Copertina
Autore Joo Magueijo
Titolo Più veloce della luce
SottotitoloL'avventura di una rivoluzione scientifica
EdizioneRizzoli, Milano, 2003 , pag. 347, dim. 142x220x22 mm , Isbn 978-88-17-87165-5
OriginaleFaster than the speed of light
TraduttoreCarlo Capararo
LettorePiergiorgio Siena, 2005
Classe fisica , cosmologia , scienze improbabili
PrimaPagina


al sito dell'editore


per l'acquisto su IBS.IT

per l'acquisto su BOL.IT

per l'acquisto su AMAZON.IT

 

| << |  <  |  >  | >> |

Indice

Capitolo 1  Very silly                        7

            Parte Prima
            La storia di c

Capitolo 2  I sogni bovini di Einstein       23
Capitolo 3  Questioni di gravità             53
Capitolo 4  Il più grande errore di Einstein 83
Capitolo 5  L'universo sfinge               100
Capitolo 6  Dio in anfetamina               135

            Parte Seconda
            Anni luce

Capitolo 7  Un'umida mattina d'inverno      159
Capitolo 8  Notti di Goa                    173
Capitolo 9  Crisi di mezza età              199
Capitolo 10 La battaglia di Gutenberg       220
Capitolo 11 Il mattino dopo                 250
Capitolo 12 Mal di altitudine               279

            Epilogo

Più veloce della luce                       313

RINGRAZIAMENTI                              319
NOTE                                        321
INDICE ANALITICO                            331

 

 

| << |  <  |  >  | >> |

Pagina 7

CAPITOLO I
VERY SILLY



SONO UN FISICO TEORICO di professione. incontestabile che io possegga i titoli di un accademico pienamente accreditato: studi di perfezionamento post laurea e dottorato a Cambridge, seguiti da una prestigiosa borsa di studio presso il St. John's College di Cambridge (nel passato tale posizione fu occupata da scienziati del calibro di Paul Dirac e Abdus Salam) e quindi da un'altra borsa conferitami dalla Royal Society. Oggi sono assistente (l'equivalente di un professore di ruolo negli Stati Uniti) all'Imperial College.

Se esordisco mettendo in mostra i miei titoli accademici non è per vanagloria, ma perché questo libro ha per argomento una speculazione scientifica che ha scatenato grandi controversie. In fisica esistono pochissimi principi saldi quanto la teorìa della relatività di Einstein. Eppure è proprio questo che la mia ipotesi osa sfidare, tanto che la si potrebbe considerare il suicidio professionale di un fisico. Non stupisce che una ben nota rivista di divulgazione scientifica abbia intitolato "Eresia" un articolo dedicato alle mie ricerche.

| << |  <  |  >  | >> |

Pagina 164

[...] D'improvviso mi fermai, e i miei borbottii aumentarono di volume. E se, nell'universo primordiale, la luce stessa avesse viaggiato più in fretta di quanto non faccia ora? Quanti di quegli enigmi avrebbe risolto questa eventualità? E a quale prezzo per le nostre concezioni della fisica?

Questi pensieri caddero dal cielo, insieme alla pioggia, repentini e inaspettati; ma io mi resi immediatamente conto del fatto che una tale eventualità avrebbe consentito di risolvere il problema dell'orizzonte. Supponiamo, per facilitare il nostro ragionamento, che quando l'universo compì un anno di età sia avvenuta una grande rivoluzione, e che prima di allora la luce fosse molto più veloce che in seguito. Inoltre, ignoriamo i sottili effetti dell'espansione sulla definizione di orizzonte, dato che quegli effetti rivestono un ruolo importante nella teoria dell'inflazione ma non nel modello standard del Big Bang né nella teoria della VSL. In tal caso il raggio dell'orizzonte nel momento in cui scoppia la rivoluzione è uguale alla distanza percorsa dalla luce e questo significa dalla «luce-veloce» a partire dal Big Bang: un anno luce-veloce. Se non sapessimo dell'esistenza della luce-veloce, penseremmo che in quel momento l'orizzonte doveva avere un raggio pari solo a 1 anno «luce-lenta». E questa dimensione è molto più piccola rispetto a quella dell'enorme regione omogenea che possiamo osservare ai nostri giorni, con il suo raggio di 15 miliardi di anni luce-lenta. Da qui il problema dell'orizzonte. Ma se la luce-veloce è molto più rapida della luce-lenta, allora è possibile che 1 anno luce-veloce sia molto più grande di 15 miliardi di anni luce-lenta. In questo modo metteremmo in contatto nelle prime fasi della vita dell'universo tutte le enormi regioni che oggi vediamo così omogenee. Saremmo allora in grado di invocare un processo fisico per spiegare l'omogeneità dell'universo. E senza dover ricorrere all'inflazione.

