Relatività Speciale : l’ orologio “a luce”.
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. 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.
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.
Alla domanda se la contrazione della lunghezza e la dilatazione del tempo siano o meno reali i fisici teorici rispondono che : “in fisica è reale cio’ che è misurabile”.
Dalla Relatività Speciale alla Relatività Generale .
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 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).
E’ questo il principio fondamentale della Relatività Generale : la forza peso deriva dalla curvatura indotta dalle masse nello spazio – tempo.
Nel "Global Position System" (GPS) 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.
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).
E’ questo il principio fondamentale della Relatività Generale : la forza peso deriva dalla curvatura indotta dalle masse nello spazio – tempo.
Nel "Global Position System" (GPS) 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.
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'nvarianza del termine:
ds^2 = -(dx1)^2 -(dx2)^2 -(dx3)^2 +(dx4)^2 ,
dove, ovviamente, il dx4 = cdt.
"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'nvarianza del termine:
ds^2 = -(dx1)^2 -(dx2)^2 -(dx3)^2 +(dx4)^2 ,
dove, ovviamente, il dx4 = cdt.
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.
Peso e curvatura dello spazio - tempo.
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.
La Relatività Generale generalizza ed estende la Relatività Speciale
ai sistemi non inerziali sotto il postulato del moto di caduta libera dei corpi
: "in regioni indefinitamente piccole dello spazio - tempo per le quali
sia possibile un'accelerazione del sistema di coordinate tale che non sia
indotto alcun campo gravitazionale, vale ancora la RS e, cioe', l'invarianza del
termine ds^2 = - (dx1)^2 - (dx2)^2 - (dx3)^2 + (cdt)^2.
Per quanto sopra tutti gli effetti di curvatura dello spazio - tempo tra due
sistemi di riferimento distinti e non inerziali in moto relativo uno rispetto
al'altro si manifestano e sono osservabili solo dall’uno nell’altro e viceversa.
In RG la forza di gravità dipende dall'accelerazione
indotta in una massa dalla curvatura dello spazio – tempo circostante generata
da un'altra massa. Il peso della massa in caduta libera sarebbe, quindi, una
forza apparente di origine elettromagnetica (repulsiva tra nubi elettroniche)
dovuta all'opposizione di una superficie a tale moto. Quindi anche il peso di
un uomo sulla terra sarebbe dovuto a questa accelerazione (potenziale) indotta
dalla curvatura prodotta nello S – T dal centro di massa della terra. Ma si è
detto che la curvatura si manifesta solo tra sistemi non inerziali in moto
relativo l'uno rispetto all'altro quindi, in realta', per la stessa RG noi
non dovremmo avvertire alcun peso. In un sistema di riferimento stazionario
rispetto al centro di massa della terra, quale quello solidale a un uomo con i
piedi ben piantati per terra, non esiste alcuna traiettoria cinematica e,
quindi, nessuna derivata prima e seconda. L'accelerazione viene aggiunta in un
secondo momento sulla base di un presunto moto (potenziale) di caduta libera,
ma si tratta di un mero artificio matematico che vale quanto la Legge di Newton che, forse,
applicando il teorema del guscio
sferico spiega anche meglio come si sviluppa la gravita' all'interno della
superficie terrestre e perché al centro della terra essa valga zero.
Il postulato del moto di caduta libera è, quindi, un artificio volto a consentire la preventiva curvatura dello spazio - tempo per applicare il formalismo matematico che regge tutta la RG.
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.
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 accade 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.
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.
Fisica delle “alte energie” e gravità.
Nella teoria delle stringhe le stringhe 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 non inferiore a 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 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. Tale fenomeno potrebbe avvenire anche alle scale di Planck, sul modello del diagramma di Feynman relativo all’interazione in elastica di fotoni gamma nel vuoto tramite creazione e successivo annichilamento di coppie elettrone – positrone, sostituendo alle coppie e+ e- un’interazione diretta.
L’obiettivo è dimostrare che è possibile la seguente posizione : DU = nhv, dove DU = G x M1 x M2 x (1/ Rb -1/Ra), con :
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, 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. Tale fenomeno potrebbe avvenire anche alle scale di Planck, sul modello del diagramma di Feynman relativo all’interazione in elastica di fotoni gamma nel vuoto tramite creazione e successivo annichilamento di coppie elettrone – positrone, sostituendo alle coppie e+ e- un’interazione diretta.
