Cos’è la realtà? Immagina di sederti e prendere il tuo libro preferito. Guardi l’immagine sulla copertina, fai scorrere le dita sulla copertina liscia del libro e senti l’odore familiare del libro mentre sfogli le pagine. Per te, il libro è composto da una serie di apparizioni sensoriali.

Ma ti aspetti anche che il libro abbia una sua esistenza indipendente dietro quelle apparenze. Quindi, quando metti il ​​libro sul tavolino e entri in cucina, o esci di casa per andare al lavoro, ti aspetti che il libro abbia ancora l’aspetto, la sensazione e l’odore proprio come quando lo avevi in ​​mano. Aspettarsi che gli oggetti abbiano una propria esistenza indipendente, indipendente da noi e da qualsiasi altro oggetto, è in realtà un’assunzione profondamente radicata che facciamo sul mondo.

Questa ipotesi ha la sua origine nella rivoluzione scientifica del 17° secolo, e fa parte di quella che chiamiamo visione del mondo meccanicistica. Secondo questa visione, il mondo è come una gigantesca macchina a orologeria le cui parti sono governate da leggi fisse di movimento.

Questa visione del mondo è responsabile di gran parte del nostro progresso scientifico dal 17° secolo. Ma come sostiene il fisico italiano Carlo Rovelli nel suo nuovo libro Helgoland , la teoria dei quanti — la teoria fisica che descrive l’universo alle scale più piccole — quasi certamente mostra che questa visione del mondo è falsa. Invece, Rovelli sostiene che dovremmo adottare una visione del mondo “relazionale”.

Cosa significa relazionale?

Durante la rivoluzione scientifica, il pioniere inglese della fisica Isaac Newton e il suo omologo tedesco Gottfried Leibniz non erano d’accordo sulla natura dello spazio e del tempo.

Newton sosteneva che lo spazio e il tempo agissero come un “contenitore” per il contenuto dell’universo. Cioè, se potessimo rimuovere il contenuto dell’universo, tutti i pianeti, le stelle e le galassie, rimarremmo con spazio e tempo vuoti. Questa è la visione “assoluta” dello spazio e del tempo.

Leibniz, invece, sosteneva che spazio e tempo non fossero altro che la somma totale delle distanze e delle durate tra tutti gli oggetti e gli eventi del mondo. Se rimuovessimo i contenuti dell’universo, rimuoveremmo anche lo spazio e il tempo.

Questa è la visione “relazionale” dello spazio e del tempo: sono solo le relazioni spaziali e temporali tra oggetti ed eventi. La visione relazionale dello spazio e del tempo fu un’ispirazione chiave per Einstein quando sviluppò la relatività generale.

Rovelli utilizza questa idea per comprendere la meccanica quantistica. Afferma che gli oggetti della teoria quantistica, come un fotone, un elettrone o un’altra particella fondamentale, non sono altro che le proprietà che esibiscono quando interagiscono con – in relazione ad – altri oggetti.

Queste proprietà di un oggetto quantistico sono determinate attraverso l’esperimento e includono cose come la posizione, la quantità di moto e l’energia dell’oggetto. Insieme formano lo stato di un oggetto.

Secondo l’interpretazione relazionale di Rovelli, queste proprietà sono tutto ciò che c’è nell’oggetto: non c’è sostanza individuale sottostante che “ha” le proprietà.

Quindi, in che modo questo ci aiuta a capire la teoria quantistica?

Consideriamo il noto puzzle quantistico del gatto di Schrödinger. Mettiamo un gatto in una scatola con un agente letale (come una fiala di gas velenoso) innescato da un processo quantistico (come il decadimento di un atomo radioattivo), e chiudiamo il coperchio.

Il processo quantistico è un evento casuale. Non c’è modo di prevederlo, ma possiamo descriverlo in un modo che ci dica le diverse possibilità che l’atomo decada o meno in un certo periodo di tempo. Poiché il decadimento innescherà l’apertura della fiala di gas velenoso e quindi la morte del gatto, anche la vita o la morte del gatto è un evento puramente casuale.

Secondo la teoria quantistica ortodossa, il gatto non è né morto né vivo finché non apriamo la scatola e osserviamo il sistema. Rimane un enigma su cosa significa per il gatto, esattamente, non essere né morto né vivo.

Ma secondo l’interpretazione relazionale, lo stato di ogni sistema è sempre in relazione a qualche altro sistema. Quindi il processo quantistico nella scatola potrebbe avere un esito indefinito in relazione a noi, ma avere un esito definito per il gatto.

Quindi è perfettamente ragionevole che il gatto non sia né morto né vivo per noi, e allo stesso tempo sia sicuramente morto o vivo. Un dato di fatto è reale per noi, e un dato di fatto è reale per il gatto. Quando apriamo la scatola, lo stato del gatto diventa definito per noi, ma il gatto non è mai stato in uno stato indefinito per se stesso.

