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sabato 25 giugno


Cosa sono le onde gravitazionali. L'importanza della scoperta

di Michele Nasi (12/02/2016)

A distanza di cento anni dalla pubblicazione della teoria della relatività generale (1916) da parte di Albert Einstein, un team di ricercatori - in gran parte italiano - ha confermato l'esistenza delle onde gravitazionali.
Già un secolo fa Einstein aveva previsto l'esistenza delle onde gravitazionali ma oggi se ne hanno le prove.

Gli studiosi hanno annunciato la storica scoperta simultaneamente: in Italia, a Cascina (Pisa), ove è stabilita la sede di EGO, il laboratorio nel quale è installato l'interferometro VIRGO e negli Stati Uniti, a Washington.
L'interferometro Michelson a laser è lo strumento che è stato adoperato per rivelare le onde gravitazionali: essendo molto sensibile a differenze di lunghezza tra i suoi bracci, è ideale per l'individuazione delle onde gravitazionali. In forza dell'altissima sensibilità richiesta per una corretta rilevazione, la lunghezza dei bracci deve essere di molti chilometri.

Cosa sono le onde gravitazionali. L'importanza della scoperta

Il progetto VIRGO è stato ideato, realizzato e condotto dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese con il contributo di diversi Paesi europei.

Le onde gravitazionali sono state rilevate, contemporaneamente, il 14 settembre 2015 da due interferometri posti negli Stati Uniti e gestiti dai partner di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory). La scoperta, tuttavia, dopo le necessarie verifiche è stata ufficialmente confermata solo nella giornata di ieri, 11 febbraio 2016.

Cosa sono le onde gravitazionali

Ma che cosa sono le onde gravitazionali?
Le onde gravitazionali, la cui esistenza è stata appena confermata, sono increspature dello spaziotempo che giungono sulla Terra a seguito di immani cataclismi avvenuti nell'universo.

Cosa sono le onde gravitazionali. L'importanza della scoperta

Per capire che cosa sono le onde gravitazionali è possibile immaginare lo spazio come un immenso tappeto di gomma. Lasciando cadere sul tappeto un oggetto, la deformazione applicata sarà proporzionale alla massa dell'oggetto. Più è grande e pesante l'oggetto, insomma, maggiore sarà la deformazione.
Qualunque oggetto dotato di massa e/o energia può generare onde gravitazionali, che generalmente sono impercettibili se i corpi non sono davvero molto massicci e non si muovono in maniera estremamente veloce.

Gli scienziati hanno affermato di aver rilevato le onde gravitazionali che sono state prodotte "nell’ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari, in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62 masse solari. Le 3 masse solari mancanti al totale della somma equivalgono all’energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri, sotto forma di onde gravitazionali".

Per dare un'idea delle forze in gioco, basti pensare che i due buchi neri in questione hanno iniziato a spiraleggiare per poi scontrarsi a una velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce.
E lo scontro non è avvenuto ieri o a settembre 2015 ma ben 2 miliardi di anni fa, nello spazio più profondo.

Gli interferometri hanno rilevato una piccola traccia di quell'evento così catastrofico verificatosi nel lontanissimo passato proprio grazie all'utilizzo del laser, "sparato" su lunga distanza.
Per accorgersi della riduzione dello spazio fra due punti prestabiliti, gli studiosi hanno evidentemente utilizzato la luce, un metro di misura che non può ingenerare errori.
Se lo spazio si dilata, infatti, la luce impiega più tempo per raggiungere il punto di destinazione mentre se lo spazio si restringe, evidentemente, la luce impiegherà meno tempo.

Inviando un fascio laser tra due punti distanti chilometri lungo un tunnel, all'arrivo dell'onda gravitazionale, si registrerà una dilatazione dello spazio in una direzione ed una contrazione nell'altra.

Ed è questo ciò che è stato realizzato dai fisici e che ha potuto confermare l'esistenza delle onde gravitazionali:



Va osservato come il segnale rilevato sia praticamente impercettibile, nonostante sia stato generato da fenomeni così potenti (scontro tra buchi neri).
Si immagini un righello lungo 1023 metri; su tale righello si dovrà rilevare una variazione infinitesimale (bastoncino lungo mille miliardi di miliardi di metri; variazione pari a 5 millimetri).
Lo stesso Einstein si era dichiarato scettico circa una possibile futura rilevazione delle onde gravitazionali trattandosi di segnali estremamente deboli.

Guadare l'Universo con occhi nuovi

La conferma dell'esistenza delle onde gravitazionali permetterà, d'ora in avanti, di guardare l'universo con occhi nuovi.

Da oggi, si sa con certezza che lo spaziotempo, ossia la struttura a quattro dimensioni dell'universo, viene deformato per opera delle onde gravitazionali.
Quando si parla dell'universo, infatti, non si usano solamente le tre dimensioni alle quali ogni essere umano è avvezzo sin dalla nascita ma se ne utilizza una quarta, il tempo.

La teoria della relatività, infatti, combina alle tre dimensioni spaziali anche il tempo: si tratta di una visione diversa che evidenzia come ciò che sta accadendo possa essere percepito in maniera diversa da osservatori posti in condizioni diverse.