L’obiettivo è dimostrare che è possibile la seguente posizione : DU = nhv, dove DU = G x M1 x M2 x (1/ Rb -1/Ra), con :
– M1 : massa che genera un campo gravitazionale ;
– M2 : massa puntiforme che lascia l’orbita interna attorno a M1 di raggio Ra, per passare all’orbita esterna di raggio Rb ;
– SP : “spazio di Planck” = 1,616 x 10^-35m ;
– np = (Rb – Ra) / SP : numero dei piu’ piccoli “tubi di flusso” gravitazionale ;
– DU = variazione del potenziale gravitazionale.
Per la Terra, Marte, Venere e Giove, rispetto al Sole si ricavano valori di frequenza variabili tra 10^21 e 10^24 Hz, che è il "range" di frequenza di fotoni gamma ad alta energia.
Conclusioni
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.
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).
È la massa delle particelle mediatrici, infatti, a determinare il raggio d'azione dell'interazione, rispetto al quale è in rapporto di proporzionalità inversa (vedi teoria di Yukawa ), raggio di azione che, nel caso dell'interazione nucleare forte è estremamente breve. Quindi se la massa a riposo dei gluoni fosse nulla, come nel caso del fotone e del gravitone (che ricordiamo essere le particelle mediatrici rispettivamente della forza elettromagnetica e della gravitazione), il raggio di azione della forza sarebbe infinito.
Il “confinamento” dei quark è, allora, 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 (ipotesi di De Broglie) , nel quale i quark sono "immersi" e che agisce anche dall'esterno.
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.
Ma "cosa" puo' agire dall'esterno e confinare i quark nei protoni ?
Nel famoso esperimento "Hafele Keating" gli orologi che erano stati in volo segnarono un lieve ritardo rispetto a quelli rimasti a terra. Cio', secondo la RS, è dovuto al fatto che la desincronizzazione temporale, a differenza della contrazione relativa delle lunghezze, determina l'accumulo del ritardo degli orologi nelle fasi di moto inerziale, per poi sparire al cessare del moto relativo.
Tutto questo farebbe pensare all'esistenza di un sistema di riferimento assoluto del quale il tempo è una variabile di una "funzione di stato". Tale sistema potrebbe essere la luce stessa, in quanto perfettamente inerziale. La velocità della luce sarebbe la caratteristica potenziale (o "intrinseca") di onde stazionarie di cui è composto tale sistema di riferimento fisso, che si esplica quando una massa ne perturba la simmetria e, per il meccanismo dello "shielding effect" descritto nella MT (gravità compressiva alla Le Sage - Fazio) libera le onde (e quindi l'energia da esse trasportata) dall'interferenza distruttiva che ne impedisce il moto....A questo punto, come peraltro Einstein stesso pensava, il tempo non sarebbe piu' distinguibile da una lunghezza e, poichè una lunghezza (o una distanza) si accorciano o si dilatano solo se sono fatti di materia, il tempo stesso sarebbe materia e la curvatura dello spazio tempo niente altro che curvatura di materia/energia in uno spazio fisico euclideo in tre dimensioni.
Senza materia spazio e tempo sono soltanto categorie del pensiero umano, quindi :
Spazio = Energia = Massa = Materia.
Il sistema di riferimento assoluto dovrebbe essere a-temporale e, quindi, privo di mutazioni (o variazioni di stato), uniforme, illimitato, isotropo, omogeneo, una "matrice" che svolgerebbe le funzioni di "onda pilota" alla D. Bhom. Geometricamente potrebbe essere descritta come una varietà tridimensionale costituita da onde stazionarie a loro volta costituite dall'interferenza simmetrica di onde sferiche trasversali sinusoidali (solitoni) imbrigliate dall’interferenza come energia potenziale. Immergere anche un dito di materia in questa matrice comporterebbe, appunto, la rottura di simmetria e lo sprigionarsi di energia cinetica. Ovviamente tale fenomenologia esisterebbe anche al di sotto delle scale metriche di Planck. L'onda pilota potrebbe poi anche spiegare l'entanglement dei sistemi quantistici perchè essendo a-temporale potrebbe trasmettere istantaneamente le informazioni tra Alice e Bob.
