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Dopo Galileo: un altro Universo Grazie alla geniale capacità di Galileo di costruire strumenti quasi perfetti, e di usarli con la piena consapevolezza.

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Presentazione sul tema: "Dopo Galileo: un altro Universo Grazie alla geniale capacità di Galileo di costruire strumenti quasi perfetti, e di usarli con la piena consapevolezza."— Transcript della presentazione:

1 Dopo Galileo: un altro Universo Grazie alla geniale capacità di Galileo di costruire strumenti quasi perfetti, e di usarli con la piena consapevolezza di fare un passo in avanti decisivo, inizia una rapida crescita sia nelle osservazioni celesti, sia nella progettazione e costruzione di nuovi strumenti. Keplero sintetizza le leggi della cinematica dei pianeti. Poco dopo, con Newton, si compiono I due passi decisivi per lo sviluppo dell’Astronomia, almeno quanto l’invenzione del telescopio: la formulazione della legge di gravitazione universale, e la costruzione dell’analisi matematica. In attesa di Albert Einstein… CMS /2011

2 - Nicolò Copernico, Johannes Kepler, Isaac Newton - Nuovi telescopi - Huygens, Cassini - Herschel, Messier - Dal Settecento: meccanica celeste: Euler, Laplace, Lagrange - La pesata della Terra: Cavendish - L’Ottocento: gli spettri - la scoperta di Nettuno e la non-scoperta di Vulcano - Il Novecento: Einstein e la Relativitò - Hubble, I grandi Telescopi riflettori - Il Novecento: dal cielo, non solo luce: onde e particelle. CMS /2010 Dopo Galileo: un altro Universo

3 Dagli antichi, ai Greci, agli Arabi… Dagli antichi, primi osservatori del cielo, erano ormai passati migliaia di anni. Tuttavia il solo strumento utilizzato era stato l’occhio umano. E se anche supportato dall’intelligenza, dallo spirito di scoperta, da una mentalità matematica, poco poteva fare d fronte alle immense distanze degli astri. Niente di nuovo accadeva nel cielo notturno. O meglio…Qualcosa in realtà, nella fissa immobilità del cielo, ogni tanto cambiava. Comete, stelle cadenti, eclissi. La comparsa di nuove stelle che vivevano per pochi mesi. La Novae. CMS /2011

4 Le SuperNovae prima del ‘ nella costellazione del Centauro, SN 185, osservata dai Cinesi nella costellazione del Lupo, SN 1006, osservata da astronomi europei ed orientali nella costellazione del Toro, SN 1054, formazione della Nebulosa del Granchio, registrata dagli astronomi cinesi e forse dagli indiani d'America nella costellazione del Cigno, SN 1181, probabile formazione della pulsar 3C 58, osservata da astronomi cinesi e giapponesi. L’esplosione di una supernova, di una stella lontana, forse mai vista ad occhio nudo, era stata osservata nel passato poche volte. Una stella che appariva improvvisamente, e dopo pochi mesi scompariva… Cosa ci può essere di più impressionante… CMS /2011

5 Le SuperNovae tra ‘500 e ‘ nella costellazione di Cassiopea, supernova osservata da Tycho Brahe, il cui libro De Nova Stella (Sulla stella nuova) dette origine al nome "nova" per questo tipo di stelle supernova nella costellzione di Ofiuco, SN 1604, osservata da Giovanni Keplero (stella di Keplero). Ultima supernova osservata nella nostra galassia. Visibile ad occhio nudo per 18 mesi Questa stella fu osservata anche da Galileo. CMS /2011

6 Nicolò Copernico ( ) Mikolaj Kopernik Circa nel 1495 Copernico venne in Italia, dove studiò diritto presso l'Università di Bologna (diritto civile e diritto canonico,) Qui incontrò Domenico Maria Novara da Ferrara, già celebre astronomo, che ne fece il suo allievo ed uno dei suoi più stretti collaboratori. Con lui, mentre studiava diritto civile a Ferrara, Copernico fece le prime osservazioni nel 1497, così come ricorda nel De revolutionibus orbium caelestium. Anche se un modello eliocentrico era stato proposto già in Grecia, con Eudosso di Cnido, Eraclito Pontico e in particolare Aristarco di Samo; tuttavia l’idea di Copernico non si affermò che molto lentamente nel corso del secolo successivo. Qui si laureò nel 1503 in diritto canonico, e qui si suppone abbia letto scritti di Platone e di Cicerone circa le opinioni degli Antichi sul movimento della Terra. Qui, dunque, si ipotizza che possa avere avuto le prime intuizioni per lo sviluppo delle sue idee successive. Nel 1504 cominciò a raccogliere infatti le sue osservazioni e le sue riflessioni che entreranno nella composizione della sua teoria. Thomas Kuhn, “La rivoluzione copernicana” CMS /2011