"Rispetto alla radiazione elettromagnetica, che fino ad oggi è stata di gran lunga il principale mezzo di osservazione astronomica, le onde gravitazionali hanno una natura totalmente diversa, essendo generate dal moto dei corpi celesti e riuscendo a trasportare intatta l’informazione sul fenomeno che le ha originate", spiegano i ricercatori dell'INFN. E, inoltre, "contrariamente ai telescopi che possono osservare solo una piccola porzione del cielo alla volta, i rivelatori di onde gravitazionali sono per loro natura non direzionali e sono quindi in ascolto di un grande volume di universo, il cui raggio è ovviamente determinato dalla sensibilità dei rivelatori".

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Ultimi commenti
inviato da Sampei Nihira > pubblicato il 12/02/2016 16:31:44
Citazione: Premetto che non sono un fisico. Ho capito il concetto, ma ora c’è una cosa che non riesco a comprendere. Se non ho capito male si deve immaginare lo spazio-tempo come un tappeto sul quale si propagano delle onde gravitazionali quando vi è una collisione tra due masse di una certa consistenza. (Mi immagino le onde dell’acqua quando si butta un sasso nello stagno) Ecco, io non riesco a immaginare lo spazio come un tappeto perchè così dovrei pensare che le masse siano appoggiate sullo “spazio-tempo” e non immerse in esso. Piuttosto le immagino (le masse) come il “luogo” (contenitore delle masse) immerso nello spazio, di conseguenza penso che quando due “luoghi” si “scontrano”, le supposte onde gravitazionali si propaghino in tutte le direzioni. In poche parole mi immagino lo spazio-tempo si possa solo rappresentare come una sfera con all’interno il tutto, altrimenti avremmo due sole dimensioni dello spazio (estensione e profondità). Dove sbaglio? Grazie Franco Grazia
Lo spazio tempo è un concetto dovuto alla Relatività Ristretta formulata da Einstein. Benchè oggi l'Universo abbiamo visto che ha caratteristiche diverse da quelle che pensava lui stesso. Alle 3 dimensioni spaziali occorre per forza aggiungere la quarta dimensione temporale perchè i fenomeni fisici,sopratutto evidenti alle grandi velocità, si possono spiegare bene e sopratuto i conti tornano matematicamente,ecco il perchè dell'interconnesione,solo teorizzando l'esistenza della quarta dimensione. Non è che alle basse velocità ciò non sia possibile ma la predominanza della quarta dimensione è notevolmente ridotta quasi da essere ininfluente. Per esempio la dilatazione temporale all'approssimarsi della velocità della luce è tanto più grande quanto più siamo vicini alla velocità della luce.
inviato da Sampei Nihira > pubblicato il 12/02/2016 16:14:52
C'è anche da considerare che la registrazione del fenomeno,che porterà senz'altro qualche premio Nobel in Italia è tanto più difficile perchè queste onde interessano anche osservatore e strumenti. Per dirla in parole povere se si deve misurare una debolissima vibrazione la complessità aumenta se anche osservatore + strumento sono entrambi soggetti a tale vibrazione. L'utilizzo della luce inoltre ha per forza di cose dovuto prendere in considerazione il fatto che un raggio di luce devia in vicinanza di un oggetto provvisto di massa. Quindi occorre considerare anche tale implicazione. Ricordo quando ero studente a scuola superiore (nel Giurassico :mrgreen: ) un nostro insegnante collaborava con un altro professore dell'Istituto G Ferraris di TO. Io creai un programmino per Home pc che calcolava con buona esattezza,ma sopratutto velocemente,questa era lo cosa più difficile,la dilatazione temporale all'approssimarsi della velocità della luce. E questo su un Home PC Commodore 64. Quanti ricordi....... Torniamo al presente quindi a noi ma sopratutto ai nostri sogni. Mi chiedo se tale scoperta permetterà un domani la costruzione del motore a curvatura reso celebre dalla saga Star Trek ?
inviato da flp1976 > pubblicato il 12/02/2016 15:55:29
Bell'articolo
inviato da FrancoGrazia > pubblicato il 12/02/2016 11:59:44
Premetto che non sono un fisico. Ho capito il concetto, ma ora c’è una cosa che non riesco a comprendere. Se non ho capito male si deve immaginare lo spazio-tempo come un tappeto sul quale si propagano delle onde gravitazionali quando vi è una collisione tra due masse di una certa consistenza. (Mi immagino le onde dell’acqua quando si butta un sasso nello stagno) Ecco, io non riesco a immaginare lo spazio come un tappeto perchè così dovrei pensare che le masse siano appoggiate sullo “spazio-tempo” e non immerse in esso. Piuttosto le immagino (le masse) come il “luogo” (contenitore delle masse) immerso nello spazio, di conseguenza penso che quando due “luoghi” si “scontrano”, le supposte onde gravitazionali si propaghino in tutte le direzioni. In poche parole mi immagino lo spazio-tempo si possa solo rappresentare come una sfera con all’interno il tutto, altrimenti avremmo due sole dimensioni dello spazio (estensione e profondità). Dove sbaglio? Grazie Franco Grazia


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