Per il secondo principio della termodinamica non tutto il calore puo' essere trasformato in lavoro perche', al diminuire della temperatura del "fluido vettore", nel trasferimento di calore da una sorgente calda a una fredda, parte dell'energia si degrada e il rendimento del ciclo è <1). Se, allora, il tempo rappresenta solo la successione di stati della materia e non esistesse un osservatore "privilegiato" di tale successione e, quindi, una "freccoa del tempo", qualsiasi trasformazione termodinamica potrebbe essere teoricamente, reversibile e, su larga scala, (la scala di un universo statico e infinito, oltre che, come detto a- temporale nella sua "matrice), l'entropia sarebbe costante. La freccia del tempo sarebbe rilevabile nelle trasformazioni "locali", con entropia che apparentemente tende ad aumentare, solo perchè esiste questo sistema di riferimento perfettamente inerziale (l'etere statico) rispetto al quale è possibile apprezzare gli scarti temporali e le variazioni delle funzioni di stato.
I recenti clamorosi risultati dell'esperimento "Opera" svolto tra il CERN e il Gran Sasso, a oltre 11 Km di profondità sotto terra, accreditano fortemente la MT. Poiche', infatti, nessun oggetto massivo puo' superare la velocità della luce, non resta che ammettere che i neutrini abbiano preso una "scorciatoia". In pratica essi avrebbero "sottoattraversato" la "geodetica luce" impressa dalla gravità terrestre che avrebbero dovuto percorrere. Non essendo, quindi, le geodetiche le linee di minima distanza tra punti è evidente che non è la curvatura spazio - tempo a generare la forza di gravità, ma che essa è una forza attiva che agisce sulle masse di cui i fotoni, come i neutrini sarebbero dotati.
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 calorimetri), 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 sotto la 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 dovrebbe prevedere, per essere compatibile con il modello standard , anche quella delle particelle super simmetriche (SUSY) delle quali non c'è traccia. La conclusione del seminario svoltosi al CERN è stata che i dati suggeriscono la possibile esistenza del bosone di Higgs in quel range di massa/energia e ne escludono l'esistenza negli altri. La maggiore difficoltà sta proprio nel distinguere precisamente la singola particella dal rumore di fondo. Nei prossimi "run" di LHC che, entro la fine del 2012 raggiungeranno i Tev, la situazione dovrebbe chiarirsi ulteriormente.
La MT prevede che i "picchi statistici", come già si puo' cominciare a notare dal grafico, tenderanno ad appiattirsi ulteriormente assumendo andamenti "ondulati", a evidenziare la natura non localizzata delle particelle elementari, come da ipotesi di Louise De Broglie, e la loro appartenenza fisica ai campi di massa/energia (il campo di Higgs in questo caso).
In definitiva nella MT si conclude che poiche' la forza peso (ovvero, piu’ genericamente, la gravità), non è una forza attrattiva e non dipende dalla curvatura dello S – T, essa non puo’ che essere una forza attiva di natura compressiva (con tanto di modulo, verso e punto di applicazione), generata da un campo gravitazionale dinamico e non statico. Una prova indiretta di cio' sarebbe una diversa descrizione topologica delle particelle elementari, tra cui lo stesso Bosone di Higgs che rapresenterebbe uno stato di eccitazione di un campo di materia = massa/energia reale e non virtuale, responsabile della massa gravitazionale oltre che di quella inerziale.
Stefano Gusman.
Conclusioni
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.
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).
È la massa delle particelle mediatrici, infatti, a determinare il raggio d'azione dell'interazione, rispetto al quale è in rapporto di proporzionalità inversa (vedi teoria di Yukawa ), raggio di azione che, nel caso dell'interazione nucleare forte è estremamente breve. Quindi se la massa a riposo dei gluoni fosse nulla, come nel caso del fotone e del gravitone (che ricordiamo essere le particelle mediatrici rispettivamente della forza elettromagnetica e della gravitazione), il raggio di azione della forza sarebbe infinito.
Il “confinamento” dei quark è, allora, 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 (ipotesi di De Broglie) , nel quale i quark sono "immersi" e che agisce anche dall'esterno.
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.
