l`universo è energia

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Fausto Ghidoni
L’UNIVERSO È ENERGIA
Teoria dell’energia universale
Saggio
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Fausto Ghidoni
Tutti i diritti riservati
TEORIA DELL’ENERGIA UNIVERSALE
L’universo è energia.
“L’universo è formato da energia, una quantità immensa
e si espande continuamente ad una velocità enorme.
Le galassie, le stelle, i pianeti e tutti i corpi materiali,
visibili o non visibili,
sono fatti di energia e sono solo una piccola parte di tutto l’universo.”
Introduzione
Le idee e i concetti trattati in questo libro e relativi all’idea
di un universo fatto di energia sono nati e si sono evoluti
nel corso di diversi anni, in relazione ai troppi argomenti e
a questioni fondamentali della fisica poco chiari e non in
grado di fornire una spiegazione convincente, lasciando
molte questioni parzialmente o totalmente non comprese.
Tutte le azioni a distanza, vale a dire la forza di gravità,
la forza elettrica e magnetica, le forze nucleari e la propagazione delle onde elettromagnetiche restano nella sostanza ancora da comprendere. Neppure Newton era totalmente convinto delle azioni a distanza, secondo cui la proprietà
delle masse di attirarsi aveva in sé qualcosa di magico e in1
spiegabile . Per poter fornire una spiegazione più razionale
di quest’azione nacque l’idea dell’etere, una sostanza impalpabile che avrebbe riempito tutto lo spazio dell’universo,
fungendo da tramite per le azioni a distanza. Il concetto di
azione a distanza implica un’azione istantanea della forza.
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http://www.openfisica.com/fisica_ipertesto/openfisica4/azione_campo.p
hp.
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La realtà è che nessuna informazione si può trasferire
istantaneamente a velocità infinita.
È stato così introdotto il concetto di campo, che è un superamento del concetto di azione a distanza, cioè della forza attrattiva o repulsiva tra corpi che non sono in contatto,
ma che possono essere situati anche a grande distanza nello spazio. Una grandezza di campo è una grandezza che dipende dallo spazio fisico ed è una modificazione dello spazio determinata da certe condizioni. Il campo è presente in
tutti i punti circostanti, indipendentemente dal fatto che in
esso siano presenti o meno altri corpi. C’è campo sia se lo
spazio è permeato da un mezzo, sia se lo spazio è assolutamente vuoto. Il campo non ha confini definiti nello spazio fisico, ma i suoi effetti tendono ad annullarsi man mano che ci si allontana dalle sorgenti. Il concetto di campo,
in grado di dare una spiegazione alla propagazione della
luce nel vuoto, è stato ampliato al campo elettromagnetico,
che interagirebbe nello spazio con cariche elettriche, manifestandosi anche in assenza di esse, trattandosi di un’entità
fisica che può essere definita indipendentemente dalle sorgenti che l’hanno generata. In mancanza di sorgenti, il
campo elettromagnetico è stato definito nella fisica tradizionale come onda elettromagnetica, essendo un fenomeno
ondulatorio che non richiede alcun supporto materiale per
diffondersi nello spazio, che nel vuoto viaggia alla velocità
della luce, mentre il fotone sarebbe la particella elementare
responsabile dell’interazione elettromagnetica, tramite il
quanto che funge da mediatore. Il campo è dato dalla combinazione del campo elettrico e del campo magnetico. Il
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campo elettrico è un campo di forze conservativo, generato
nello spazio dalla presenza di cariche elettriche stazionarie,
mentre il campo magnetico è un campo vettoriale non conservativo, generato da cariche in moto. Dunque non è richiesta la presenza di materia, ma può diffondersi nel vuoto, cioè solo in un volume di spazio.