7 ...e poi Galileo, a Pisa, naturalmente! Insomma, tutto quello che si poteva scoprire in cielo, con un cannocchiale da 30 ingrandimenti, fu reso disponibile alla speculazione degli astronomi e naturalisti. Galileo aveva aperto una reale, nuova finestra nell’indagine del Cielo; fece infatti conoscere al mondo le valli ed i monti della luna, i satelliti di Giove, le fasi di Venere, le strane gobbe di Saturno, le macchie solari, le nebulose. CMS /2011

8 Johannes Kepler ( ) In seguito alle osservazioni e misure sempre più accurate, che decine di oscuri astronomi avevano fatto nell’arco di secoli, Keplero formalizzò nelle sue tre leggi, la regolarità (approssimativa) compatibile con le misure, che emergeva nel moto dei Pianeti. (1608, 1609, 1619) Nonostante la scoperta dei satelliti di Giove e l’osservazione sistematica del loro moto fatta da Galileo, non era ancora stato abbandonato il modello tolemaico, il quale dava ancora delle previsioni sul moto dei pianeti migliori di quelle ottenibili con il modello copernicano. Le orbite dei pianeti sono seppur di poco, ellittiche, e non circolari e se non si tiene conto di questo, le previsioni non possono competere con il secolare lavoro osservativo degli astronomi dell’antichità. Keplero ereditò da Tycho Brahe una gran quantità dei più precisi dati mai raccolti sulle posizioni dei pianeti. Egli fu capace di dedurre le sue leggi sul moto dei pianeti senza conoscere le loro esatte distanze dal Sole, poiché le sue analisi geometriche richiedevano solo il rapporto tra le rispettive distanze dal centro del moto. CMS /2011

9 I legge (1608) Ilmoto dei pianeti descive un’ellisse della quale il sole occupa uno dei fuochi II legge (1609) il raggio vettore di ogni pianta spazza area uguali in tempi uguali III legge (1619) il quadrato del periodo di rotazione èproporzionale al cubo dei semiassi maggiori delle orbite Le prime due leggi furono enunciate in un libro di astronomia; la terza, invece, fu inserita in un testo che si occupava anche di musica e di astrologia. Keplero sostenne l'idea che la musica e il sistema solare fossero manifestazioni della stessa armonia; quasi come se le posizioni dei vari pianeti, similmente ai tasti di un pianoforte, dovessero corrispondere alle note. Per la prima volta nella storia della scienza Keplero elimina dall'astronomia le sfere celesti e ipotizza per i pianeti un moto diverso da quello circolare. Inoltre, poiché l'ellisse è una figura piana, i moti dei pianeti avvengono in un piano, detto piano orbitale. La velocità lungo l’orbita è inversamente proporzionale al modulo del raggio vettore. Questa è una conseguenza della conservazione del momento angolare. La terza legge è la più complessa e più difficilmente deducibile dai dati a disposizione. Ma è anche quella che fornisce l’indicazione implicita della relazione che intercorre tra raggio e periodo. In altre parole, è una soluzione di un’equazione del moto, ancora da formalizzare. è su queste leggi, empiriche, che Newton si baserò per dedurre la prima Legge fisica che descriveva il comportamento della Natura in termini matematici (algebrici): la Legge di Gravitazione Universale. CMS /2011 Johannes Kepler ( )