Credo che questo pensiero abbia attraversato la mente di molti lettori quando ho descritto per la prima volta il problema dell'orizzonte. così ovvio. Ma ritengo che sia necessario essere un fisico di professione per rendersi conto della tremenda eresia che si nasconde dietro una tale proposta e per esserne intimiditi al punto da rigettarla senza doverci nemmeno pensare. Eppure l'idea non è scandalosa quanto avrebbe potuto essere. Per esempio, non considerai l'eventualità che qualcuno potesse viaggiare più veloce della luce; né avanzai l'ipotesi che la velocità della luce potesse essere accelerata. Mi limitavo a suggerire che la velocità della luce, che avrebbe dovuto continuare a essere considerata un limite di velocità locale, non fosse più una costante universale ma potesse variare. Credetemi, stavo muovendomi con la massima cautela possibile, cercando di rimanere quanto più potevo fedele alla relatività e contemporaneamente di risolvere il problema dell'orizzonte senza inflazione. Naturalmente, a differenza dell'inflazione, questa teoria della «velocità variabile della luce» (varying speed of light o VSL) richiedeva delle modifiche importanti ai fondamenti della fisica. Essa entrava in conflitto con la teoria della relatività fin dalla prima riga. Ma io non consideravo questo fatto un grosso inconveniente; al contrario, avevo la sensazione che potesse dimostrarsi una delle caratteristiche più desiderabili della teoria.

| << |  <  |  >  | >> |

Pagina 190

Quando tornai a Londra, abbronzato e felice, la VSL era entrata in una nuova fase. Gli appunti che avevo scribacchiato a Goa avevano dato i loro frutti, e quella che all'inizio era stata solo un'intuizione divertente si stava trasformando rapidamente in una teoria matematica vera e propria, per quanto folle. Poco alla volta, i miei incontri riservati con Andy aprirono percorsi più concreti nel panorama della fisica. Dal labirinto emergevano i termini «c-punto-su-c», e i nuovi effetti fisici che cercavamo cominciavano a prendere una forma ben definita.

Che cos'altro cambierebbe se c variasse? Alcune delle conseguenze erano davvero drammatiche. La scoperta più allarmante fu forse il fatto che fosse violato il principio di conservazione dell'energia, un dogma centrale della scienza fin dal Diciottesimo secolo. Una velocità variabile della luce comportava la possibilità di creare e distruggere la materia.

Di primo acchito può apparire strano, ma questo fatto è facile da comprendere. All'inizio del Ventesimo secolo gli scienziati avevano capito che la conservazione dell'energia era semplicemente un altro modo per dire che le leggi della fisica devono rimanere le stesse in ogni tempo. In realtà, questa definizione più astratta del principio dovrebbe essere insegnata a scuola, per evitare che la conservazione dell'energia sembri un miracolo. In effetti, essa non fa altro che rispecchiare l'uniformità del tempo - noi cambiamo, il mondo cambia, ma le leggi della fisica rimangono le stesse per sempre. Pochi calcoli matematici, e la conservazione dell'energia ne consegue in modo banale.

Variando la velocità della luce, stavamo violando questo principio, poiché costringevamo anche le leggi della fisica a cambiare. Di fatto, la velocità della luce è connaturata nella formulazione stessa delle leggi della fisica, almeno a partire dall'avvento della teoria della relatività speciale. Perciò, il fatto che la conservazione dell'energia venisse abbandonata non era in realtà una sorpresa. Stavamo consentendo alle leggi della fisica di evolversi nel tempo, in assoluta contraddizione con il principio fondamentale che è alla base della conservazione dell'energia. Nell'ambito della VSL è del tutto logico che l'energia non si conservi.

