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2 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 1 Origine ed Evoluzione Indice ed introduzione Indice degli argomenti  L’Astronomia come osservazione e l’Astrofisica come spiegazione delle origini e della fine.  Riflessioni sulla curiosità dell’uomo e sulla voglia di rispondere ai “perché”.  Cenni di Fisica moderna: teorie matematiche e sperimentazione, onde elettromagnetiche e strumenti di osservazione.  I campi di applicazione delle varie teorie ed i limiti attuali per capire l’Universo  Il nuovo modo di concepire Energia, Spazio, Tempo, Materia e Antimateria  Come tutto è incominciato 13,7 miliardi di anni fa col Big Bang, le Stringhe, le Brane, le Multidimensioni  Come prevediamo che andrà a finire nei miliardi di anni che seguiranno. L'incisione dì Flammarion Un artista anonimo di fine XIX secolo raffigu- rò in questa immagine un viaggiatore che raggiunge l'orizzonte, dove il cielo incontra la Terra e fa capolino nel firmamento per scru- tare l'ignoto, in ginocchio su un paesaggio terrestre stilizzato. L'immagine, che prende il nome dall’astronomo Camille Flammarion del 1800, illustra la sete di conoscenza dell'essere umano. Le Scienze, n° 581 nov.2012, pag 88

3 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 2 Origine ed Evoluzione Riflessioni sul ‘logo’ scelto due ben definite idee barriera immaginaria barriera reale conoscenzalimitataumiltà  Le possibili interpretazioni della metafora visiva corrispondono a due ben definite idee sulla cono- scenza: o è raffigurata una barriera immaginaria che, nella realtà, la scienza è sempre in grado di attraversare, o è raffigurata una barriera reale che è possibile penetrare solo con la nostra imma- ginazione. In altri termini: la scienza può trascendere ciò che ci è familiare (rivelando nuovi oriz- zonti) ? o può solo ricordarci che la nostra prigione è ineluttabile, che possiamo avere solo una conoscenza limitata della realtà e un'illimitata umiltà ? l'ultima interpretazione teoria quantistica  Secondo l'ultima interpretazione l'artista ci dice che siamo imprigionati in una bolla finita, fatta di oggetti ed eventi familiari: possiamo aspettarci di capire il mondo di cui abbiamo esperienza diretta, ma all'esterno, l'infinito è inaccessibile all'esplorazione e alla comprensione. La teoria quantistica è spesso citata come argomento risolutivo a favore della 2° visione. All'inizio i teorici adottarono un metodo di insegnamento elusivo ed i libri di testo e gli articoli di divulgazione sono pieni di affermazioni del tipo: «Se pensi di aver capito la teoria quantistica, ti sbagli»; «La teoria è imperscrutabile e così il mondo»; «Le cose accadono senza una ragione o una spiegazione». Nessuno di questi impedimenti si è mai concretizzato sovrapposizione entanglementdiscontinuitàcasualitàrisorse sistemi computazionali imperscrutabilmente potenti creareconoscenza  Eppure gli sviluppi degli ultimi decenni contraddicono queste caratterizzazioni. Nel corso degli anni i fisici hanno spesso ipotizzalo che i limiti imposti dalla fisica quantistica avrebbero impedito di imbrigliare la natura, nel modo in cui la meccanica classica ci aveva abituati a fare. Nessuno di questi impedimenti si è mai concretizzato. Al contrario, la meccanica quantistica si è rivelata liberatoria. Le proprietà quanto-meccaniche dei sistemi fisici, quali sovrapposizione di stati, entanglement, discontinuità, casualità si sono dimostrate risorse, non limitazioni. Sfruttandole, sono stati progettati diversi dispositivi ingegnosi, dai laser ai microchip. E questo era solo l'inizio. Oggi stiamo usando sempre di più i fenomeni quantistici per comunicazioni e sistemi computazionali imperscrutabilmente potenti dal punto di vista classico. Stiamo scoprendo nuove strade per imbrigliare la natura e addirittura creare conoscenza. Le Scienze, n° 581 nov.2012 due ben definite idee barriera immaginaria barriera reale conoscenzalimitataumiltà  Le possibili interpretazioni della metafora visiva corrispondono a due ben definite idee sulla cono- scenza: o è raffigurata una barriera immaginaria che, nella realtà, la scienza è sempre in grado di attraversare, o è raffigurata una barriera reale che è possibile penetrare solo con la nostra imma- ginazione. In altri termini: la scienza può trascendere ciò che ci è familiare (rivelando nuovi oriz- zonti) ? o può solo ricordarci che la nostra prigione è ineluttabile, che possiamo avere solo una conoscenza limitata della realtà e un'illimitata umiltà ? l'ultima interpretazione teoria quantistica  Secondo l'ultima interpretazione l'artista ci dice che siamo imprigionati in una bolla finita, fatta di oggetti ed eventi familiari: possiamo aspettarci di capire il mondo di cui abbiamo esperienza diretta, ma all'esterno, l'infinito è inaccessibile all'esplorazione e alla comprensione. La teoria quantistica è spesso citata come argomento risolutivo a favore della 2° visione. All'inizio i teorici adottarono un metodo di insegnamento elusivo ed i libri di testo e gli articoli di divulgazione sono pieni di affermazioni del tipo: «Se pensi di aver capito la teoria quantistica, ti sbagli»; «La teoria è imperscrutabile e così il mondo»; «Le cose accadono senza una ragione o una spiegazione». Nessuno di questi impedimenti si è mai concretizzato sovrapposizione entanglementdiscontinuitàcasualitàrisorse sistemi computazionali imperscrutabilmente potenti creareconoscenza  Eppure gli sviluppi degli ultimi decenni contraddicono queste caratterizzazioni. Nel corso degli anni i fisici hanno spesso ipotizzalo che i limiti imposti dalla fisica quantistica avrebbero impedito di imbrigliare la natura, nel modo in cui la meccanica classica ci aveva abituati a fare. Nessuno di questi impedimenti si è mai concretizzato. Al contrario, la meccanica quantistica si è rivelata liberatoria. Le proprietà quanto-meccaniche dei sistemi fisici, quali sovrapposizione di stati, entanglement, discontinuità, casualità si sono dimostrate risorse, non limitazioni. Sfruttandole, sono stati progettati diversi dispositivi ingegnosi, dai laser ai microchip. E questo era solo l'inizio. Oggi stiamo usando sempre di più i fenomeni quantistici per comunicazioni e sistemi computazionali imperscrutabilmente potenti dal punto di vista classico. Stiamo scoprendo nuove strade per imbrigliare la natura e addirittura creare conoscenza. Le Scienze, n° 581 nov.2012

