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onde gravitazionali

    Wormhole: Intervista a Salvatore Capozziello

    Il 18 marzo 2017 è esploso un boom giornalistico secondo cui era stato scoperto il Wormhole per il viaggio del tempo. Tutto ciò, ovviamente, era una bufala.

    Ciò che il Prof. Salvatore Capozziello ha creato è un prototipo millimetrico di Wormhole, ma non nel senso astrofisico della parola. I dettagli sul modello erano già stati riportati da Antonio Piazzolla in un suo precedente articolo

    Ciò a cui abbiamo puntato è stato quello di riportare la realtà dei fatti, data la disinformazione fatta dopo questa scoperta, e abbiamo, dunque, avvicinato lo stesso Salvatore Capozziello, che si è prestato più che volentieri ad un’intervista.

    Wormhole: Salvatore capozziello
    A sinistra Gianmarco Valletta, Caporedattore Aerospace.cue e redattore Science.cue, a destra Salvatore Capozziello, professore di Astronomia e Astrofisica presso l’Università degli studi di Napoli “Federico II”. Credits: closeupengineering.it

    Dunque, senza perdere ulteriore tempo, diamo la parola al Prof. Capozziello.

    Date le incomprensioni, causate da numerose testate giornalistiche, sull’effettiva scoperta da lei fatta, direi che possiamo cominciare con un discorso completo su cosa riguardasse la sua ricerca.

    Quello che noi abbiamo fatto è stato applicare le Equazioni di Einstein (ossia le Equazioni di campo gravitazionale) ad una struttura che è il grafene. Il grafene è un materiale estremamente leggero, duttile e malleabile che ha una serie di proprietà di grande interesse che lo rendono ANALOGO ad una struttura spazio – temporale. Quindi noi NON abbiamo inventato la macchina del tempo ma abbiamo trovato un wormhole (una struttura che è soluzione delle equazioni di Einstein) ANALOGA. Da qui alla macchina del tempo passeranno cent’anni.

    Esaminiamo, per un momento, la storia del “Wormhole” o anche “Ponte di Einstein-Rosen”. La storia nacque quando, nel 1935, Einstein e un suo studente, appunto Rosen, si posero un problema molto importante: Se ho un buco nero, nel buco nero che fine fa la conservazione dell’energia? E che fine fa la conservazione di tutte le grandezze? Quindi c’era un problema delle condizioni sull’energia che non devono essere violate in presenza di una singolarità. La soluzione che trovarono Einstein e Rosen fu quello di avere un cunicolo spazio – temporale che faceva variare la topologia ma conservava, intatte, le leggi della fisica. È a questo punto che nasce quella parte della relatività generale che prende il nome di “Fisica del Wormhole”, legata al “problema della macchina del tempo“.

    Qual è questo problema?

    Il problema è la cosiddetta “Chronological Protection“, una congettura formulata da Stephen Hawking, per la quale se io entro nel Wormhole e poi ne esco, automaticamente violo le condizioni di causalità. E quindi posso tornare indietro nel tempo. Questa congettura è stata introdotta per risolvere il famoso “Paradosso del nonno” (ossia torno indietro nel tempo, uccido mio nonno e quindi non sono mai nato).

    Tutto questo lo abbiamo preso e riportato all’interno della fisica del grafene. Come già detto, il grafene ha una struttura che può essere modellata tramite le equazioni di Einstein. Quindi, che cosa succede? Il grafene puro è costituito da cellette esadimensionali (o “A nido d’ape“), però su queste cellette si possono avere delle impurità che possono essere pentavalente o eptavalente, cioè il legame del carbonio, anziché strutturarsi in cellette a sei dimensioni, può strutturarsi in cellette che hanno 5 o 7 legami. Il punto interessante della storia è proprio questo, ed è proprio qui che nasce l’analogia (e ribadisco ANALOGIA) con la macchina del tempo.

    Questo perché se i difetti sono pentadimensionali si formano delle correnti negative, se invece sono eptadimensionali si formano delle correnti positive. Questo vuol dire che all’interno del Wormhole la struttura è tale che può essere attraversata o in entrata o in uscita da corrente. Quindi non solo riusciamo a tirar fuori una struttura di Wormhole stabile (quindi due fogli di grafene con un nanotubo che li connette), ma viene anche realizzata come soluzione delle equazioni di Einstein. In più, il Wormhole astrofisico non potrebbe essere attraversato da informazione (quindi dal tempo), perché violeremmo la congettura di protezione cronologica; quello che, invece, accade nel nostro caso è che riusciamo ad attraversarlo e a generare un circuito a seconda del drogaggio di atomi pentavalenti o eptavalenti che riusciamo a mettere nel sistema. Il risultato è che troviamo una struttura analoga a quella astrofisica, che è attraversabile pur rimanendo stabile.