10 Isaac Newton ( ) Isaac Newton è considerato il fondatore della Scienza nella sua accezione moderna. Difficile negarlo, anche se dovrebbe condividere questo importante ruolo con altri suoi colleghi. A cominciare da Galileo, Hooke, Halley, Descartes… Si occupò di tutte le discipline che rappresentavano I confini della Scienza a quel tempo: fisica, astronomia, ottica. Ma fu anche astrologo, alchimista e mago. E fu il matematico che cambiò lo scenario della matematica, costruendo il calcolo infinitesimale. Isaac Newton era di carattere chiuso, anche perché ebbe un infanzia difficile. Passò gli anni della Grande Peste di Londra chiuso nella sua tenuta per paura di contrarre il morbo. Si dice che abbia riso una sola volta in vita sua: quando uno studente gli chiese se valesse la pena di studiare gli Elementi di Euclide. CMS /2011

11 I principi della Dinamica An impressed force is an action exerted upon a body, in order to change its state, either of rest, or of moving uniformly forward in a right line. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (I principi matematici della filosofia naturale) è un'opera in tre volumi di Isaac Newton, pubblicata il 5 luglio È unanimemente considerata una delle più importanti opere del pensiero scientifico. In essa Newton enunciò le leggi della dinamica e la legge di Gravitazione Universale. Since the ancients (as we are told by Pappas), made great account of the science of mechanics in the investigation of natural things; and the moderns, lying aside substantial forms and occult qualities, have endeavoured to subject the phænomena of nature to the laws of mathematics, I have in this treatise cultivated mathematics so far as it regards philosophy. CMS /2011 Isaac Newton ( )

12 M x m F = G ———— r 2 M, m = masse dei pianeti R = distanza tra i centri G = costante (?) Basandosi sui dati esistenti, molto precisi, Newton osservò che il rapporto tra le accelerazioni sulla Terra, g, e della Luna nella sua orbita, a r = v 2 /r, era circa uguale al quadrato del rapporto tra la distanza Terra-Luna ed il raggio terrestre. a r /a R = (R/r) 2 Grazie alle sue profonde conoscenze di matematica, Newton aveva introdotto idee importanti ed innovative, come il calcolo infinitesimale. Ormai la nuova matematica diventava un potente strumento per formalizzare le nuove leggi della Fisica. L’ipotesi più innovativa, di rottura con il passato fu che la natura della forza che attirava I corpi sulla terra (come la famosa mela), era la stessa di quella che permetteva alla luna di orbitare intorno alla terra. Ma prima ancora, Newton aveva ipotizzato che il moto verso il basso non fosse naturale, intrinseco ai corpi ‘pesantì, ma dovuto ad una causa esterna, la forza. CMS /2011 Isaac Newton ( )

13 Dal punto di vista filosofico (e teologico), con l’assunzione che Cielo e Terra sono governati dalle stesse leggi, e che queste leggi non sono ‘rivelate’ ma ‘scoperte’, Newton introduce una cesura definitiva con il passato. Da qui la Scienza si può sviluppare in modo autonomo. E lo studio del Cielo non è più lo studio di cose vicine a Dio, ma un luogo che, seppur ancora misterioso, è un Universo da scoprire e da spiegare. Ma fino alla verifica sperimentale che la legge di gravità aveva il valore e l’andamento previsto da Newton, il suo rimaneva pur sempre solo un bellissimo modello che spiegava ‘empiricamente’ le leggi di Keplero. Fu Cavendish solo nel 1798 che fece la prima misura diretta della forza di gravitazione universale; in pratica pesò la Terra! Newton oltre al cambiamento improvviso di paradigma citato, compie, forse in maniera più silenziosa, un’altra rottura con il passato: Introduce nello studio della Scienza l’uso della Matematica come strumento interno e discriminante: solo ciò che si può descrivere in termini matematici può essere considerato ‘di scienza’. E questa è già Scienza moderna. Da Newton a Cavendish, nel 1798 Oggi tuttavia, si pone in dubbio che la Legge di GU debba valere anche a piccole distanze, inferiori a qualche micron. CMS /2011