Ma "cosa" puo' agire dall'esterno e confinare i quark nei protoni ?
Nel famoso esperimento "Hafele Keating" gli orologi che erano stati in volo segnarono un lieve ritardo rispetto a quelli rimasti a terra. Cio', secondo la RS, è dovuto al fatto che la desincronizzazione temporale, a differenza della contrazione relativa delle lunghezze, determina l'accumulo del ritardo degli orologi nelle fasi di moto inerziale, per poi sparire al cessare del moto relativo.
Tutto questo farebbe pensare all'esistenza di un sistema di riferimento assoluto del quale il tempo è una variabile di una "funzione di stato". Tale sistema potrebbe essere la luce stessa, in quanto perfettamente inerziale. La velocità della luce sarebbe la caratteristica potenziale (o "intrinseca") di onde stazionarie di cui è composto tale sistema di riferimento fisso, che si esplica quando una massa ne perturba la simmetria e, per il meccanismo dello "shielding effect" descritto nella MT (gravità compressiva alla Le Sage - Fazio) libera le onde (e quindi l'energia da esse trasportata) dall'interferenza distruttiva che ne impedisce il moto....A questo punto, come peraltro Einstein stesso pensava, il tempo non sarebbe piu' distinguibile da una lunghezza e, poichè una lunghezza (o una distanza) si accorciano o si dilatano solo se sono fatti di materia, il tempo stesso sarebbe materia e la curvatura dello spazio tempo niente altro che curvatura di materia/energia in uno spazio fisico euclideo in tre dimensioni.
Senza materia spazio e tempo sono soltanto categorie del pensiero umano, quindi :
Spazio = Energia = Massa = Materia.
Il sistema di riferimento assoluto dovrebbe essere a-temporale e, quindi, privo di mutazioni (o variazioni di stato), uniforme, illimitato, isotropo, omogeneo, una "matrice" che svolgerebbe le funzioni di "onda pilota" alla D. Bhom. Geometricamente potrebbe essere descritta come una varietà tridimensionale costituita da onde stazionarie a loro volta costituite dall'interferenza simmetrica di onde sferiche trasversali sinusoidali (solitoni) imbrigliate dall’interferenza come energia potenziale. Immergere anche un dito di materia in questa matrice comporterebbe, appunto, la rottura di simmetria e lo sprigionarsi di energia cinetica. Ovviamente tale fenomenologia esisterebbe anche al di sotto delle scale metriche di Planck. L'onda pilota potrebbe poi anche spiegare l'entanglement dei sistemi quantistici perchè essendo a-temporale potrebbe trasmettere istantaneamente le informazioni tra Alice e Bob.
Per il secondo principio della termodinamica non tutto il calore puo' essere trasformato in lavoro perche', al diminuire della temperatura del "fluido vettore", nel trasferimento di calore da una sorgente calda a una fredda, parte dell'energia si degrada e il rendimento del ciclo è <1). Se, allora, il tempo rappresenta solo la successione di stati della materia e non esistesse un osservatore "privilegiato" di tale successione e, quindi, una "freccoa del tempo", qualsiasi trasformazione termodinamica potrebbe essere teoricamente, reversibile e, su larga scala, (la scala di un universo statico e infinito, oltre che, come detto a- temporale nella sua "matrice), l'entropia sarebbe costante. La freccia del tempo sarebbe rilevabile nelle trasformazioni "locali", con entropia che apparentemente tende ad aumentare, solo perchè esiste questo sistema di riferimento perfettamente inerziale (l'etere statico) rispetto al quale è possibile apprezzare gli scarti temporali e le variazioni delle funzioni di stato.
I recenti clamorosi risultati dell'esperimento "Opera" svolto tra il CERN e il Gran Sasso, a oltre 11 Km di profondità sotto terra, accreditano fortemente la MT. Poiche', infatti, nessun oggetto massivo puo' superare la velocità della luce, non resta che ammettere che i neutrini abbiano preso una "scorciatoia". In pratica essi avrebbero "sottoattraversato" la "geodetica luce" impressa dalla gravità terrestre che avrebbero dovuto percorrere. Non essendo, quindi, le geodetiche le linee di minima distanza tra punti è evidente che non è la curvatura spazio - tempo a generare la forza di gravità, ma che essa è una forza attiva che agisce sulle masse di cui i fotoni, come i neutrini sarebbero dotati.
