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Sei questioni importanti che forse non conosciamo sulla gravità

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Per molti pensatori antichi, la gravità non era una forza, ma solo la naturale tendenza degli oggetti di sprofondare verso il centro della Terra, mentre i pianeti erano stati oggetto di altre leggi, non correlate tra loro. Naturalmente, ora sappiamo che la gravità fa molto di più di far cadere le cose. Essa governa il moto dei pianeti intorno al Sole, tiene insieme le galassie e determina la struttura dell’universo stesso. Sappiamo anche che la gravità è una delle quattro forze fondamentali della natura, insieme a forza elettromagnetica, nucleare debole e nucleare forte.
La teoria generale della relatività di Einstein (vedi la prima, la seconda e la terza puntata dedicate all’argomento) è una delle teorie di maggior successo che abbiamo. Allo stesso tempo, noi ancora non sappiamo tutto di gravità, compreso il modo esatto con cui si correla con le altre forze fondamentali. Ma qui ci sono sei questioni importanti che forse non tutti sanno sulla gravità.

1. La gravità è di gran lunga la forza più debole che conosciamo

La gravità non è solo attrattiva; c’è versione negativa della forza per allontanare le cose. E mentre la gravità è abbastanza potente per tenere insieme le galassie, è così debole che se si prende in mano un libro, si sta contrastando la forza di gravità da tutta la Terra.
Per confronto, la forza elettrica tra un elettrone e un protone all’interno di un atomo è circa un miliardi di miliardi (che è un 1 con 30 zeri dopo) volte più forte dell’attrazione gravitazionale tra di loro.

2. LA GRAVITÀ E IL PESO NON SONO LA STESSA COSA

Astronauti sulla stazione spaziale orbintante, a volte pigramente, si dicono a gravità zero. Ma questo non è vero. La forza di gravità su un astronauta è di circa il 90% della forza che avrebbero sulla Terra. Tuttavia, gli astronauti sono senza peso, dal momento che il peso è la forza a terra.

Prendete una bilancia da bagno ed usatela in un ascensore in un grande albergo e stare in piedi durante la salita e la discesa, ignorando qualsiasi sguardo scettico degli altri passeggeri dell’ascensore. Il peso oscilla, con l’ascensore in accelerazione e decelerazione, ma la forza di gravità è la stessa. In orbita, invece, gli astronauti si muovono orbitando con la stazione spaziale. Nulla li spinge contro il lato della navicella spaziale per fare il peso. Einstein ha trasformato questa idea, insieme con la sua teoria della relatività, in relatività generale.

3. LA GRAVITÀ GENERA ONDE CHE SI MUOVONO ALLA VELOCITA’ DELLA LUCE

La relatività generale predice le onde gravitazionali. Se si dispongono due stelle o due buchi neri in orbita reciproca, lentamente si avvicinano e le onde gravitazionali portano energia lontano. In realtà, anche la Terra emette onde gravitazionali in quanto orbita intorno al sole, ma la perdita di energia è troppo piccolo per essere notata.

Abbiamo avuto una prova indiretta di onde gravitazionali per 40 anni, ma il Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO) ha confermato il fenomeno solo in quest’anno. I rivelatori hanno raccolto una raffica di onde gravitazionali prodotte dalla collisione di due buchi neri a più di un miliardo di anni luce di distanza. Una conseguenza della relatività è che nulla può viaggiare più veloce della velocità della luce nel vuoto. Questo vale anche per la gravità.

 

4. spiegare il comportamento microscopico della gravità porta i ricercatori ad un loop.

Le altre tre forze fondamentali della natura sono descritte da una teoria quantistica fino alla più piccola delle particelle, il Modello Standard. Tuttavia, ancora non abbiamo una teoria quantistica della gravità completamente valida, anche se i ricercatori la stanno cercando. Un filone di ricerca si chiama gravità quantistica a loop  (LQG, dal termine inglese Loop Quantum Gravity), che utilizza tecniche di fisica quantistica per descrivere la struttura dello spazio-tempo. Secondo questa teoria l’universo sarebbe costituito da anelli (in inglese loop) di dimensioni infinitesime, di 10−35 metri, ossia dieci miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di nanometri. Questi anelli infinitamente piccoli possono contenere una certa quantità di energia, che non può mai diventare infinita come in una singolarità gravitazionale, che viene esclusa dalla teoria.Questo permette una gravità quantistica ciclica per descrivere l’effetto della gravità su scala molto più piccola del nucleo di un atomo. Un approccio più famoso è la teoria delle stringhe, in cui le particelle, tra cui gravitoni, sono considerati vibrazioni delle stringhe che sono avvolti in dimensioni troppo piccole per esperimenti. Né la gravità quantistica a loop né la teoria delle stringhe, né alcuna altra teoria è attualmente in grado di fornire i dettagli verificabili sul comportamento microscopico della gravità.

 

5. La gravità può essere “trasportata” da particelle prive di massa chiamate gravitoni.

Nel Modello Standard, le particelle interagiscono tra di loro tramite altre particelle che “trasportano” la forza. Ad esempio, il fotone è il vettore della forza elettromagnetica. Le particelle ipotetiche per gravità quantistica sono i gravitoni, e abbiamo alcune idee su come essi agiscono dalla relatività generale. Come i fotoni, i gravitoni sono probabilmente senza massa. Se avessero massa, gli esperimenti dovrebbero aver rivelato qualcosa, ma non è esclusa una massa piccola.

 

6. LA gravità QUANTISTICA viene visualizzata A DISTANZE SEMPRE PIU’ PICCOLE.

La gravità è molto debole, ma i due oggetti più sono vicini e più forte la forza diventa. In definitiva, si raggiunge la forza delle altre forze ad una distanza molto piccola conosciuta come la lunghezza di Planck, molte volte più piccola del nucleo di un atomo.

Ecco dove gli effetti della gravità quantistica saranno abbastanza forti da misurare, ma è di gran lunga troppo piccolo per qualsiasi esperimento. Alcune persone hanno proposto teorie secondo cui la gravità quantistica dovrebbe presentarsi già su scala millimetrica, ma finora non abbiamo visto questi effetti. Altri hanno guardato modi creativi per aumentare gli effetti di gravità quantistica, usando le vibrazioni in una grande barra di metallo o raccolte di atomi ultrafreddi conservati a basse temperature.

Sembra che, dalla scala piccola alla più grande, la gravità continua ad attirare l’attenzione degli scienziati. Forse questo sarà un po ‘di conforto durante la prossima caduta, quando cioè la gravità afferrerà troppo la vostra attenzione.