L’accelerazione di un corpo nello spazio a velocità luce

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Einstein aveva ragione. Ma non sapeva perché. Un’equazione gemella per l’energia relativistica potrebbe adesso portarci a superare la velocità della luce. Ritorna Marco Fedi, il preside che sfida Einstein. Ed anche questa volta riesce perlomeno ad insinuare il dubbio: “Non abbiamo in effetti mai provato (vista la difficoltà non da poco!) ad accelerare a velocità relativistiche un oggetto macroscopico”, afferma Fedi “e se potessimo farlo ci accorgeremmo che la formula dell’energia cinetica relativistica non produce risultati corretti”.

Nelle scorse settimane si sono moltiplicati articoli scientifici di carattere divulgativo dove si affermava che “Einstein aveva ragione”, in riferimento alle conferme sull’invarianza della velocità della luce. Eppure Einstein, in sostanza, aveva preso come dato di fatto tale invarianza e su questo postulato ha costruito la sua teoria della relatività. Egli stesso non sapeva il motivo fisico, per esempio su scala quantistica, per il quale un corpo materiale (sia esso una particella o un’astronave) non riesce a superare, ma neppure a raggiungere, la velocità della luce.

Adesso un passo avanti pare sia stato fatto nel comprendere tale perché. In un nostro precedente articolo abbiamo parlato degli studi del prof. Marco Fedi sullo spazio vuoto trattato come un fluido non newtoniano dilatante, un tipo di fluidi familiarmente conosciuti con l’espressione anglosassone “oobleck”.

In uno studio pubblicato sul Canadian Journal of Physics, Fedi aveva già mostrato come, inserendo il fattore di Lorentz come coefficiente di viscosità del vuoto nella ben nota e classicissima equazione di Stokes, si ottenga una formula molto precisa indicante la forza viscosa dello spazio vuoto che agisce sui corpi che viaggiano al suo interno, capace di dare un risultato esatto sia per la precessione del perielio di Mercurio (finora risolvibile solo grazie ad una specifica equazione della relatività generale, riderivata da Fedi con l’approccio del vuoto dilatante), che per l’anomalia Pioneer, ossia per il rallentamento anomalo delle sonde Pioneer 10 e 11, superando in larga misura i calcoli e le ufficiali spiegazioni della NASA, sia in termini di precisione che di semplicità di risultato.

In una seconda pubblicazione scientifica, accessibile anche in modalità open dal repository dell’Università di Toronto, Fedi spiega in modo intuitivo la ragione dell’impossibile superamento della velocità della luce. Lo “stress al taglio”, generato nello spazio dilatante dai corpi dotati di massa che viaggiano al suo interno, causa la progressiva solidificazione del vuoto dilatante, il quale, una volta passato ad uno stato simil-solido (transitoriamente e localmente) diviene quanto di più rigido possa esistere, permettendo la propagazione di onde in maniera trasversale (tipica appunto nei solidi) e ad altissime frequenze, caratteristiche tipiche della luce (Fedi teorizza che i fotoni non siano altro che fononi trasversali nello spazio dilatante), andando a costituire un’impenetrabile barriera per ogni corpo dotato invece di massa.

Questa sarebbe dunque la ragione quantistica e intelligibile al fatto che non si possa raggiungere, né quindi superare, la velocità della luce (un’onda si propaga molto bene attraverso un rigidissimo muro, una palla da tennis no!), giustificando il comportamento asintotico dell’energia cinetica relativistica, meglio conosciuta come “massa relativistica”. Per questo negli acceleratori di particelle vediamo che neppure un piccolissimo protone riesce a forare la barriera fisica costituita dal vuoto dilatato. 

Come aveva infatti intuito il vincitore del premio Nobel per l’effetto Hall quantistico Robert B. Laughlin: “Gli studi con i grandi acceleratori di particelle ci fanno capire come lo spazio sembri più un pezzo di vetro che un vuoto newtoniano ideale. E’ riempito con qualcosa che risulta in genere trasparente ma che può esser reso rilevabile colpendolo sufficientemente forte da riuscire a sconfiggerlo per un momento”. Questo colpire sufficientemente forte il vuoto corrisponde, per Fedi, al sottoporlo a sufficiente stress al taglio, accelerandovi per esempio al suo interno anche un semplice protone, così da poterne rilevare la presenza attraverso la sua azione di impenetrabile barriera: un comportamento appunto tipico dei fluidi dilatanti.

E così Fedi ha voluto ricavare una formula alternativa per l’energia cinetica relativistica che partisse proprio dall’azione della viscosità non lineare del vuoto su ciò che vi è accelerato al suo interno. Il risultato lo ha molto stupito, perché a un certo punto, svolgendo i calcoli, si è ritrovato con ben due equazioni gemelle: la prima corrispondente ad una versione quantistica della nota formula di Einstein per l’energia cinetica relativistica, ossia alla famosa espressione E=mc2 moltiplicata per il fattore di Lorentz nella forma decimale “γ-1” (ciò che Fedi chiama “coefficiente di viscosità apparente del vuoto”), ma la seconda equazione gemella a cosa si riferiva?

L’autore ha realizzato che la questione si incentrava sul tipo di raggio considerato per il corpo si sta spostando attraverso lo spazio dilatante. Quando si tratta di particelle cariche (ciò che normalmente viene accelerato in un sincrotrone) si deve usare il cosiddetto raggio di Einstein-Stokes (guarda caso proprio Stokes, con chiaro riferimento alla sua legge, usata da Fedi per derivare la formula della viscosità del vuoto), mentre per i corpi macroscopici ed elettricamente neutri, entra in gioco il semplice raggio geometrico. Ciò con l’inatteso risultato di dichiarare la formula di Einstein valida soltanto per le particelle e di dover usare l’altra per i corpi macroscopici e neutri.