14 Nuovi strumenti per osservare il cielo Dopo I primi strumenti artigianali del ‘600, costruiti dagli stessi astronomi, come fecero Galileo, Keplero e Newton, il ‘700 vede lo sviluppo rapido di nuovi strumenti, riflettori e rifrattori. Si misero all’opera dei veri professionisti, tecnici che si specializzarono nel perfezionamento delle varie componenti: ottica, meccanica, movimentazione. Gli studi di ottica sono arrivati al punto di permettere la correzione delle aberrazioni cromatiche e sferiche. Quindi migliora il potere risolutivo. I vetri vengono fatti fondere appositamente, controllando le impurità e le microdeformazioni dovute ai processi di fusione. La tecnologia, una volta ancora, viene in aiuto alla Scienza. Telescopio a rifrazione con configurazione terrestre, firmato dalla ditta Dollond, costituito da un tubo di ottone annerito internamente. Presenta un obiettivo di 95 mm di apertura e 1600 mm di distanza focale, e un oculare composto che ingrandisce 50 volte. Telescopio tipo Gregory Costruttore: James Short Luogo: Londra Data: Seconda metà XVIII sec. Materiali:Legno, metallo Dimensioni: Lunghezza 2050 mm CMS /2011

15 Alla fine del ‘600: Huygens, Cassini Christian Huygens nacque a L'Aja, il 14 aprile 1629, dove morì l’8 luglio 1695; matematico, astronomo e fisico olandese fu fra i protagonisti della rivoluzione scientifica. Fu l'inventore dell'orologio a pendolo, che brevettò. Dopo che Galileo aveva affidato i disegni di un prototipo al figlio Vincenzo il quale li inviò in Olanda… Propose la teoria ondulatoria della luce, che gli permise di capire meglio il funzionamento del telescopio. Quindi riuscì a migliorare notevolmente gli strumenti astronomici, costruendo un oculare adatto a ridurre l'aberrazione cromatica. Queste migliorie ottiche gli consentirono di scoprire gli anelli di Saturno e la sua luna più grande, Titano (nel 1665). Quanto più diventavano sofisticati gli strumenti di misura, tanto più i pianeti mostravano stranezze ed anomalie rispetto alla semplice perfezione di pochi decenni prima. Il modello di Universo doveva adattarsi a queste nuove scoperte. Cassini lavorò come astronomo presso l'Osservatorio di Panzano dal 1648 al Prima Professore di astronomia all'Università di Bologna; quindi divenne, nel 1671, direttore dell'Osservatorio di Parigi. Assieme a Hooke, Cassini scoprì la Grande Macchia Rossa (circa 1665); per primo osservò quattro delle lune di Saturno. Scoprì la Divisione (di Cassini) negli anelli di Saturno.. Nel 1690, fu il primo ad osservare la rotazione differenziale dell'atmosfera di Giove. CMS /2011

16 Il Settecento: Messier, Herschel Nel 1774 Messier, astronomo francese, dopo anni di osservazioni celesti spesso alla caccia di comete, pubblica un catalogo che raccoglio 110 oggetti celesti. E’ l’inizio di un lungo lavoro, valido tutt’oggi e che ancora non ha fine. La paziente attesa del cacciatore di comete fu premiata quando, nel 1758, dopo 76 anni da quando Halley l’aveva scoperta e ne aveva calcolato l’orbita, ricomparve la splendida cometa che porta ancora il nome dell’astronomo inglese, Nel 1781, William Herschel scoprì Urano utilizzando un modesto telescopio da 18 cm. Questa scoperta, fu totalmente casuale: aveva notato la presenza di qualcosa che egli pensò essere una cometa, per la forma non perfettamente sferica. Fece così una comunicazione ufficiale alla Royal Society, la quale constatò che egli aveva invece scoperto un pianeta. Di Urano scoprì anche l’anello, debole, che lo caratterizza. Era il primo nuovo pianeta del Sistema Solare. CMS /2011

17 Con l’eccezionale sviluppo del calcolo differenziale dovuto a Euler, Laplace (ma anche a Lagrange, nato a Torino), alla fine del ‘700, si era in grado di calcolare le previsioni sul moto di un pianeta, data una certa distribuzione degli altri corpi celesti. Con una precisione estrema, e senza l’aiuto dei calcolatori (ma delle tavole dei logaritmi sì!). Contemporaneamente, la precisione nelle osservazioni e nelle misure dei passaggi dei vari pianeti era stata grandemente migliorata sia dalla costruzione di orologi molto precisi, sia dalla costruzione e istallazione di nuovi, potenti telescopi. E ben presto, un altro strumento rivoluzionò la tecnica di ‘visione’: la lastra fotografica, che permise man mano che ne veniva perfezionata la chimica, tempi di esposizione (osservazione) sempre più lunghi. E quindi, maggiore sensibilitò agli oggetti celesti più deboli (e lontani). I cannoccchiali erano ormai solo un lontano ricordo. L’Ottocento: splendore e crisi CMS /2011

