L`universo è energia Teoria dell`energia

L’universo è energia
Teoria dell’energia universale
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Fausto Ghidoni
L’UNIVERSO È ENERGIA
Teoria dell’energia universale
Saggio
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Fausto Ghidoni
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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
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sé qualcosa di magico e inspiegabile . 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. 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
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http://www.openfisica.com/fisica_ipertesto/openfisica4/azione_campo.php.
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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 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 a vuoto emettono
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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 questa 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
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https://it.wikipedia.org/wiki/Vuoto_(fisica).
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 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 tempi
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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 separazione 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 particella-antiparticella, 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
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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 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 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 veri12