Per me questo era già diventato ovvio per altre vie, in uno dei miei appunti di Goa. In effetti, non riesco a credere che non l'avessi già notato in precedenza; chiunque possegga una conoscenza elementare della geometria differenziale lo capirebbe immediatamente. Le equazioni di Einstein ci dicono che la materia incurva lo spazio-tempo, e che questa curvatura è proporzionale alla densità di energia. Ma la curvatura deve soddisfare a un insieme di identità chiamate «identità di Bianchi», verità matematiche ineluttabili che non hanno niente a che fare con la relatività generale. Esse costituiscono un enunciato simile a 1 + 1 = 2 e sono valide per qualsiasi spazio-tempo, indipendentemente dalla sua curvatura. Ma se la curvatura è proporzionale alla densità di energia, così come stabilisce l'equazione di campo di Einstein, allora che cosa comportano le identità di Bianchi per quanto riguarda l'energia? Null'altro, si scopre, che la sua conservazione.

Ma, aspettate un momento. Vi ho detto che la curvatura è proporzionale alla densità di energia. Ciò significa che la curvatura è uguale alla densità di energia moltiplicata per un certo numero. Che cos'è questo numero, che è chiamato costante di proporzionalità? Nascosta al suo interno se ne sta acquattata la velocità della luce. Se la costante di proporzionalità è effettivamente una costante, allora le identità di Bianchi implicano la conservazione dell'energia, ma se non lo è, allora quelle identità richiedono una violazione della conservazione dell'energia.

| << |  <  |  >  | >> |

Pagina 274

Le stringhe cosmiche sono ipotetici oggetti la cui esistenza è prevista da alcune teorie di fisica delle particelle. In effetti, la loro origine non è molto diversa da quella dei monopoli magnetici che preoccupavano tanto Alan Guth. Ma mentre i monopoli sono puntiformi, le stringhe cosmiche hanno una struttura allungata: sono lunghissimi filamenti di energia concentrata che si estendono per l'universo. Fino a oggi le stringhe cosmiche come i buchi neri e i monopoli non sono state ancora osservate, ma esse sono una logica conseguenza di teorie di fisica delle particelle molto affermate.

Quando introdussi le stringhe cosmiche nelle equazioni della mia teoria della VSL Lorentz invariante, ne emerse un vero e proprio mostro. Scoprii che la velocità della luce poteva aumentare notevolmente nelle immediate vicinanze di una stringa. Era come se un «rivestimento» di alta velocità della luce avviluppasse le stringhe cosmiche.

Questo creerebbe un corridoio attraverso l'universo con un limite di velocità estremamente elevato, cioè esattamente quello di cui c'è un assoluto bisogno per i viaggi spaziali: una corsia superveloce. Ma le prospettive sono ancora migliori! Ricorderete come le mie mucche pazze rimanessero giovani quando se ne andavano in giro a velocità vertiginosa, mentre l'assennato contadino che se ne rimaneva fermo diventava ogni giorno più vecchio. L'effetto di dilatazione del tempo di Einstein crea una terribile difficoltà per i viaggi interstellari: anche se trovassimo il modo per viaggiare a una velocità prossima a quella della luce, di modo che sarebbe possibile raggiungere stelle lontane e poi fare ritorno sulla Terra nel tempo di una vita, una volta tornati scopriremmo che la nostra civiltà è scomparsa. Infatti, mentre per noi sono trascorsi solo pochi anni, sulla Terra sono volati via interi millenni. Lungo una stringa cosmica VSL nessuna di queste seccature creerebbe impedimenti al viaggiatore dello spazio.

| << |  <  |  >  | >> |

Pagina 276

Ma il fatto è che un universo statico non poteva sopravvivere alle osservazioni di Hubble, e più tardi Einstein ripudiò lo strumento che aveva impiegato per raggiungere il proprio scopo: Lambda, la costante cosmologica. Da allora e per parecchi decenni ci si illuse di poter tenere Lambda fuori da gran parte delle considerazioni cosmologiche. Einstein e i suoi colleghi non avevano idea del modo contorto in cui Lambda sarebbe ricomparsa sulla scena della cosmologia alla fine del Ventesimo secolo.