4 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 3 Origine ed Evoluzione Interesse per la Scienza e la Tecnologia ◊ N° risultati ◊ Interesse per la Scienza e la Tecnologia ◊ N° risultati ◊ Anni 1455 Stampa 1455 Stampa 1492 America 1492 America 2012 OGGI 2012 OGGI a. O Gesù a. O Gesù -753 Roma ↗ -753 Roma ↗ 476 Roma ↓ 476 Roma ↓ -IV sec Platone Aristotele -IV sec Platone Aristotele -1800 astronomi babilonesi -1800 astronomi babilonesi -VI sec. Buddha Confucio -VI sec. Buddha Confucio -III sec. Aristarco Archimede -III sec. Aristarco Archimede II sec. Tolomeo II sec. Tolomeo IX sec. Al-giabr wa IX sec. Al-giabr wa 1200 Fibonacci 1200 Fibonacci 1543 Copernico 1543 Copernico VISIONE D’INSIEME

5 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 4 Origine ed Evoluzione Visione d’insieme con risultati fino al 1500. Visione d’insieme con risultati fino al 1500. 2000 RISULTATI 1500 ↔ 2000 Progresso fra 1600 ↔ 1800 Progresso fra 1600 ↔ 1800 I,II,III leg.Keplero 1610, Studi di Galileo 1623, W. Schickhard Calcolatore mecc. 1623, W. Schickhard Calcolatore mecc. Pascal 1785 Coulomb 1785 Coulomb 1714 Fahrenheit 1714 Fahrenheit 1687 Newton 1687 Newton 1769 J.Watt 1769 J.Watt 1789 Rivoluz. Francese 1789 Rivoluz. Francese 1861 Unità Italia 1861 Unità Italia Ago.1945 Hiroshima Nagasaki Ago.1945 Hiroshima Nagasaki Progresso 1800 ↔ 2000 in prox pag. Progresso 1800 ↔ 2000 in prox pag.

