportamento gravitazionale di remoti corpi celesti con velocità relative crescenti. Concetto, anche questo, astratto e nebuloso, propedeutico a far “tornare i conti” dove questi palesemente non tornano.
Ma perché l’attributo “oscura”? Perché questo ente non puo’ essere rilevato se non indirettamente, attraverso gli effetti che produce.
Ma anche una radiazione elettromagnetica ad altissima frequenza non si rileverebbe con gli ordinari strumenti di misura.
E poi perché pensare di dislocare l’energia oscura nelle regioni di spazio dove ci fa più comodo per spiegare anomali effetti gravitazionali, quando sarebbe molto più logico pensarla uniformemente distribuita nel cosmo, dal momento che un ipotetico osservatore posto nel nostro “orizzonte di Hubble”, probabilmente, noterebbe le stesse anomalie ?
L’unica forza realmente esistente in natura, nello spazio “vuoto”, in grado di trasmettere quantità di moto e momento angolare è la forza elettromagnetica.
Si pensi a un normale spazio tridimensionale costituito da onde sinusoidali, simmetricamente polarizzate, che si propagano in versi opposti con uguali ampiezza e frequenza. Sovrapponendosi tali onde darebbero luogo ad onde stazionarie che non mostrerebbero alcuna propagazione, ma solo un'oscillazione armonica di ciascun punto dello spazio occupato. Quando, pero', la presenza di massa dovesse interrompere questa simmetria alcuni treni di onde comincerebbero a propagarsi traportando le relative oscillazioni e liberando, cosi', energia cinetica. Lo spazio occupato dalla massa risulterebbe, quindi, il luogo di convergenza di un flusso di onde gravitazionali che genererebbero una "pressione di radiazione" su tutta la superficie di separazione tra la massa e lo spazio circostante. Così, per esempio, una massa sferica sarebbe nient’altro che una sfera compressa. Non a caso nello spazio un oggetto di diametro superiore approssimativamente a 200 Km, assume la conformazione sferica in quanto la sfera è la forma geometrica che meglio ripartisce le forze agenti su di essa.
Probabilmente, in origine, esistevano forme di materia “disorganizzata” allo stato semifluido che, successivamente, lo spazio circostante ha modellato secondo la conformazione sferica, come una pressa.
La gravità sarebbe, dunque, una forza di compressione e il moto di galassie, stelle e pianeti sarebbe dovuto all’azione di vettori di Poynting (rappresentativi dell’energia di moto trasportata da una radiazione elettromagnetica) non equilibrati, in una sorta di spazio “idrodinamico”.
In tale tipo di spazio un oggetto “persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme fino a che una causa esterna non interviene su di esso” in quanto la risultante dei vettori di Poynting agenti su di esso è pressocchè nulla.

La “causa esterna”, allora, potrebbe essere un secondo oggetto che, in analogia al principio di Archimede, sottragga un certo volume di spazio “energetico”. A questo punto la forza di attrazione gravitazionale sarebbe il risultato dell’azione dello spazio circostante non più equilibrato da quello sottratto dalle masse.

Come per la meccanica classica, quando il poligono funicolare dei vettori di Poynting non si chiude, i due oggetti sono spinti l’uno verso l’altro a meno che non abbiano un sufficiente contenuto di energia cinetica per bilanciare tale spinta. Il risultato è, appunto, il moto orbitale.

Nell’ipotesi, quindi, di avere un siffatto tipo di spazio il moto di rivoluzione di un satellite sarebbe equipollente all'azione di "confinamento energetico" delle correnti di energia gravitazionale convogliate verso la massa attraente, che contrastano l'allontanamento del satellite causato dall'energia cinetica di fuga.
Ecco alcuni esempi di sistemi orbitali cui vengono applicati i concetti precedentemente esposti.
Cosideriamo, ad esempio, il sistema Sole – Terra.
I dati disponibili sono :
• MT : massa della Terra = 5,976 x 10^24 Kg ;
• RS : raggio equatoriale del Sole = 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : massa del Sole, pari a circa 330.000 MT = 1,97 x 10^30 Kg ;
• G : 6,67259 x 10^-11 m^3 Kg^-1 sec^-2 ;
• RLim. : “raggio limite di Roche” http://it.wikipedia.org/wiki/Limite_di_Roche, ovvero minimo raggio dell’orbita che la Terra delle attuali dimensioni puo’ avere assunto in passato senza essere distrutta dalle forze di "marea" della gravità solare = 2,86 x RS , pari a circa 2.000.000.000 m ;
• Rm. : attuale raggio medio dell’orbita terrestre = 150.000.000 Km = 150.000.000.000 m ;
• SP : “spazio di Planck” = 1,616 x 10^-35 m (minima dimensione di un volume in cui, teoricamente, puo' essere contenuta energia).
Considerando puntiforme la massa della Terra e supponendo di allontanarla dall’orbita di Roche del Sole fino a quella attuale, si ottiene una variazione di energia potenziale gravitazionale pari a : DU = G x MS x MT x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 3,87 x 10^35 Joule.
Dividendo la distanza Rm. - RLim. in spazi di Planck si ottiene : np = Rm. - RLim./ SP = 9,15 x 10^45, che è il numero di quanti di energia che si oppongono all’allontanamento della Terra dal Sole.
L’energia radiante associata a tali spazi puo’ essere calcolata con la formula : E = np x h x ν essendo h = 6,626 x 10^-34 Joule sec la costante di Planck e ν la frequenza della radiazione. Uguagliando i due termini si ottiene : DU = n h v, da cui v = 6,38 x 10^22 Hz, frequenza che ricade nella porzione di spettro dei raggi gamma.