18 Dopo un periodo nel quale si effettuarono misure sempre più precise del moto degli oggetti celesti, se ne costruiva un catalogo in base alla loro ’grandezza’ (luminosità apparente) con Messier (1774), e tuttavia il metodo di misura non cambiava, come non cambiano le grandezze che si misuravano, una rivoluzione era alle porte: un nuovo strumento di indagine apriva una nuova finestra sull’Universo: la spettroscopia. già Newton aveva formulato una teoria (a dire il vero ben strana!) per spiegare il fatto che la luce in certe condizioni (prisma, pellicole sottili) presentava una natura ben più complessa. Ma nell’Ottocento si comincia a collegare la anomala comparsa (o scomparsa) di alcuni colori alla presenza di alcune sostanze (spettri di missione e di assorbimento). Spettro continuo (termico); di assorbimento; di emissione (idrogeno) Transizioni tra livelli discreti che danno origine a righe di emissione, segnatura inconfondibile di una data sostanza (atomo o molecola): vere e proprie impronte digitali, o meglio, genetiche. CMS /2011 L’Ottocento: splendore e crisi

19 Fraunhofer, Kirchoff e Bunsen, agli inizi dell’Ottocento, contribuirono a scoprire nella luce delle stelle, che già apparivano di colori diversi (Arturo, gigante rossa) le stesse ‘righe’ che si vedevano in laboratorio; questo fatto permetteva di dare una interpretazione universale dei meccanismi di formazione stellare. Solo alla fine del ‘700 si comincia ad ipotizzare l’esistenza di molte specie di gas. Oltre all’ossigeno scoperto (?) intorno al 1785 da Lavoisier (o Priestley?). Quindi la presenza di gas viene identificata nei Laboratori attraverso le loro ‘impronte digitali’: gli spettri di emissione e di assorbimento. Diventava veramente semplice risalire alla composizione delle stelle osservando la loro luce con uno spettrometro. CMS /2011 L’Ottocento: splendore e crisi

20 Il matematico e astronomo francese Urbain Jean Joseph Le Verrier nella prima metò dell’Ottocento, in seguito alle osservazioni delle anomalie dell’orbita di Urano che erano state da tempo messe in evidenza da alcuni astronomi, tra I quali Bouvard e Bessel, e ad accurate misure, aveva indicato agli osservatori la direzione dove puntare gli strumenti. Solo il tedesco Johann Gottfried Galle, dell’Oservatorio di Berlino, aveva seguito le sue indicazioni e avendo puntato gli strumenti dove aveva previsto esserci un nuovo pianeta, in una solo notte di osservazioni, il 23 settembre 1846 aveva scoperto Nettuno! Nettuno Telescopio costruito da Tito Gonnella. Fu presentato al Terzo Congresso degli Scienziati Italiani a Firenze nel La sua realizzazione si inserisce nella polemica tra i sostenitori di telescopi rifrattori (che usavano lenti per formare l'immagine astronomica) e telescopi riflettori (che usavano specchi). Il limite dei telescopi a specchi era la bassa riflettività delle superfici riflettenti. Infatti a quel tempo non si conoscevano ancora le procedure di alluminatura, oggi usate correntemente. CMS /2011 L’Ottocento: splendore e crisi

21 Successivamente, con lo stesso ragionamento, nella seconda metò dell’Ottocento, Le Verrier con motivazioni analoghe, avanza val’ipotesi dell’esistenza di un nuovo pianeta che venne (forse prematuramente…) battezzato Vulcano, interno al sistema solare. Questa ipotesi poteva spiegare il valore anomalo della precessione del perielio dell’orbita di mercurio. Per decenni molti astronomi credetterero di aver scoperto quello che ‘doveva’ esistere in quanto previsto da una teoria ‘vero’. Nel 1915 Albert Einstein annunciò che la sua teoria della relatività generale prevedeva, anche in assenza di interazioni con altri pianeti, una precessione del perielio di entità pari alla differenza osservata. Questo rappresentò una delle prime conferme sperimentali della teoria. Mercurio La precessione del perielio è maggiore per i pianeti più interni, in particolare si osserva per Mercurio una precessione di 574 secondi d'arco al secolo. Il dato sperimentalmente osservato per Mercurio differisce di circa 43"/secolo da quello calcolato in base alle leggi della meccanica classica.. CMS /2011 L’Ottocento: splendore e crisi