6 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 5 Origine ed Evoluzione DETTAGLI 1800 ↔ 2000 Notate che questi sono solo alcuni fra gli eventi più importanti

7 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 6 Origine ed Evoluzione Cenni alle moderne teorie e limiti teorie fondamentali limiti di conoscenza  Le spiegazioni sul “grandissimo” ci forzando oggi a chiudere il cerchio col “piccolissimo” e si è tracciata una chiara linea di demarcazione fra quello che sappiamo e quello che non sappiamo sulla struttura del mondo fisico. Da un lato disponiamo di una straordinaria batteria di teorie fondamentali il cui successo è stato spettacolare, ben al di là delle previsioni, e la cui potenza nel rendere conto dì quanto osserviamo nel mondo fisico è prodigiosa. Ma dall'altro lato esistono limiti di conoscenza sempre più nitidi. teorie fondamentali (1) (2) (3)  Le teorie fondamentali sono: (1) la meccanica quantistica [quadro generale per compren- dere i fenomeni dinamici], (2) il modello standard delle particelle elementari [descrive la materia e le forze non gravitazionali, non «l’oscuro»], (3) la relatività generale [descrive lo spazio, il tempo e la gravità, ma non si sa come raccordarla con la gravità quantistica]. limiti (a) (b) (c)  I limiti sono pure tre: (a) la materia oscura e l’energia oscura, (b) il problema dell’unifi- cazione delle teorie nella “teoria del tutto”, (c) la gravita quantistica e sue conseguenze. Non vediamo pressoché nulla che le contraddica verificati  Oggi quasi non esiste fenomeno fisico che osserviamo, che non sia comprensibile, almeno in linea di principio, in termini delle tre teorie. Non vediamo pressoché nulla che le contraddica ed i fenomeni più spettacolari previsti da queste teorie, compresi quelli che all'inizio sembravano non plausibili, sono stati verificati.  Alcuni esempi  Alcuni esempi: le correlazioni quantistiche a distanza (entanglement), l'esistenza di particelle elementari previste prima di essere osservate, come i bosoni vettori osservati da Rubbia, il quark charm previsto da Maianì, Glashow e Iliopoulos o la particella di Higgs, i buchi neri, l'espansione dell'universo, le lenti gravitazionali e altro ancora …

8 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 7 Origine ed Evoluzione Campi di validità delle Teorie Teorie Campi di Applicabilità Meccanica Classica Velocità Distanze pratiche dell’elettronica Il mondo della Fisica da -∞ a + ∞ è oggi affrontato con diverse Teorie, più o meno contigue ma non unificate, che hanno i Campi di Applicabilità qui sotto indicati. La Meccanica Classica che descrive nel modo più semplice i fenomeni a Velocità > 10 -9 m, non è più valida negli altri casi, che oggi sono alla base di alcune applicazioni pratiche dell’elettronica !! Inutile dire che gli altri 3 Campi sono quelli più stimolanti e affascinanti ! Inutile dire che gli altri 3 Campi sono quelli più stimolanti e affascinanti affascinanti !

9 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 8 Origine ed Evoluzione Una precisazione sulle onde E-M Al variare di un solo parametro dell’energia elettromagnetica …. f 2,7 °K Solo per ricordarvi che al variare della frequenza f di un’onda elettromagnetica succedono cose quasi miracolose: isolanti diventano conduttori e viceversa e si aprono ben 3 (finora ?) “finestre” dei nostri sensi sull’Universo: il calore, la luce, la morte e.. chi sa se percepiamo altro. Non dimenticate : anche la prima luce partita è divenuta il “fondo cosmico a 2,7 °K “.