Nell’interpretazione relazionale non c’è una visione globale “dell’occhio di Dio” della realtà.

Cosa ci dice questo sulla realtà?

Rovelli sostiene che, poiché il nostro mondo è in definitiva quantistico, dovremmo prestare attenzione a queste lezioni. In particolare, oggetti come il tuo libro preferito possono avere le loro proprietà solo in relazione ad altri oggetti, incluso te.

Per fortuna, questo include anche tutti gli altri oggetti, come il tuo tavolino da caffè. Quindi, quando vai al lavoro, il tuo libro preferito continua ad apparire come quando lo avevi in ​​mano. Anche così, questo è un drammatico ripensamento della natura della realtà.

Da questo punto di vista, il mondo è un’intricata rete di interrelazioni, tale che gli oggetti non hanno più una propria esistenza individuale indipendente da altri oggetti, come un gioco infinito di specchi quantistici.

Inoltre, potrebbe non esserci alcuna sostanza “metafisica” indipendente che costituisce la nostra realtà alla base di questa rete.

Come dice Rovelli: “Non siamo altro che immagini di immagini. La realtà, compresi noi stessi, non è altro che un velo sottile e fragile, oltre il quale… non c’è nulla“.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.

Un flusso stellare primordiale scoperto nelle zone più esterne della Via Lattea ha una percentuale inferiore di elementi pesanti rispetto a qualsiasi sistema stellare conosciuto nella nostra galassia. Le osservazioni dell’Osservatorio Gemini, un programma del NOIRLab di NSF, hanno mostrato che le stelle in questo flusso sono state strappate da un antico ammasso stellare e sono reliquie dei primi giorni della Via Lattea e potrebbero fornire informazioni sulla formazione delle prime stelle.

Un team internazionale di ricercatori, tra cui membri provenienti da Europa, Canada e Russia, ha scoperto un flusso unico di stelle in orbita attorno alla Via Lattea. Chiamato C-19, il flusso stellare si trova a sud della spirale della Via Lattea e la sua orbita si estende per circa 20.000 anni luce dal Centro Galattico al suo massimo avvicinamento e circa 90.000 anni luce al suo minimo. Il flusso stellare si estende su un’impressionante distesa del cielo notturno – circa 30 volte la larghezza della Luna piena – sebbene non sia visibile ad occhio nudo.

Utilizzando il telescopio Gemini North — situato alle Hawaii come parte dell’Osservatorio internazionale Gemini, un programma del NOIRLab di NSF — e lo strumento GRACES, il team ha realizzato che il C-19 è un residuo di un ammasso globulare. Inoltre, le stelle nel flusso possiedono una proporzione straordinariamente bassa di elementi pesanti o, come lo definiscono gli astronomi, una bassa “metallicità”. In precedenza si pensava che gli ammassi globulari avessero una metallicità non inferiore allo 0,2%, ma il C-19 ha una metallicità senza precedenti, inferiore allo 0,05%, meno di quanto mai osservato per un sistema stellare nella Via Lattea o nei suoi dintorni.

La scoperta che un flusso a bassa metallicità ha avuto origine da un ammasso globulare ha implicazioni per la formazione di stelle, ammassi stellari e galassie nell’Universo primordiale. L’esistenza stessa del flusso dimostra che gli ammassi globulari e i primi elementi costitutivi della Via Lattea devono essere stati in grado di formarsi in ambienti a basso contenuto di metalli, prima che generazioni successive di stelle fornissero all’Universo elementi più pesanti.

“Non si sapeva se esistessero ammassi globulari con così pochi elementi pesanti – alcune teorie hanno persino ipotizzato che non potessero formarsi affatto“, ha commentato Nicolas Martin dell’Osservatorio Astronomico di Strasburgo, che è l’autore principale dell’articolo su Nature che riporta questa scoperta. “Altre teorie suggeriscono che sarebbero tutti scomparsi da tempo, il che rende questa scoperta una chiave per la nostra comprensione di come si formano le stelle nell’Universo primordiale“.

I membri del team hanno originariamente individuato il C-19 nei dati della missione Gaia utilizzando un algoritmo progettato specificamente per rilevare flussi stellari. Le stelle in C-19 sono state identificate anche dal sondaggio Pristine – una ricerca delle stelle con la più bassa metallicità all’interno e intorno alla Via Lattea utilizzando il telescopio Canada-Francia-Hawaii alle Hawaii – come abbastanza interessanti da meritare un follow-up di osservazioni. Per identificare l’origine delle stelle costituenti C-19, gli astronomi avevano bisogno degli spettri dettagliati di GRACES. Il team ha anche raccolto dati utilizzando uno spettrografo montato sul Gran Telescopio Canarias a La Palma nelle Isole Canarie.