    Nella struttura astrofisica, per evitare la storia della violazione della causalità, si ha un problema che è stato evidenziato da Wald e Flanagan, i quali hanno constatato che il Wormhole dovrebbe evaporare. In questo caso non solo non evapora, ma rimane stabile e riesce ad essere attraversato da un analogo della curva temporale, che è la corrente. 

    Nel 1966, Heisenberg disse: “Se io ho strutture analoghe, la fisica potrebbe essere la stessa”. Quindi anche se da un lato abbiamo una scala astrofisica, e dall’altro una scala microscopica, la struttura è analoga.

    Quali potrebbero essere le valenze tecnologiche di questa scoperta?

    La cosa interessante da un punto di vista tecnologico è che avremo una corrente che passa all’interno del Wormhole a resistenza zero. Avremo, quindi, un superconduttore naturale generato dal carbonio e, dunque, organico. Quindi, tecnologicamente parlando, possono esserci delle ricadute elevate: avremo il transistor perfetto oppure l’oggetto che, a resistenza zero, fa passare corrente.

    Oltre il modello già descritto, abbiamo costruito un dimostratore (Con il gruppo del professor Tafuri), ossia abbiamo realizzato un prototipo di un device elettronico di altissima precisione. In questo momento siamo in contatto con numerose istituzioni, sia italiane che estere per fare in modo di renderlo “commerciabile”. Attualmente siamo in contatto con l’Università di Chalmers, che si trova in Göteborg (Svezia), che dovrebbe fornirci il grafene, che sarà così puro da permettere il drogaggio.

    Una piccola curiosità: questo progetto di Wormhole è sempre stato un suo oggetto di ricerca? O è una cosa più recente?

    Io mi occupo di Relatività Generale, quindi, in argomenti come “Black Hole” e “Wormhole”, ci sguazzo. L’interesse per questo progetto nasce tramite un gruppo di ricerca internazionale, in cui sono coinvolti degli strutturisti (struttura della materia). Ragionando su questo tipo di argomento, un paio di anni fa ci è venuta l’idea di trovare un analogo sotto questo senso. Oltre all’idea del grafene, e qui ammetto la mia ignoranza, forse questo tipo di struttura può essere realizzata anche con altri materiali. Tuttavia il grafene, grazie alle sue ottime proprietà di conducibilità e il suo modo di potersi strutturare, rappresenta comunque il candidato ideale.

    Per ulteriore chiarezza, specifichiamo di nuovo: quindi il viaggio del tempo non c’entra nulla?

    Esatto. Il viaggio del tempo è un’ ANALOGIA. L’analogia sta nel fatto che in questo oggetto fluisce corrente. Fluisce corrente così come nel Wormhole astrofisico fluisce informazione. Quindi, per riprendere il parallelo, se vogliamo interagire dalle due bocche del Wormhole dobbiamo essere equivalenti a questi difetti pentavalenti o eptavalenti. Ergo, in un Wormhole astrofisico, gli osservatori, per poter interagire, dovrebbero avere una struttura simile a quella del grafene. La cosa più interessante è che questo drogaggio non è fatto ponendo nella struttura atomi diversi, ma è la geometria della struttura a indurre il passaggio di corrente. Quindi l’analogia con la legge di Einstein è totale: così come nella legge di Einstein la curvatura è indotta dalla distribuzione di materia, così la corrente è indotta dalla distribuzione di elettroni e, dunque, di atomi.

    Ultima domanda, quasi banale: Date le sue conoscenze e il progresso scientifico, crede che riusciremo mai ad intendere “Wormhole”, così come è stato erroneamente inteso dalle altre testate?

    Bellissima domanda. Wormhole vorrebbe dire che dovremmo avere delle prove astronomiche. Vi dico, in MANIERA MOLTO CAUTA, che esistono delle strutture astronomiche che potrebbero essere buoni candidati per essere Wormhole. In particolare, mi vengono in mente i cosiddetti “Black Hole or Starvation“: sono degli oggetti, al centro delle varie galassie, per i quali abbiamo una struttura che riprendono i Black Hole, però è detta “starvation” (o Black Hole “malato”) perché la quantità di energia intorno ad esso, e il tipo di strutturazione degli oggetti che gli girano intorno, sono tali che sono troppo pochi per la massa dell’oggetto. È come se, per rispettare le leggi della fisica e le condizioni dell’energia, il flusso di questi oggetti finisse da qualche altra parte. Questi, ripeto, sono buoni candidati. Ma se dovessi dire che sono, effettivamente, degli Wormhole, sarei un bugiardo.