Un primo episodio fu, come abbiamo visto, l'inflazione. Ma c'era in serbo un'altra sorpresa. Dopo la scoperta dell'espansione cosmica da parte di Hubble, gli astronomi hanno continuato a compiere osservazioni analoghe con un'accuratezza sempre maggiore. Negli ultimi anni, in particolare, si sono studiate supernove esplose in galassie molto lontane nella speranza di scoprire quale fosse la velocità d'espansione dell'universo nel passato remoto. L'intento è di stabilire con quanta rapidità l'universo stia rallentando, cosa che deve fare se la gravita è attrattiva come sembra.

Ma il risultato di queste osservazioni appare completamente paradossale: sembra che l'universo si espanda più rapidamente oggi di quanto non facesse in passato. L'espansione cosmica sta accelerando! Perché questo sia possibile è necessario che una misteriosa forza repulsiva spinga lontano le galassie opponendosi all'effetto dell'attrazione gravitazionale. Naturalmente l'idea di una forza di questo tipo non giunge nuova ai fisici teorici. Lambda, la costante cosmologica di Einstein, che alza di nuovo la sua brutta testa.

E' una svolta inattesa. A quanto pare la costante cosmologica non è uguale a zero. Ma se è vero che l'energia del vuoto è una componente importante del nostro universo, perché l'universo ha cominciato a sentire i suoi effetti solo in tempi recenti? Come abbiamo visto, Lambda ama dominare, e se davvero esiste avrebbe dovuto sopraffare la materia ordinaria già molto tempo fa, sparando tutte le galassie a distanze infinite. Come si spiega, allora, che l'universo esista ancora?

Una soluzione possibile è la VSL. Abbiamo visto che una brusca diminuzione di c converte l'energia del vuoto in materia ordinaria, risolvendo così il problema della costante cosmologica. Adesso si può fare in modo che il drago si morda la coda costruendo una teoria dinamica in cui la stessa costante cosmologica è responsabile delle variazioni della velocità della luce. In questa prospettiva, ogni volta che la velocità della luce diminuisce bruscamente, Lambda si trasforma in materia e ha luogo un Big Bang. Non appena Lambda smette di essere dominante, la velocità della luce si stabilizza e l'universo riprende il suo solito corso. Tuttavia, sullo sfondo rimane un piccolo residuo di Lambda che alla fine ritorna in superfìcie. Nel quadro della VSL, gli astronomi stanno assistendo alla ricomparsa della costante cosmologica.

Ma non appena questo accade, Lambda riprende a dominare l'universo, creando così le condizioni per un'altra brusca diminuzione della velocità della luce... e per un nuovo Big Bang! Il processo sì ripete all'infinito in un'eterna sequela di Big Bang.

C'è qualcosa di strano e di bello in tutto questo: è possibile che la teoria della velocità variabile della luce produca un universo eterno, senza un inizio né una fine. Per come lo vediamo oggi, il futuro dell'universo è decisamente cupo. Col progressivo aumento della sua forza, Lambda sospingerà tutta la materia dell'universo a distanze infinite. Il ciclo si oscurerà mentre le galassie si disperderanno trasformandosi in animali solitari, cullati nell'oblio in mezzo a un mare di nulla. Ma la VSL predice che, proprio in questa situazione di aridità, dal vuoto si generino enormi quantità di energia. Così, quello stesso universo dominato dal vuoto fornisce le condizioni per un nuovo Big Bang, e il ciclo ricomincia da capo un'altra volta.

| << |  <  |  >  | >> |

Pagina 313

NEL MOMENTO IN CUI QUESTO LIBRO VA IN STAMPA, nessuno sa se la VSL sia corretta oppure no, né, qualora lo fosse, in quale delle sue tante incarnazioni. Non sappiamo nemmeno quali potrebbero essere le sue applicazioni più immediate: cosmologia, buchi neri, astrofisica, gravita quantistica? Gli attuali riscontri osservativi della VSL le scoperte di John Webb e dei suoi collaboratori, i risultati sulle supernove e l'esistenza di raggi cosmici ad altissima energia - restano controversi. Ma anche nel caso in cui queste osservazioni si rivelassero un'illusione prodotta da errori sperimentali, alcune teorie della VSL resterebbero in vita; il campo sarebbe solo meno eccitante. E' anche possibile che ci siano altre osservazioni in agguato proprio dietro l'angolo, in attesa di confermare o di confutare la teoria. Resta tutto in sospeso.

| << |  <  |