22 Un altro importante balzo in avanti La capacitò di determinare la presenza di un elemento con precisione, permise di calcolarne le differenze rispetto alle misure in laboratorio. Questo seplice fenomeno permetterò agli inizi del Novecento di determinare anche la velocitò della stella emittente dal valore dello spostamento verso le basse frequenze dello spettro (Effetto Doppler). Doppler, Christian Johann (Salisburgo Venezia 1853), fisico e matematico austriaco. Studiò a Salisburgo e a Vienna; fu poi professore della Scuola tecnica a Praga e del Politecnico a Vienna dove, nel 1850, divenne direttore dell'Istituto di fisica dell’Università. Effetto Doppler E’ il enomeno fisico che consiste in una variazione della lunghezza, o della frequenza, di un'onda percepita da un osservatore che si trovi in moto relativo rispetto alla sorgente emittente CMS /2011 L’Ottocento: splendore e crisi

23 Alla fine dell’Ottocento stanno cambiando molte cose. Da tempo Maxwell ha sistemato con il suo sistema di equazioni, semplice e simmetrico, tutte (o quasi…) le questioni riguardanti l’elettromagnetismo. Boltzmann ha dimostrato che sistemi costituiti da un numero elevatissimo di elementi possono essere trattati con la opportuna statistica. La fisica atomica stava scoprendo il primo costituente dell’atomo, l’elettrone. Non immaginando il vaso di Pandora che si stava per scoperchiare. Nel frattempo gli spettroscopisti osservavano e misuravano, in maniera sempre più precisa, I segnali ancora misteriosi che lanciavano I sistemi atomici, ancora da scoprire. La scoperta dei raggi X apriva un baratro sulla comprensione della materia. E poi, l’esperimento di Michelson e Morley; il lavoro di Planck. Il Novecento si sta avvicinando E ciascuna di queste scoperte avrà ripercussioni fondamentali su l’astronomia e porteranno a nuove conoscenze sull’Universo. La mappa del cielo in ‘luce gamma’ ricostruita con i dati del satellite Fermi CMS /2011

24 Il Novecento: relativamente parlando… (6  G M)  = c 2 (1 - e) a e = eccentricità a = semiasse maggiore c = velocitò della luce A proposito della precessione del perielio di Mercurio. Nel 1915 Albert Einstein pubblicò la sua teoria della Relatività Generale.Tra le varie previsioni (verificabili) c’era anche la spiegazione del valore anomalo della precessione dell’asse dell’orbita di Mercurio, Il valore previsto per ogni orbita (che in realtò non è più una linea chiusa…) era di ’’ che moltiplicato per le 415 orbite percorse dal pianeta in un secolo, dava giusto la differenza rispetto al valore previsto dalla legge di Newto, il quale veniva tranquillamente messo a riposo. Questo rappresentò una delle prime conferme sperimentali della teoria. Relatività Ristretta Relatività Generale CMS /2011

25 La prima verifica della Relativita Generale è consistita nella misura della variazione apparente della posizione di una stella, dovuta alla deviazione della luce che passa in prossimità del sole. Tale misura fu effettuata durante un’eclisse di sole: la posizione reale della stella poteva essere successivamente misurata con precisione di notte. La differenza tra le due posizioni dava direttamente la deviazione dovuta alla presenza della massa solare. Tale misura non fu eseguita prima del 1919 a causa della Guerra. Nel 1915 Albert Einstein, che ha una cattedra a Berlino, pubblica una teoria per rendere compatibile la gravità con la Relatività (ristretta); tale teoria prese il nome di Relatività Generale e fu accolta con grande scalpore, ammirazione e sconcerto (soprattutto in Italia…). Einstein rivoluzionava la gravità di Newton, il quale aveva proposto la sua Legge basandosi soprattutto su le osservazioni e misure degli astronomi; la Teoria di Einstein, al contrario, veniva dedotta da considerazioni logico- deduttive e da principi generali. Quindi aveva bisogno di essere verificata. Ma in Europa era in corso la I Guerra Mondiale che vedeva da una parte la Germania patria dei maggiori fisici teorici del tempo, dall’altra Gran Bretagna, Francia e Stati Uniti, che avevano enormi potenzialità di sviluppo nella Ricerca. Per questo le nuove idee di Einstein tardarono a diffondersi nel resto del mondo. terrasole S S’  CMS /2011 Il Novecento: relativamente parlando…