    De Lorean

    Le onde gravitazionali aprono le porte ai viaggi nel tempo

    Viaggiare nello spazio e nel tempo attraversando i buchi neri all’interno dei wormhole potrà sembrare illogico, irrealistico e fantascientifico, ma grazie alla scoperta delle onde gravitazionali, questa concezione della fisica diventa possibile.

    Onde Gravitazionali

    La scoperta delle Onde Gravitazionali

    Washington, 11 febbraio 2016, la conferma arriva dal LIGO (USA) e dall’Osservatorio Gravitazionale Europeo (Ego), a Cascina (Pisa). Quello che Einstein aveva solo ipotizzato ora è provato: le onde gravitazionali esistono e sono state osservate. Per la prima volta è stata ascoltata la “voce” dell’universo.

    La collisione tra due buchi neri, avvenuta un miliardo di anni fa, ha provocato il primo segnale delle onde rilevato, per la prima volta, dalle antenne dello strumento LIGO. Il segnale è stato analizzato fra Europa e Stati Uniti nel corso di due collaborazioni scientifiche: LIGO e VIRGO. L’Italia contribuisce allo studio con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Per la fisica è un risultato senza precedenti. Perché, oltre a confermare l’esistenza delle onde gravitazionali, fornisce anche la prima prova diretta dell’esistenza dei buchi neri.

    “Abbiamo osservato il primo evento in assoluto nel quale una collisione non produce dati osservabili, se non attraverso le onde gravitazionali” – dice Fulvio Ricci, coordinatore della collaborazione Virgo. “Tutto è durato una frazione di secondo, ma l’energia emessa è stata enorme, pari a 3 masse solari”. I due buchi neri formavano un sistema binario nel quale l’uno ruotava intorno all’altro. “Avevano una massa rispettivamente di 36 e 29 volte superiore a quella del Sole. Si sono avvicinati ad una velocità impressionante, vicina a quella della luce. Più si avvicinavano, più il segnale diventava ampio e frequente, come un sibilo acuto; quindi è avvenuta la collisione, un gigantesco scontro dal quale si è formato un unico buco nero. La sua massa è la somma di quelle dei due buchi neri, ad eccezione della quantità liberata sotto forma di onde gravitazionali.”

    Sistema Binari fra due buchi neri
    Sistema Binari fra due buchi neri

    “Nel 1916 Einstein ha predetto le onde gravitazionali. Oggi siamo felici di annunciare che abbiamo rilevato per la prima volta le graviazioni universali”. L’annuncio è stato dato contemporaneamente negli Stati Uniti e in Italia alle 16:30 (ora italiana). “Si apre un nuovo capitolo dell’astronomia”, ha dichiarato Fulvio Riccio, il coordinatore della collaborazione scientifica Virgo. Matteo Renzi si è congratulato telefonicamente con Fernando Ferroni, presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare per la scoperta da parte degli scienziati italiani, americani, e francesi. Immancabile anche il tweet:

    Cosa sono le onde gravitazionali?

    Un’onda gravitazionale è una deformazione della curvatura dello spaziotempo che si propaga come una normale onda di campo. L’esistenza delle onde gravitazionali fu prevista nel 1916 da Albert Einstein nelle basi della sua teoria della relatività generale. Le onde gravitazionali possono essere quindi considerate a tutti gli effetti una forma di radiazione gravitazionale. Al passaggio di un’onda gravitazionale, la curvatura dello spaziotempo si contrae ed espande ritmicamente: questo effetto è però difficile da rivelare perché sono sia lo spazio che il tempo, in cui gli osservatori vivono, a contrarsi ed espandersi. Possono essere generate da fenomeni cosmici in cui enormi masse variano la loro distribuzione in modo repentino (e con un momento di quadripolo non nullo), ad esempio nell’esplosione di supernove o nella collisione di oggetti massivi.

    Onde gravitazionali - INFN
    Le onde gravitazionali spiegate dell’INFN

    L’osservazione

    Le onde gravitazionali sono state rivelate il ​​14 settembre 2015, alle 10:50:45 ora italiana (09:50:45 UTC, 05:50:45 am EDT), da entrambi gli strumenti gemelli (VIRGO e LIGO) in una finestra temporale di coincidenza di 10 millisecondi. Queste onde gravitazionali 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. Prima di fondersi, i due buchi neri hanno spiraleggiato, per poi scontrarsi a una velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce.

    Simulazione di Onde Gravitazionali
    Simulazione di Onde Gravitazionali

    Qual è il ruolo dell’Italia?