Recenti sviluppi della teoria quantistica dei campi indicano che neppure il vuoto ideale con pressione zero è veramente vuoto. Uno dei motivi è che le pareti della camera
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a vuoto emettono luce in forma di radiazione . I fotoni
emessi sono in equilibrio termodinamico con le pareti e,
conseguentemente, il vuoto ha una particolare temperatura. Un’altra ragione è che nel vuoto sono presenti fluttuazioni quanto-meccaniche, che lo rendono un ribollire di
coppie di particelle virtuali, che nascono e si annichiliscono
in continuazione, e questo fenomeno quantistico potrebbe
essere responsabile del valore osservato della costante cosmologica. Dunque se lo spazio vuoto non avesse alcuna
forma di energia, generata da forze o meglio da campi di
alcun tipo, né gravitazionale né elettromagnetica, per una
particella che si trovasse nello spazio vuoto sarebbe possibile determinare velocità ed energia nulle, in violazione ad
un principio fondamentale della teoria quantistica, il principio di indeterminazione.
Per comprendere e dare una soluzione al problema, cioè
che non esiste il vuoto ove si diffondono le radiazioni elettromagnetiche, ho iniziato a immaginare un universo fatto
di energia, ove la materia altro non è che un aspetto di que2
https://it.wikipedia.org/wiki/Vuoto_(fisica).
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sta e le onde elettromagnetiche ne sono una perturbazione
che vi si propaga. Un altro aspetto fondamentale della fisica non chiarito è l’interazione gravitazionale, che nella fisica classica è interpretata come una forza di attrazione conservativa agente fra corpi, la cui manifestazione più evidente è la forza peso.
Nella relatività generale, l’interazione gravitazionale è
una conseguenza della curvatura dello spazio tempo creata
dalla presenza di corpi dotati di massa o di energia, ed è
previsto che si propaghi alla velocità della luce per mezzo
della radiazione gravitazionale, un fenomeno ondulatorio
che non richiede alcun supporto materiale per diffondersi
nello spazio. Dunque ancora uno spazio vuoto che non può
esistere e una nuova radiazione che si propagherebbe in un
campo tensoriale.
Una recente ipotesi è l’esistenza dei gravitoni che potrebbero dare una spiegazione alla radiazione gravitazionale.
Ultimamente vengono fatte ricerche per individuare ipotetiche particelle elementari, i gravitoni, che potrebbero essere responsabili della trasmissione della forza di gravità. Il
gravitone è previsto in alcuni modelli teorici che cercano di
unificare i fenomeni quantistici con quelli gravitazionali.
Tuttavia non solo non è ancora stata sperimentata la sua
esistenza, ma una teoria di questo tipo richiederebbe al
gravitone di operare in maniera simile al fotone, ma la gravità non funziona nello stesso modo ed è difficile da descrivere analogamente alla carica. Comportamenti a lungo osservati mostrano che la gravità è creata da qualsiasi forma
di energia e che la massa ne è semplicemente una forma
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condensata. Ad oggi tutti i tentativi di creare una teoria
quantistica consistente per la gravitazione sono falliti.
Anche
per
l’interazione
gravitazionale,
l’ipotesi
dell’energia universale può fornire una spiegazione chiara e
semplice relativa all’attrazione tra le masse. Altro aspetto,
simile a quello gravitazionale, è relativo alle forze e interazioni nucleari; anche in questo caso l’ipotesi dell’energia
universale ne chiarisce i meccanismi. Ancora il concetto di
massa e conservazione della quantità di moto, la velocità
delle onde elettromagnetiche e tanti altri aspetti della fisica
si possono comprendere in modo diverso, molto semplice e
chiaro considerando che l’universo è costituito da energia;
da una quantità costante ed immensa di energia, che è
ovunque, in ogni luogo, e che tutte le forze e le azioni a distanza sono in realtà interazioni tra l’energia universale e la
materia.
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Origini
In origine l’energia dell’universo intero aveva una densità
elevatissima e la dimensione, rispetto a quella attuale, piccolissima. Il Big Bang è il modello cosmologico riguardante
lo sviluppo e l’espansione dell’universo predominante, che
ha le maggiori conferme dal punto di vista delle prove e
delle osservazioni. I cosmologi con il termine Big Bang si
riferiscono generalmente all’idea che l’universo iniziò ad
espandersi a partire da una condizione iniziale estremamente calda e densa, e che questo processo di espansione
continua tuttora. Una delle prove a sostegno di questa ipotesi
è
la
radiazione
diffusa,
che
ancora
persiste
dall’ipotetico inizio dell’universo. Secondo tale teoria, i
primi
istanti
sono
caratterizzati
da
un’espansione
dell’universo con una velocità di gran lunga maggiore di
quella attuale.