Utilizziamo lo stesso metodo nel sistema Sole - Venere :
• MV : massa di Venere circa 81,5 % MT = 4,87 x 10^24 Kg ;
• RS : 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : 1,97 x 10^30 Kg ;
• G : 6,67259 x 10^-11 m^3 Kg^-1 sec^-2 ;
• RLim. : “raggio limite di Roche” = 2,86 x RS , pari a circa 2.000.000.000 m ;
• Rm. : attuale raggio medio orbitale di Venere : 108.000.000 Km = 108.000.000.000 m ;
• SP : “spazio di Planck” = 1,616 x 10^-35 m.
La variazione del potenziale gravitazionale è : DU = G x MS x MV x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 3,14 x 10^35 Joule.
Divisa la distanza Rm. - RLim. in spazi di Planck : np = Rm. - RLim./ SP = 6,56 x 10^45 e posto DU = n h v risulta v = 7,22 x 10^22 Hz.

Allo stesso modo nel sistema Sole – Marte abbiamo :
• MM : massa di Marte circa pari a 10,74 % MT = 6,42 x 10^23 Kg ;
• RS : 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : 1,97 x 10^30 Kg ;
• G : 6,67259 x 10^-11 m^3 Kg^-1 sec^-2;
• RLim. :2.000.000.000 m ;
• Rm. : 230.000.000 Km = 230.000.000.000 m ;
• SP : 1,616 x 10^-35 m
La variazione del potenziale gravitazionale è : DU = G x MS x MM x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 3,2 x 10^34 Joule ; np = Rm. - RLim./ SP = 1,41 x 10^46.
La frequenza dell’energia radiante è, in questo caso, 3,42 x 10^21 Hz.

Infine analizziamo il sistema Sole – Giove :
• MG : massa di Giove circa pari a : 1,90 x 10^27 Kg ;
• RS : 700.000 km = 700.000.000 m ;
• MS : 1,97 x 10^30 Kg ;
• G : 6,67259 x 10-11 m^3 Kg^-1 sec^-2;
• RLim. : 2.000.000.000 m ;
• Rm. : 778.330.000 Km = 778.330.000.000 m ;
• SP : 1,616 x 10^-35 m
La variazione del potenziale gravitazionale è : DU = G x MS x MG x (1/ RLim. – 1/ Rm.) = 1,2 x 10^38 Joule ; np = Rm. - RLim./ SP = 4,8 x 10^46 e la frequenza dell’energia radiante è v = 3,77 x 10^24 Hz.

Il telescopio LAT, a bordo del satellite Fermi, è capace di rivelare
fotoni da 20 MeV a oltre 300 GeV, con ordine di grandezza delle frequenze oltre i 10^25 Hz.

Alla fine possiamo riassumere tutto in questa semplice relazione :

n h ν = DU,

con ovvio significato dei simboli.

Fantascienza? Forse no. Esiste un noto effetto fisico, l’effetto Casimir http://www.arrigoamadori.com/lezioni/Miscellanea/EffettoCasimir.htm, che potrebbe confermare questa teoria. L’effetto Casimir si manifesta come una piccola forza attrattiva che agisce tra due lamelle piane metalliche non cariche, vicine e parallele. Questo effetto è stato predetto nel 1948 dal fisico olandese Hendrick Casimir e verificato sperimentalmente dopo circa cinquant’anni.
Esso rappresenta la prova sperimentale di quell’energia del vuoto invocata dai cosmologi per spiegare l’accelerazione dell’espansione dell’universo inaspettatamente scoperta negli ultimi anni.

Stefano Gusman