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 calorimetri), 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 sotto la 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 dovrebbe prevedere, per essere compatibile con il modello standard , anche quella delle particelle super simmetriche (SUSY) delle quali non c'è traccia. La conclusione del seminario svoltosi al CERN è stata che i dati suggeriscono la possibile esistenza del bosone di Higgs in quel range di massa/energia e ne escludono l'esistenza negli altri. La maggiore difficoltà sta proprio nel distinguere precisamente la singola particella dal rumore di fondo. Nei prossimi "run" di LHC che, entro la fine del 2012 raggiungeranno i Tev, la situazione dovrebbe chiarirsi ulteriormente.
La MT prevede che i "picchi statistici", come già si puo' cominciare a notare dal grafico, tenderanno ad appiattirsi ulteriormente assumendo andamenti "ondulati", a evidenziare la natura non localizzata delle particelle elementari, come da ipotesi di Louise De Broglie, e la loro appartenenza fisica ai campi di massa/energia (il campo di Higgs in questo caso).
In definitiva nella MT si conclude che poiche' la forza peso (ovvero, piu’ genericamente, la gravità), non è una forza attrattiva e non dipende dalla curvatura dello S – T, essa non puo’ che essere una forza attiva di natura compressiva (con tanto di modulo, verso e punto di applicazione), generata da un campo gravitazionale dinamico e non statico. Una prova indiretta di cio' sarebbe una diversa descrizione topologica delle particelle elementari, tra cui lo stesso Bosone di Higgs che rapresenterebbe uno stato di eccitazione di un campo di materia = massa/energia reale e non virtuale, responsabile della massa gravitazionale oltre che di quella inerziale.
Stefano Gusman.
Special Relativity : the "light clock"
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 when the observer in S station tries to make a measure of time with the light clock standing in S’, for him the clock moves with v speed so light covers, from departure to return, a zig zag line with lenght 2L greater then 2d.
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 when the observer in S station tries to make a measure of time with the light clock standing in S’, for him the clock moves 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 clock in movement (for S) is : T' = 2L/c > T0 . So the T’ period of clock on movement is greater then the one of the standing clock.
The passenger on board of the train can, for the same reason, say that the clock in the station is slower!
So 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
known as formula for time dilatation in the clocks on move.
From the (1), considering this time the light beam directed all along the direction of 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 light clock lenght contraction l, measured from the station all along the motion direction, respect to the effective length λ. The lenght contraction is perfectly symmetrical to the time dilatation.
So 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
known as formula for time dilatation in the clocks on move.
From the (1), considering this time the light beam directed all along the direction of 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 light clock lenght contraction l, measured from the station all along the motion direction, respect to the effective length λ. The lenght contraction is perfectly symmetrical to the time dilatation.
From Special Relativity to General Relativity.
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 is practically plane.
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).
In the “Global Position System”. temporal gaps of satellite signals send to 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 Earth. The other is due to GR that provides that clock on Earth is slower than the one in orbit on board of satellite. Adding the two gaps we obtain the right time correction 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 four dimensional space time infinitely small regions, for which is possible an acceleration of coordinates system in the way that doesen't be produced any gravitational field, remains valid restricted relativity, that is that the unchanging of this 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 misured between inertial systems, while in GR between not inertial ones. Really in each of them space doesn’t contract and time doesn’t expand that is in the “local system” space – time is plane.
Space time curvature and weight.
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.
General
Relativity generalizes and extends Special Relativity to non-inertial reference
systems under the assumption of bodies free fall motion : " in indefinitely small space - time regions in which it is
possible such coordinate system acceleration that is not induced any
gravitational field, is still valid RS that is the invariance of the term : ds
^ 2 = - (dx1) ^ 2 - (dx2) ^ 2 - (dx3) ^ 2 + (cdt) ^ 2.
As above all the effects of space - time curvature between two distinct and non-inertial reference systems, in relative motion with respect one to the other, occur and are observable only from one into the other and vice versa.