    EGO, l’Osservatorio Gravitazionale Europeo, è responsabile per il funzionamento e la gestione di VIRGO, il progetto nato dall’originale idea dell’italiano Adalberto Giazotto e del francese Alain Brillet la cui collaborazione scientifica oggi conta circa 250 fisici e ingegneri: metà team è composto dai ricercatori dell’INFN, l’altra metà da scienziati provenienti da 19 laboratori europei. L’INFN partecipa al progetto VIRGO con le proprie sezioni presso le Università di Pisa e Firenze con i gruppi di ricerca di Urbino, Perugia, Genova, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Napoli, Padova, e i Centri Nazionali TIFPA di Trento e infine il Gran Sasso Science Institute dell’Aquila. “Questo successo è il coronamento di un’impresa scientifica da molti considerata al limite dell’impossibile, – ha detto Gianluca Gemme, coordinatore nazionale INFN di VIRGO – nella quale l’Italia ha costantemente mantenuto un ruolo di leadership a livello mondiale, grazie all’impegno dell’INFN, iniziato nei primi anni ’70 del Novecento con le antenne risonanti e continuato dagli anni ’90 con l’interferometro VIRGO, che oggi è uno dei tre strumenti più avanzati al mondo per la ricerca di onde gravitazionali”. L’aspetto più entusiasmante di questa scoperta è che essa non chiude un’epoca ma, anzi, apre una stagione di risultati scientifici di assoluto rilievo, nella quale l’Italia con l’Infn continuerà ad avere un ruolo di primissimo piano”.

    Come funziona VIRGO?

    VIRGO
    VIRGO visto dall’alto

    Costato 78 milioni di euro, è costituito da due bracci gemelli lunghi tre chilometri: all’interno di tubi a vuoto, viaggiano due fasci laser ottenuti dividendo in due, grazie ad uno specchio, un unico fascio. VIRGO lavora in tandem con l’americano LIGO. All’interno di ogni tunnel, i fasci laser vengono riflessi da speciali specchi che li fanno viaggiare avanti e indietro per centinaia di volte, allungandone il percorso fino a 300 chilometri. Quando le due metà dei fasci laser tornano a unirsi, si produce una figura d’interferenza. Vale a dire che se uno dei due fasci laser viene colpito da un’onda gravitazionale, può allungarsi o accorciarsi rispetto all’altro. Questa tecnica permette di rilevare variazioni piccolissime, delle dimensioni di un miliardesimo del diametro di un atomo. La sensibilità dello strumento potrà essere ulteriormente aumentata nella versione potenziata di VIRGO (Advanced Virgo) prevista nella seconda metà del 2016. Lo strumento diventerà circa 10 volte più potente e potrà guardare 10 volte più lontano, ampliando di 1.000 volte il volume di universo che potrà osservare. Grazie all’accordo di collaborazione firmato nel 2007 ed esteso nel 2014, VIRGO e LIGO lavorano in tandem, i dati sono messi in comune e analizzati insieme, e insieme si pubblicano i risultati scientifici. Le due antenne di VIRGO che si trovano negli Stati Uniti sono entrati in funzione nel 2004 (ad Handford, nello Stato di Washington, e a Livingston, nella Louisiana). Recentemente sono stati potenziati ed è stata questa nuova versione chiamata Advanced Ligo ad ascoltare per la prima volta le vibrazioni dello spazio-tempo.

    A cosa serve la scoperta delle onde gravitazionali?

    Le onde gravitazionali aprono una nuova finestra sull’Universo: fino ad oggi infatti è stato studiato all’infrarosso, nella luce visibile, nella luce ultraviolette, nelle onde radio e alle alte energia come raggi x e raggi gamma. Con le onde gravitazionali si potrebbero studiare fenomeni non visibili con altri strumenti. La massima aspirazione potrebbe essere lo studio del Big Bang. La luce e altre radiazioni iniziarono ad emergere solo 300.000 anni dopo il Big Bang. Le onde gravitazionali potrebbero portarci a ridosso della “grande esplosione” lasciandoci scoprire cose che oggi neppure immaginiamo.

    L’annuncio completo:

    https://www.youtube.com/watch?v=n5Ycv2yYNG8

    Albert Einstein e le Onde Gravitazionali

    Onde Gravitazionali? Tutto vero!

    Albert Einstein aveva ragione, anche questa volta! Avevate dubbi? A divulgare la scoperta è stata la nota rivista Science Magazine in un articolo del 5 febbraio firmato da Adrian Cho.

    Onde Gravitazionali

    Un tweet sulle onde gravitazionali

    Il quotidiano britannico The Guardian ha reso noto il tweet di un cosmologo dell’Arizona, Lawrence Krauss, una sorta di spoiler scientifico sulla scoperta delle onde gravitazionali.


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