Non abbiamo in effetti mai provato (vista la difficoltà non da poco!) ad accelerare a velocità relativistiche un oggetto macroscopico“, afferma Fedi “e se potessimo farlo ci accorgeremmo che la formula dell’energia cinetica relativistica non produce risultati corretti”.

Applicando, ad esempio, la formula gemella al rallentamento delle sonde Pioneer il risultato è assolutamente preciso, mentre con la formula einsteiniana non lo è. Perché una sonda non è appunto una particella carica e l’interazione con i dipoli del vuoto quantistico è dunque diversa. E’ inoltre emerso il fatto che maggiore è la massa del corpo accelerato, minore è la capacità del vuoto dilatante di frenarlo, proprio come, a parità di forza impiegata, è più difficile arrestare un treno in corsa che una palla da tennis. Dipende ovviamente dalla “quantità di moto”.

Ciò che risulta è che per accelerare un corpo neutro macroscopico è richiesta, secondo i calcoli pubblicati sul Canadian Journal of Physics, minore energia rispetto a quella predetta da Einstein e verificata negli acceleratori sulle particelle. L’autore attende quindi l’esito dell’esperimento Starshot Breakthrough del miliardario e fisico russo Yuri Milner, ideato assieme a Stephen Hawking usando le equazioni di Einstein, che a suo dire sarà un sonoro fallimento.

Einstein aveva ragione. Ma non sapeva perché. Un'equazione gemella per l'energia relativistica potrebbe adesso portarci a superare la velocità della luce
Vela Spaziale – Star-Chips

Il motivo è semplice: l’estrema leggerezza delle micro-sonde spaziali (pochissimi grammi) e le grandi dimensioni della loro vela solare “vanno diritti in bocca alla mia equazione”, afferma Fedi, il quale sostiene che, con quei presupposti, gli “star-chips” verranno enormemente frenati dallo spazio dilatante e, con sommo stupore di tutti, si passerà definitivamente ad una nuova fisica, ad una relatività finalmente quantistica.

Per il momento, con i corretti risultati ottenuti con l’orbita di Mercurio e con le sonde Pioneer, l’esistenza di uno spazio fluido con caratteristiche dilatanti sembra essere quantomeno plausibile. In questo momento, afferma Fedi, “La fisica della gravità, ma non solo, è ostaggio della geometria e va adesso ricondotta su un binario più fisico e meno matematico, in quanto la matematica è un imprescindibile strumento di descrizione e calcolo ma non può sostituirsi alla sostanza delle cose, come è purtroppo avvenuto per il semplice fatto di non riuscire a trovare un’altra sostanza”.

Gli abbiamo chiesto se si riferisse all’annosa questione dello sfuggente etere e la risposta è stata questa: “esatto, nelle centinaia di esperimenti svolti per cercarlo, il presupposto era in sostanza sempre il moto relativo della Terra attraverso questo ipotetico fluido ma non hanno considerato alcune possibili e dirimenti circostanze. Se avessero collaborato di più con gli ingegneri esperti di fluidodinamica computazionale (questo non nell’Ottocento, certo, ma magari negli ultimi anni, come ho fatto io con l’amico e collaboratore dott. Mario Artigiani), si sarebbe forse compreso come la presenza, per esempio, di un mezzo poroso attorno alla Terra rallenti e allinei l’eventuale vento apparente del mezzo attraverso il quale la Terra si muove. E guarda caso l’atmosfera è un mezzo poroso, parlando in termini fluidodinamici”.

Lo stesso Einstein, che era davvero un genio e che fu probabilmente eccessivamente influenzato dai matematici del suo tempo, era ben consapevole del grande limite epistemologico della relatività generale, quando nel 1920 (1) affermò che secondo la teoria della relatività generale, lo spazio possiede qualità fisiche; in tal senso, dunque, esiste un etere. Secondo la teoria della relatività generale, uno spazio senza etere è inconcepibile”.

Pertanto, se dopo più di un secolo, il tassativo approccio del “no aether” si rivelasse errato (in fondo la materia e l’energia oscure che riempiono l’universo cosa sono se non una sorta di etere?) la fisica relativistica, quindi anche la gravità, diverrebbero quantistiche, liberandosi dall’annosa tirannia della geometria, la quale funziona sì senza etere ma rimane, a mio parere (e, a quanto pare, pure a parere di Einstein), nel regno delle idee pure, non sporcandosi le mani con la materia e l’energia di cui la fisica ha bisogno.

Questa materia-energia, il 95% di ciò che costituisce l’universo e che attualmente definiamo energia e materia oscure (cioè invisibili), è a mio avviso proprio il fluido dilatante che riempie l’universo, il quale resta inosservabile a meno che non lo si stressi adeguatamente”.

In conclusione, si può dunque superare o no la velocità della luce? Forse sì.

Adesso sappiamo che è sufficiente comprendere come vincere la dilatanza del vuoto. Del resto un proiettile può riuscire a frantumare e oltrepassare un palloncino pieno di oobleck. Dipende molto probabilmente da cosa acceleriamo e un protone non è, a quanto pare, l’oggetto giusto, per quanto si costruiscano acceleratori di particelle sempre più potenti.

[1]: EINSTEIN, A. (1920), Ether and the theory of relativity. In: Sidelights on Relativity. Methuen, London (1922)

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