Gravità e pressione di radiazione

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” , 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 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