“GRACES ha fornito gli indizi critici che il C-19 è un ammasso globulare spezzato e non una più comune galassia nana decaduta“, ha spiegato Kim Venn dell’Università di Victoria, il ricercatore principale per le osservazioni GRACES. “Sapevamo già che si trattava di un flusso molto povero di metalli, ma identificarlo come un ammasso globulare richiedeva le metallicità di precisione e le abbondanze chimiche dettagliate disponibili solo con spettri ad alta risoluzione“.

Le osservazioni di Gemini suggeriscono che l’ammasso deve essersi formato da generazioni molto antiche di stelle, rendendo C-19 una notevole reliquia dal momento in cui si stavano formando i primissimi gruppi di stelle. Di conseguenza, questa scoperta migliora la nostra comprensione della formazione di stelle e ammassi stellari sorti poco dopo il Big Bang e fornisce un laboratorio naturale vicino a casa in cui studiare le strutture più antiche nelle galassie.

Questa animazione mostra come un ammasso globulare, in orbita attorno a una Via Lattea ancora in formazione, può essere stato fatto a pezzi dalla gravità della galassia in via di sviluppo per diventare il flusso stellare C-19 che ora orbita intorno all’attuale Via Lattea. Credito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

“Questo manufatto dei tempi antichi apre una finestra diretta e unica sulle prime epoche della formazione stellare nell’Universo“, ha concluso il co-investigatore Julio Navarro dell’Università di Victoria. “Mentre gli astronomi possono guardare le galassie più lontane per studiare l’Universo primordiale, ora sappiamo che è possibile studiare le strutture più antiche della nostra galassia come fossili di quei tempi antichi“.

“Questa collaborazione internazionale rivela nuove intuizioni sorprendenti sulla struttura, l’evoluzione e la formazione della nostra galassia“, ha aggiunto Martin Still, direttore del programma Gemini presso la National Science Foundation. “Gli osservatori Gemini continuano a dimostrare progressi chiave nella comprensione del nostro cielo notturno, riguardo all’ecosistema cosmico e al nostro posto nell’Universo“.

Appunti

1. I flussi stellari sono raccolte di stelle che un tempo risiedevano pacificamente in ammassi globulari o galassie nane, ma da allora sono state dilaniate dalle interazioni gravitazionali e distorte in lunghi rivoli di stelle che si estendono lungo l’orbita originale dell’ammasso.
2. Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph (GRACES) è il risultato di una cooperazione tra il Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT), Gemini e NRC-Herzberg (Canada). Combina l’ampia area di raccolta del telescopio Gemini North con l’alto potere di risoluzione e l’elevata efficienza dello spettrografo ESPaDONS al CFHT per fornire spettroscopia ad alta risoluzione su lunghezze d’onda ottiche. Ciò è ottenuto attraverso una fibra ottica di 270 metri di lunghezza alimentata dal telescopio Gemini North a ESPaDONS.
3. Gli astronomi usano il termine “metalli” per riferirsi a elementi più pesanti dell’elio. Poiché la maggior parte della materia convenzionale nell’Universo è costituita dai due elementi più leggeri, idrogeno ed elio, “metalli” è una comoda abbreviazione usata per descrivere tutti gli altri elementi. Ad esempio, il nostro Sole ha una metallicità di 0,012, il che significa che solo l’1,2% del Sole è costituito da elementi più pesanti dell’elio (principalmente ossigeno, carbonio e ferro).
4. Gli elementi più pesanti dell’elio si formano principalmente attraverso la nucleosintesi stellare, la creazione di elementi chimici attraverso la fusione nei nuclei delle stelle. Alla fine della vita delle stelle, gli elementi pesanti che hanno creato vengono gettati nell’Universo e incorporati in nuove stelle. Di conseguenza, le stelle più vecchie dell’Universo primordiale tendono ad avere metallicità inferiori rispetto alle stelle più giovani, che si sono formate di recente in ambienti relativamente ricchi di metalli.
5. La navicella spaziale Gaia dell’Agenzia spaziale europea è stata lanciata nel 2013 con la missione di creare una mappa tridimensionale precisa di oltre un miliardo di stelle, inclusa la mappatura delle posizioni, dei movimenti, delle composizioni e delle temperature di queste stelle.
6. Le osservazioni Gemini facevano parte di un programma osservativo Large and Long condotto da Kim Venn dell’Università di Victoria (Canada). Questi programmi vengono assegnati a una manciata di astronomi ogni anno in previsione di un significativo impatto scientifico e di una migliore collaborazione nella comunità astronomica.
7. Le osservazioni Gemini hanno rivelato che i rapporti sodio-magnesio nelle stelle C-19 variavano di un fattore tre, il che è tipico delle stelle negli antichi ammassi globulari (probabilmente a causa della combustione di idrogeno ad alta temperatura) e non si vede nelle galassie nane regolari.