I cosmologi sostenitori della teoria del Big Bang hanno
suddiviso la nascita dell’Universo in nove ere, che vanno da
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tempi estremamente brevi, da 10
secondi a poche frazioni
di secondo, fino a 300.000 anni. Ciascuna di queste ere è
caratterizzata da avvenimenti che iniziano con la separa13
zione di una forza fondamentale dalle altre, fino alla formazione dei primi nuclei.
Dopo queste nove ere il diametro dell’universo aveva raggiunto la dimensione di 100 milioni di anni luce. Dopo le
prime due ere, chiamate “era di Planck” e “era di grande
unificazione”, dall’energia sono nate le coppie di particellaantiparticella, identiche tra loro, ma simmetriche. Questi
unici due tipi di particelle hanno poi permesso la formazione di tutta la materia dell’universo, attraverso le altre fasi e successivamente attraverso il processo di nucleo-sintesi
nelle stelle.
Con la tesi di questo libro, relativo ad un universo fatto
di energia, le particelle in realtà sono costituite da energia
condensata in rapidissima rotazione, molto superiore alla
velocità delle onde elettromagnetiche, e che hanno assunto
nella trasformazione caratteristiche diverse dall’energia pura da cui sono nate. Le particelle primordiali si sono unite
in una fase estremamente calda, cioè con elevatissima velocità e rotazione, in un universo formato da energia densissima, dando origine ad agglomerati, i quark, costituiti da
un numero di singole particelle che si è modificato agli inizi del tempo, e che poi si sono uniti a formare i protoni.
L’universo, 300.000 anni dopo la nascita, cominciò a raffreddarsi, permettendo agli elettroni liberi di agganciare i
protoni e formare atomi di idrogeno neutri. Dalla trasformazione di parte dell’energia pura primordiale in “massa/energia”, hanno iniziato a manifestarsi le proprietà e le
interazioni che hanno caratterizzato e caratterizzano tuttora l’universo. La formazione della “massa/energia” e
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l’espansione ha modificato l’omogeneità della densità
dell’energia universale. All’inizio dell’era della materia, le
variazioni della densità dell’energia si sono manifestate soprattutto in zone di materia più condensate rispetto ad altre. L’interazione gravitazionale ha agito su queste irregolarità, formando agglomerati di materia sempre maggiori,
portando così alla formazione delle prime stelle, circa 200
milioni di anni dopo il Big Bang, e poi delle prime galassie
attive, i quasar.
Probabilmente le prime stelle che si sono formate
nell’Universo erano molto più massicce di quelle attuali. I
processi di fusione nucleare che si sono innescati nel nucleo di queste enormi stelle, portarono alla formazione di
elementi pesanti come l’ossigeno, il carbonio, il neon, il ferro e l’azoto, che poi si sono diffusi nello spazio interstellare
in seguito alle esplosioni delle stelle in supernove.
Le
prime
ipotesi
di
una
teoria
che
prevedesse
l’espansione del cosmo furono formulate sulle equazioni
della relatività generale di Albert Einstein e l’isotropia dello
spazio.
Un ulteriore sviluppo a tale teoria ci fu quando si scoprì
che la distanza delle galassie più lontane è proporzionale al
loro spostamento verso il rosso, e tale osservazione fu usata
come prova del fatto che le galassie e gli ammassi hanno
una velocità apparente di allontanamento, e più sono lontane, tanto più è elevata la loro velocità. Se la distanza fra
le galassie sta aumentando, significa che tutti gli oggetti
dell’universo in passato erano più vicini. Andando indietro
nel tempo, la densità e la temperatura tendono a un valore
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infinito. Si arriva perciò a un istante in cui tali valori sono
così elevati che non sono più applicabili le attuali grandezze fisiche, compreso il tempo, che assumono valore infinito
nell’istante iniziale. Non esiste una possibilità sperimentale,
anche se con gli attuali acceleratori di particelle si sono potuti verificare alcuni comportamenti della materia in condizioni estreme. Con la scoperta della radiazione cosmica
di fondo e la relativa quantità emessa per ogni lunghezza
d’onda, che risultò corrispondere allo spettro di corpo nero,
la maggior parte dei ricercatori fu convinta che il Big Bang
aveva veramente avuto luogo.