In GR gravity force depends on the acceleration induced in a mass by sourronding space - time curvature generated by another mass. , Therefore the free-falling mass weight would an apparent strength of electromagnetic origin (repulsive between electronic clouds) due to the opposition of a surface to such motion. So the weight of a man on Earth would be due to this potential acceleration induced by S - T curvature due by Earth center mass. But it was said that curvature occurs only between not-inertial systems moving relative each to the other so in reality, for the same GR, we should not feel any weight. In a stationary reference frame, with respect to the center of mass of the Earth, such as the one fixed to a man with his feet firmly on the ground, there is no kinematics trajectory and, therefore, no first and second derivatives. Acceleration is added at a later date on the basis of an alleged (potential) free fall motion but it is a mere mathematical artifice, and perhaps, applying spherical shelltheorem, law of Newton better explains how gravity develops under Earth's surface and why it is worth zero in the center.
Therefore free fall postulate is an artifice designed to enable the prior space - time curvature and apply the mathematical formalism that holds all GR.
As above all the effects of space - time curvature between two distinct and non-inertial reference systems, in relative motion with respect one to the other, occur and are observable only from one into the other and vice versa.
In GR gravity force depends on the acceleration induced in a mass by sourronding space - time curvature generated by another mass. , Therefore the free-falling mass weight would an apparent strength of electromagnetic origin (repulsive between electronic clouds) due to the opposition of a surface to such motion. So the weight of a man on Earth would be due to this potential acceleration induced by S - T curvature due by Earth center mass. But it was said that curvature occurs only between not-inertial systems moving relative each to the other so in reality, for the same GR, we should not feel any weight. In a stationary reference frame, with respect to the center of mass of the Earth, such as the one fixed to a man with his feet firmly on the ground, there is no kinematics trajectory and, therefore, no first and second derivatives. Acceleration is added at a later date on the basis of an alleged (potential) free fall motion but it is a mere mathematical artifice, and perhaps, applying spherical shelltheorem, law of Newton better explains how gravity develops under Earth's surface and why it is worth zero in the center.
Therefore free fall postulate is an artifice designed to enable the prior space - time curvature and apply the mathematical formalism that holds all GR.
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, however, 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 the 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 ; in fact 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".
Complex interferometers (VIRGO, LIGO) try to detect gravitational waves expected by Einstein’s theory. GW would be space time ruffles come since us from deep space and emitted by highly perturbed systems as the ones of binary stars , from pulsar or catastrofic events like supernovae. As far as now anything has been detected. Why ? Because if they would be really 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 impossibile.
But there is another question. Time is the human measure of matter state variation. For example 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.
High energy physics and gravity..
In the “string theory” 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 up energy, therefore particle become heavier. 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, and so that. However strings would have dimension with order of size around 10^-35 so, 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 not lower then 10^-12 m. Then how can a photon, also if it wuould be an highly energetic one, to be made up by strings vibrating in this way ? Where would go 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 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.
In the first case destructive interference could 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, as higher as bigger the frequency.
When a mass would break this simmetry of undulating space some trains of waves would start to propagate creating a pressure on the mass surface.
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 energy. This phenomenon could happen also to the Planck's sizes with highest frequencies waves interacting on the model of the Feynman diagram that shows: inelastic crash between photons in "vacuum", with creation and following annihilation of couples electron - positron, changing the couple e+ e- with a direct interaction..
The goal is to show that is possible this position : DU = nhv, where DU = G x M1 x M2 x (1/ Rb -1/Ra),with
– M1 : mass that creates a gravitational field ;
– M2 : point mass that lives orbit with ray Ra, to go to orbit with ray Rb ;
– SP : “Planck’s space” = 1,616 x 10^-35m ;
– np = (Rb – Ra) / SP : numbers of smaller cilindric gravitational “pipeflows" ;
– DU = variation of gravitational potential.
For Earth, Mars, Venus and Iupiter, respect to the Sun, are been found values of v variable from 10^21 to 10^24 Hz, almost that is the share of frequency of high energy gamma photons.
Conclusions.
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 famous experiment "Hafele Keating" the clocks that were been on flight marked a little delay compared to the ones that stayed on the ground. This, for Special Relativity, is due to the circumstance that temporal gap, differently than relative lenght contraction, generates the accumulation of clocks delay in the inertial phases of motion, and dissappears when movement stops.
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.
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).