Riferimento: “A stellar stream remnant of a globular cluster below the metallicity floor” di Nicolas F. Martin, Kim A. Venn, David S. Aguado, Else Starkenburg, Jonay I. González Hernández, Rodrigo A. Ibata, Piercarlo Bonifacio, Elisabetta Caffau, Federico Sestito, Anke Arentsen, Carlos Allende Prieto, Raymond G. Carlberg, Sébastien Fabbro, Morgan Fouesneau, Vanessa Hill, Pascale Jablonka, Georges Kordopatis, Carmela Lardo, Khyati Malhan, Lyudmila I. Mashonkina, Alan W. McConnachie, Julio F Navarro, Rubén Sánchez-Janssen, Guillaume F. Thomas, Zhen Yuan e Alessio Mucciarelli, 5 gennaio 2022, Natura .
DOI: 10.1038/s41586-021-04162-2

Un gruppo internazionale di ricercatori suggerisce che la materia oscura è nascosta all’interno dei buchi neri primordiali creati nei primi istanti dopo il Big Bang, come rivela un comunicato stampa.

Il modello è stato creato dagli astrofisici della Yale University, dell’Università di Miami e dell’Agenzia spaziale europea (ESA). Ora, credono che i dati del telescopio spaziale James Webb, lanciato di recente, potrebbero dimostrare che il modello è vero in una mossa che altererebbe completamente la nostra comprensione del cosmo.

Una teoria di Stephen Hawking degli anni ’70 ispira una nuova ricerca sulla materia oscura

La materia oscura è stata osservata solo indirettamente attraverso enormi quantità di forza gravitazionale non spiegata osservata in tutto l’universo e fenomeni come la lente gravitazionale. I ricercatori in Italia hanno recentemente creduto di aver osservato prove dirette di materia oscura sotto forma di lampi di luce nei cristalli di ioduro di sodio. Tuttavia, un team di Yale non è stato in grado di riprodurre quei risultati mettendo in dubbio le affermazioni originali.

Il nuovo studio del gruppo di ricercatori internazionali, pubblicato su The Astrophysical Journal, ha preso ispirazione da una teoria del 1970 proposta dai fisici Stephen Hawking e Bernard Carr. I due fisici hanno sostenuto che nella prima frazione di secondo dopo il Big Bang, minuscole fluttuazioni potrebbero aver creato regioni “grumose” con massa extra mentre l’universo si espandeva rapidamente. Secondo la teoria, queste regioni bitorzolute sono poi collassate nei primi buchi neri primordiali.

Sebbene questa teoria non abbia ottenuto una grande trazione all’epoca, è stata ripresa da un nuovo gruppo di scienziati con risultati promettenti. Secondo il teorico del nuovo articolo, il professore di astronomia e fisica di Yale Priyamvada Natarajan, questi buchi neri primordiali potrebbero potenzialmente spiegare tutta la materia oscura. Tuttavia, perché ciò sia vero, devono essere “nati” misurando circa 1,4 volte la massa del Sole terrestre.

“I buchi neri primordiali, se esistono, potrebbero essere i semi da cui si formano tutti i buchi neri supermassicci, incluso quello al centro della Via Lattea”, ha detto Natarajan. “Quello che trovo personalmente super eccitante di questa idea è come unifica elegantemente i due problemi davvero impegnativi su cui lavoro – quello di sondare la natura della materia oscura e la formazione e la crescita dei buchi neri – e li risolve in un colpo solo” ha aggiunto.

Il telescopio James Webb è la chiave

Natarajan e il suo team devono ora attendere le osservazioni del James Webb Telescope, lanciato con successo dopo una lunga serie di ritardi alla vigilia di Natale. Il telescopio ha la capacità di osservare le prime galassie che si sono formate nell’universo primordiale e le stelle che formano i sistemi planetari.

Negli anni 2030, una missione che coinvolgerà la Laser Interferometer Space Antenna (LISA) dell’ESA collegata al James Webb Telescope sarà in grado di provare o confutare la nuova teoria.

Se i buchi neri primordiali spiegano la materia oscura, nell’universo primordiale si saranno formate più stelle e galassie intorno a loro. Lo strumento LISA sarà anche in grado di rilevare segnali d’onda da fusioni primordiali di buchi neri che hanno avuto luogo nei primi giorni dell’universo. Tutto ciò significa che potremmo trovarci nella posizione estremamente rara di vedere una nuova teoria relativa all’universo primitivo convalidata solo entro pochi anni dalla sua proposta.