26 La principale misura che contribuì a verificare la Relativita Generale fu la misura della deviazione della luce delle stelle che passa in prossimità del sole; questa misura può essere effettuata solamente durante un’eclisse di sole. Infatti la posizione relativa della stella rispetto alle altre, poteva anche essere misurata di notte. La differenza dava direttamente la deviazione dovuta alla presenza della massa solare. Tuttavia, tale misura non fu eseguita prima del 1919 in quanto era in corso la I Guerra Mondiale. Alla prima occasione, l’astronomo Lord Eddington organizzò la misura durante l’eclisse del 29 maggio 1919 nell’Isola di Principe, davanti alla costa atlantica dell’Africa.. Il risultato fu strabilinate: la RG prevedeva  = 1.75 “. Il risultato fu:  = (2.0 +/- 0.3)”, 95% CL Il 6 novembre alla Royal Society di Londra ci fu la discussione sui risultati. Il povero Newton, ormai, era stato definitivamente superato. E’ interessante osservare che dopo alcuni decenni, analizzando di nuovo le lastre usate per le misure, fu stimato che l’incertezza della misura era dello stesso ordine della misura stessa, inficiandone il livello di confidenza. Tuttavia, nell’autunno del 1919, in Brasile l’astronomo Sobral aveva confermato il risultato di Lord Eddington.  = (4 G M R) / (c 2 Rr) CMS /2011 Il Novecento: relativamente parlando…

27 L’ipotesi che l’Universo sia in una fase di espansione poggia su solide e innumerevoli misure effettuate su una varietà di galassie, basandosi soprattutto sull’effetto Doppler. Poichè era facile evidenziare delle emissioni tipiche provenienti da una galassia, dal grado di spostamento verso il rosso di quelle frequenze veniva valutata le velocitò relativa. Questo fenomeno si chiama red-schift. Il Novecento: Edwin Hubble Ma fu con grande sorpresa che nel 1929 Hubble scoprì che questa velocitò cresceva all’aumentare della distanza delle galassie dalla nostra. Ad esempio, la galsssia NGC 669, distante (stima) 250 milioni di anni-luce, si muova alla velocitò di 5 x 10 6 m/s, mentre il cluster di galasssie detto Abel 2065, che è a mlioni di a.l., si muove alla velocitò di 22 x 10 6 m/s. Legge di Hubble: Distanza = redshift x costante di Hubble oppure v = H_ 0 \ D Nonostante ci sia ancora discussione sul valore della costante di Hubble che viene oggi stimata in 74 km/s x Megaparsec CMS /2011

28 1 gennaio 1925 Hubble comincia a lavorare sul maggiore telescopio di quell’epoca, il riflettore Hooker, da 100 pollici, nel Da sempre, fino ad allora, gli astronomi erano convinti che la nostra Galassia coincidesse con l’Universo. Ma il 1 gennaio 1925 Hubble annuncia la scoperta che Andromeda non è una nebulosa interna alla nostra Galassia, ma una galassia nuova, anche abbastanza vicina… La Galassia di Andromeda M.31 fu osservata e descritta già nel 905 d.C. dall’astronomo persiano Al-Sufi. Riscoperta agli inizi del 1600, fu ritenuta per lungo tempo una nebulosa, come tante altre che in seguito vennero riconosciute invece essere Galassie. CMS /2011 Il Novecento: Edwin Hubble Questa è una scoperta rivoluzionaria. Perchè se la nostra galassia NON è unica, allora ce ne possono esser molte. Moltissime. Un centinaio di miliardi.