10 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 9 Origine ed Evoluzione Modello standard delle particelle ► Le particelle della materia ordinaria solo il  4,9 % sono solo il  4,9 % del totale ! La maggioranza della massa-energia è :  Materia oscura  25 %  Energia oscura  70 % [ “oscure” non perché non si vedono, ma perché non ne sappiamo quasi niente ]. Il modello standard Il modello standard Materia ordinaria

11 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 10 Origine ed Evoluzione Effetti della “materia oscura” Le galassie satellite ► Le galassie satellite I calcoli teorici prevedono centinaia di medio-piccole pallini blu galassie intorno alla Via Lattea. Nuove ricerche sperimentali hanno indi- viduato queste galassie (pallini blu) fatte intera-mente da materia oscura. La nostra galassia risuona come un gong ! La nostra galassia risuona come un gong ! ► Nel 1950 si era osservata una deformazione della Via Lattea attribuita alle nubi di Magellano, Gran-de e Piccola ma la loro massa era scarsa! Ora con la scoperta della Mat.Oscura, tutto è più chiaro …

12 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 11 Origine ed Evoluzione Strumenti di osservazione Arecibo SKA VLA Croce d-Nord (BO) SETI Medicina (BO) Galileo, cannocchiale Satelliti di Giove Dalla luce alle radiofrequenze Dalla luce alle radiofrequenze Hubble [ L’erede sarà: James Webb Space Telescope ] E-ELT   100 m

13 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 12 Origine ed Evoluzione Scala dell’ Universo “Grandissimo” e nomi delle Unità di Misura (potenze di 10) Un ‘tutorial tool’ sul web: come si usa: http://htwins.net/scale2/index.htmlhttp://htwins.net/scale2/index.html

14 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 13 Origine ed Evoluzione COSMO: immagini e proporzioni ns. Galassia Galassia a spirale dall’alto Hubble Proporzioni del Sole http://www.youtube.com/watch?v=aGtILkk9L14 http://www.youtube.com/watch?v=aGtILkk9L14 http://www.youtube.com/watch?v=aGtILkk9L14 vedi: http://www.youtube.com/watch?v=aGtILkk9L14 « Le meraviglie del cosmo » ! Pilastri Nebula dell’Aquila, Hubble

15 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 14 Origine ed Evoluzione Cosmo: costellazioni, galassie, etc.. Galassia e Buco nero SOLE, flares BUCO NERO, radiazione ANDROMEDA GEMELLI PEGASO TESTA DI CAVALLO GEMELLI LEONE ORIO, CANE Magg. DRAGO

16 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 15 Origine ed Evoluzione E adesso capiamo il Big Bang ! Su una sfera intorno alla galassia Tutto cominciò con formule che non tornavano e ricezione di strani segnali da tutte le direzioni … ma è finita con premi Nobel e cattedre universitarie ! quella del Big Bang è una delle più accettate teorie al mondo Poi gli strumenti hanno confermato le teorie ed oggi ci sono limiti e difficoltà, ma quella del Big Bang è una delle più accettate teorie al mondo. ↙ Radiazione di fondo WMAP a 2,7°K ◄ Rappresentazione piana di una sfera, analoga al planisfero

17 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 16 Origine ed Evoluzione Hubble: dal tempo zero ad oggi Inflation OGGI si accendono le stelle fine dell’epoca buia si sono formati il nostro sole e la Terra Scala logaritmica ◄ EVOLUZIONE

18 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 17 Origine ed Evoluzione Altri dettagli del Big Bang

19 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 18 Origine ed Evoluzione Altre rappresentazioni Nelle figure sono mostrate due rappresentazioni equi- valenti del Big Bang che commenteremo a voce e che aiu- tano il nostro intuito (non per l’origine dello spazio-tempo) Meditate in particolare su due concetti molto difficili da immaginare:  l’inflazione iniziale,  la nascita di spazio e tempo col Big Bang Meditate in particolare su due concetti molto difficili da immaginare:  l’inflazione iniziale,  la nascita di spazio e tempo col Big Bang Naturalmente il pavimento non c’è, è solo per aiutare l’occhio alla prospettiva …