Is the particle mass mediators, in fact, to determine the range of interaction, with which is compared to a ratio of inverse proportionality (see Yukawa theory), range that, in the case of the strong force is extremely short. So if the rest mass of gluons be void, as in the case of the photon and the graviton (mediators, respectively, of electromagnetic force and gravitation), the radius of action of the force would be infinite. Then the "confinement" of quarks is physically possible only assuming that they are "relocated" as matter waves, according to Louise 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" and 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.
But what thing can acts from outside to confine quarks in the proton ?
As just said in the famous experiment "Hafele Keating" the clocks that were in flight marked a slight delay compared to those standed. This', according to SR, is due to the fact that the desynchronization time, unlike the relative contraction of lengths, determines the accumulation of clocks late in the inertial phases of motion, and then disappear at the end of the relative motion.
This matter drives to think to an absolute reference system of which time is a variable of a "state function". This system could be the same light, that is perfectly inertial. Light speed would be the potential (or "intrinsic") feature of standing waves by wich is made up this fixed reference system, that gets out when a mass breaks its symmetry and, for "shielding effect", described in the MT (Le Sage - Fazio "pushing gravity"), sets the waves (and so the energy carried by the waves) free from destructive interference that forbids their motion. At this point, as Einstein thought, time wouldn't be discernible from lenghts and sin =ce lenghts (or distances) contract or expand only if they are made up from matter, the same time would be matter and space time curvature would be not else then matter/energy curvature in an euclideus physical tridimensional space.
Without matter space and time are only categories of human thought, so :
Space = Energy = Mass = Matter.
This absolute reference system should be timeless and, therefore, devoid of mutations (or changes of state), uniform, infinite, isotropic, homogeneous, a "matrix" that acts as D. Bhom’s "pilot wave" way. Geometrically it could be described as a three-dimensional variety that consists of standing waves in turn consisting of interference of symmetrical sinusoidal transverse spherical waves (solitons) harnessed by the interference as potential energy. Dip a finger of matter in this matrix would breaking, in fact, the symmetry and cause the release of kinetic energy. Obviously, these phenomena also exist below the Planck scale metric. The timeless pilot wave could then also explain quantum systems entanglement being able to transmit istantly information between Alice and Bob.
For the second law of thermodynamics not all heat can 'be transformed in work' cause as the temperature decreases during the transferring of heat from a hot spring in a cold by the "carrier fluid", the energy degrades and the performance of the cycle is <1.If, then, time is just the succession of states of matter and there was no "privileged" observer of such a sequence and, therefore, no "time arrow", any thermodynamic process may be, theoretically, reversible and, on a large scale, (the scale of a static, infinite universe and, beyond that, as told, timeless in his "matrix”), the entropy would be constant. The time arrow would be detectable in the local changes, with entropy apparently increasing, just because there is such a perfect inertial reference system (static ether) to which you can appreciate the time gaps and changes in state functions.
For the second law of thermodynamics not all heat can 'be transformed in work' cause as the temperature decreases during the transferring of heat from a hot spring in a cold by the "carrier fluid", the energy degrades and the performance of the cycle is <1.If, then, time is just the succession of states of matter and there was no "privileged" observer of such a sequence and, therefore, no "time arrow", any thermodynamic process may be, theoretically, reversible and, on a large scale, (the scale of a static, infinite universe and, beyond that, as told, timeless in his "matrix”), the entropy would be constant. The time arrow would be detectable in the local changes, with entropy apparently increasing, just because there is such a perfect inertial reference system (static ether) to which you can appreciate the time gaps and changes in state functions.
Recent high-profile results of the experiment "Opera" played between CERN and Gran Sasso, over
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 clashes between protons that determine other products / decay mode (especially high-energy photons) 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 (probability 1) "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) of wich 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 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, and their membership to the physical mass/energy fields (the Higgs field in this case).
Ultimately in
MT it is conclude that since 'the weight force (more' generically gravity), is not an attractive
force and not depends on S - T curvature, it can not 'be than an active pushing
force (with application point, modulus and direction),generated by a dynamic
and not static gravitational field. Indirect evidence of this would be a different topological description of elementary particles, including the Higgs boson that would an excited state of a real and not virtual matter = mass / energy field, head of gravitational mass as well as the inertial.
Stefano Gusman