29 radiazione e.m. Frequenza Lunghezza d'onda Energia Hz mx10 n eVx10 n Onde radio 10 cm Microonde 3 GHz – 300 GHz 10 cm – 1 mm Infrarossi 300 GHz – 428 THz 1 mm – 700 nm Luce visibile 428 THz – 749 THz 700 nm – 400 nm 1 eV Ultravioletti 749 THz – 30 PHz 400 nm – 10 nm 10 eV Raggi X 30 PHz – 300 EHz 10 nm – 1 pm KeV Raggi gamma > 300 EHz 1 Mev …ma anche neutrini protoni muoni nuclei pesanti onde gravitazionali…e forse: monopoli magnetici WIMP Volgere gli occhi al cielo, oggi (I nostri moderni occhi sono gli strumenti che costruiamo), vuol dire intercettare una quantità di oggetti diversi. E ciascuno richiede una sua peculiare tecnica di rivelazione e di misura. Il Novecento: dal cielo, non solo luce CMS /2011

30 I Raggi Cosmici, per cominciare… radiazione cosmica Da oltre 100 anni è noto che la Terra è perennemente esposta ad una radiazione naturale proveniente dal cosmo, detta appunto radiazione cosmica. Al di là dell'atmosfera i raggi cosmici sono costituiti principalmente da particelle cariche di elevata energia prodotte nelle profondità della Galassia, da corpi celesti come stelle, supernovae, pulsar, buchi neri, stelle di neutroni. Dallo studio dei raggi cosmici (energia, provenienza, tipo) si può risalire alla dinamica di quei corpi (cioè, alle forze e alle trasformazioni che si producono). La radiazione secondaria al livello del mare è costituita da due componenti, una molle (  30%), composta da elettroni, fotoni ed in minima parte da protoni e nuclei (capace di attraversare solo pochi centimetri di ferro) ed una dura, composta da muoni, che riesce a penetrare spessori maggiori di 1 metro. Quanti sono i raggi cosmici che arrivano sulla terra (a livello del mare)?  = 1/min x cm 2 Ad esempio, una superficie pari a quella di una mano è attraversata, in media, da  1 raggio cosmico al secondo. CMS /2011 Il Novecento: dal cielo, non solo luce

31 E’ nella natura dell’uomo, a volte ambizioso e troppo sicuro di sé, “voler sfidare la vita e farsi un paio di ali che lo facciano salire sempre più in alto”. Non sempre, però, le cose vanno bene; e c’è, appunto, chi ci rimette le penne, se le brucia. Come se le bruciò Icaro, che al Sole si era troppo avvicinato. Il Mito greco di Prometeo, che ruba il fuoco agli Dei e di Icaro che vola fino al Sole, rappresentano bene la pulsione dell’Uomo ad innalzare il suo sguardo su cose che non conosce o non capisce. E a cercare di emulare gli Dei, costruiti a immagine e somiglianza dei propri sogni, delle proprie ambizioni. O delle proprie paure. Il segreto dell’energia delle stelle era stato non solo svelato, ma anche riprodotto, qui sulla Terra. Il 1° novembre del 1952, sull’atollo di Eniwetok, nell’Oceano Pacifico, gli USA testarono la prima bomba all’idrogeno, 700 volte più potente di quella lanciata su Hiroshima. Il mito di Prometeo si era tramutato in realtà. Il Novecento, ovvero Prometeo emulato CMS /2011

32 Conclusioni:…un altro Universo, o… altri Universi??? E’ indubbio che oggi il grado di conoscenza delll’Universo è incommensurabilmente superiore a quello di Galileo. Quello che abbiamo imparato con i nuovi strumenti, i nuovi metodi di osservazione, nuove ipotesi e modelli, si aggiunge e si integra con le conoscenze che abbiamo acquisito in questi ultimi decenni sulla costituzione della materia: molecole, atomi, particelle elementari. Ed ecco che si schiudono nuovi scenari: E se il nostro non fosse il solo Universo? Si noti che queste ipotesi non nascono nei racconti di fantascienza, ma sono una delle possibili spiegazioni dei numerosi misteri che avvolgono ancora la conoscenza del Cosmo. CMS /2011

33 Alla fine di un breve discorso sul cielo, su i suoi misteri, su i tentativi spesso riusciti che l’Uomo ha fatto per decifrarne i segreti, sulle tecniche che si è inventato o che ha mutuato da altre scienze, un discorso che ha toccato anche le molte modalità con i quali l’Uomo ha ridotto le informazioni raccolte da nuovissimi strumenti in immagini, bellissime e sorprendenti, possiamo chiederci se ci affascina maggiormente la realtà… CMS /2011

34 …o una sua rappresentazione fatta da un sommo artista.


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