20 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 19 Origine ed Evoluzione Origine del Big Bang Ma da dove viene fuori il Big Bang : da Dio, dal nulla ?? Non c’è bisogno di fare ipotesi così “a - scientifiche”, fra l’altro non c’era un «prima» né per lo spazio né per il tempo, entrambi creati subito dopo l’Inflazione a 10 -43 sec. Parametri nulli e quindi anche Energia = 0 non significa necessariamente che tutto è nullo, per esempio E TOT = E 1 +E 2 = 0 se E 1 = −E 2. Comprendiamo con un esempio: se in una pianura, piana isolata da tutto, cercate di creare una collina, accumulando terra interna al sistema, dovrete usare la terra di una grossa buca che scaverete … Scrivendo in maniera più scientifica, avremo: ∑ E + = ∑ E − e poiché conosciamo l’energia-massa negativa o antimateria, abbiamo compreso il mistero ! Basta cioè una fluttuazione dell’equilibrio per creare “dal nulla” energia-massa «+» e «−». La figura a pagina seguente ci dà un’idea di tale fluttuazione secondo la teoria delle stringhe (multi-brane), generabile secondo le leggi della meccanica quantistica, che consente di far apparire «per un po’.. qualcosa». [ senza Causalità ] Qualcuno obbietterà: “Ma Chi ha voluto/creato le leggi della meccanica-quantis.?“. Beh, quel Chi doveva occupare uno spazio e un tempo che non esistevano ancora ! Esempio: “Le piante crescono bene per l’acqua piovana, che è dovuta alle nuvole, generate dal calore del sole, nato dalla fusione nucleare dell’idrogeno, dopo il Big Bang che ha creato lo spazio-tempo, generandosi da una singolarità, senza prima !”

21 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 20 Origine ed Evoluzione Big Bang e Teoria delle stringhe

22 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 21 Origine ed Evoluzione Possibili evoluzioni future 4 Teorie base: A.tutto nasce col BB B.leggi gravitazione quantistica C.da spazio esterno (multi-brane) D.universo ciclico: espansione/collasso/espansione Big Chill Big Rip Big Crunch Blackout Big Bang

23 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 22 Origine ed Evoluzione Scala dell’ Universo /3 È un ‘tutorial tool’ sul web: come si usa ? http://htwins.net/scale2/index.html

24 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 23 Origine ed Evoluzione... E per finire un filmato Prima di chiudere quest’incontro vorrei farvi vedere un video che mi ha dato un’intensa emozione: TUTTA LA NOSTRA VITA IN DUE MINUTI http://www.youtube.com/watch?v=MrqqD_Tsy4Q Prima di chiudere quest’incontro vorrei farvi vedere un video che mi ha dato un’intensa emozione: TUTTA LA NOSTRA VITA IN DUE MINUTI http://www.youtube.com/watch?v=MrqqD_Tsy4Q E’ un breve filmato (2 minuti, appunto) che parte dal Big-Bang e fa scorrere il tempo del Cosmo fino alla sua fine (secondo una delle teorie illustrate prima), con una sequenza velocissima d’immagini. La scala dei tempi è volutamente non proporzionale per dare enfasi ai principali eventi della storia dell’Umanità. Il ritmo della colonna sonora è incalzante come le immagini. L’effetto è impressionante e le emozioni che risveglia sono tante; per me è stato un insegnamento sull’importanza relativa delle cose umane nel con- testo dell’Universo (… se è uno solo...?!) vediamo ------ ► ► ►

25 File: OrigineUniverso,U3-gen-'13,MdB.pptx Con informazioni, video e foto ricavate da riviste specializzate e dal Web M.Della Bruna - Pag. 24 Origine ed Evoluzione Conclusioni e domande Ogni incontro volontario fra persone nasce “fortunato” perché:  Tutti sono venuti senza costrizioni né preconcetti, in totale relax  Le intenzioni sono le migliori anche se la materia è complessa  La competizione e l’esibizionismo non hanno motivo di essere  La curiosità e la voglia di “auto-sfidarci” sono la molla ispiratrice Allora spero che ne abbiate approfittato !!! Avete accettato con pazienza l’introduzione “critica” e storica … Avete accettato con pazienza l’introduzione “critica” e storica … Siete sopravvissuti alle inevitabili slides di Fisica (premessa necessaria). Siete sopravvissuti alle inevitabili slides di Fisica (premessa necessaria). Vi siete risparmiate tutte le difficili formule, a favore dell’intuizione. Vi siete risparmiate tutte le difficili formule, a favore dell’intuizione. Spero abbiate recepito lo spirito non accademico ma “curiosemico” Spero abbiate recepito lo spirito non accademico ma “curiosemico” Non potete negare che video e foto siano state elaborate per “Voi”. Non potete negare che video e foto siano state elaborate per “Voi”. Ora capiremo certo di più tante cose e faremo domande migliori. Ora capiremo certo di più tante cose e faremo domande migliori. Partecipate con idee o suggerimenti per i prossimi (forse) incontri. Partecipate con idee o suggerimenti per i prossimi (forse) incontri.