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Proprietà dell’energia universale
L’universo è formato da energia, una quantità immensa, e
si espande continuamente ad una velocità enorme.
Nell’universo non esistono spazi privi d’energia. Tra e dentro le galassie, le stelle, i pianeti, gli atomi, gli elettroni e i
nuclei, tra e dentro le particelle che costituiscono i protoni
e neutroni, ovunque c’è energia. L’energia universale ha alcune e fondamentali proprietà. La prima è la densità, che
tende ad essere costante, in quiete e uniformemente distribuita. È proprio in ragione della densità influenzata dalla
presenza della “massa/energia”, dove localmente ne modifica il valore, che esistono le “forze” dell’universo. La forza
gravitazionale, la forza nucleare debole, la forza nucleare
forte e la “forza sub nucleare” in realtà non sono forze, ma
interazioni tra la forma “massa/energia” e l’energia pura.
È la condizione di equilibrio della densità dell’energia
universale tra l’energia pura e la “massa/energia” a creare
tutte le interazioni che si manifestano come le forze
dell’universo. La forza elettromagnetica, invece, è da porre
in relazione alla rotazione degli elementi costituenti la
“massa/energia”.
La
quantità
dell’energia
presente
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nell’universo ha un valore elevatissimo, ma costante e finito. Può cambiare il rapporto tra la quantità d’energia pura
e la “massa/energia”, vale a dire che parte della massa può
trasformarsi in energia pura e viceversa.
2
E=mc
e
l’inverso
m = E / c2.
Ciò in realtà avviene continuamente all’interno delle stelle, dove parte della “massa/energia” ritorna energia attraverso la fusione dell’idrogeno, che si trasforma in elio con
una perdita di valore della massa, che ridiventa energia pura. Nelle stelle con massa molto grande, dove la fusione al
termine della loro vita avviene tra elementi più pesanti
dell’idrogeno, la differenza di massa prodotta dalla fusione
è
ancora
maggiore
e,
conseguentemente,
anche
l’incremento dell’energia pura.
Queste trasformazioni dell’energia avvengono attraverso
la continua nascita di neutrini, che aumentano il valore
medio dell’energia universale. Nella fisica classica la velocità della luce è una costante indipendente dal sistema di riferimento, dall’osservatore o dalla velocità dell’oggetto che
emette la radiazione. Dal 1983 è stato ritenuto questo valore così esatto da essere assunto come riferimento alle altre
unità di misura costanti. Considerando l’universo formato
da energia, la velocità di propagazione della luce e di tutte
le frequenze dello spettro elettromagnetico, invece, non
può essere costante, ma cambia in funzione della densità
dell’energia, che viene modificata continuamente da diverse
cause.
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La prima causa che ha portato ad una notevole variazione della velocità delle onde elettromagnetiche è stata la
quantità iniziale dell’energia, quando ha iniziato ad espandersi l’universo, e successivamente dal tempo trascorso
dall’inizio e la relativa espansione. Altra causa è la trasformazione continua, attraverso i neutrini, da massa in energia, che ne aumentano la densità. La densità dipende anche
dalla zona dell’universo, soprattutto nelle zone periferiche,
dove l’energia universale si espande. Inoltre la vicinanza di
grandi masse gravitazionali modifica localmente la densità
e conseguentemente la velocità della luce. La densità varia
anche intorno ad ogni particella, tra e dentro gli atomi, tra
e dentro ai protoni e ai neutroni.
2
Allora l’equazione E = m c diventa:
Energia:
E = m. d2
massa:
m = E / d2
Ove m è “massa/energia” e
d
è
la
densità
dell’energia.
Il concetto di velocità della luce e delle onde elettromagnetiche in generale non è totalmente corretto. Non sono
luce e radiazioni elettromagnetiche a muoversi e non è
neppure corretto affermare che l’energia è il mezzo in cui si
propagano, ma semplicemente è una particolare perturbazione dello stato di quiete dell’energia universale a trasmet19