Uno studio sottoposto a Peer Review suggerisce che il vuoto dello spazio esterno potrebbe essere un fluido non newtoniano, cosa che riporta di attualità un mistero astrofisico vecchio di decenni relativo a due sonde spaziali della NASA.
Il nuovo approccio non solo fornisce una soluzione esatta all’anomalia delle sonde spaziali, ma propone anche un modo completamente nuovo di pensare allo spazio, all’universo e alla teoria della relatività generale di Einstein.
In questa nuova teoria, viene proposta un’equazione che presume che lo spazio esterno sia un fluido addensante (dilatante), un tipo di fluido non newtoniano che sfida la legge di viscosità di Newton. Un esempio di questo è il liquido di oobleck, lo strano impasto fatto di amido di mais e acqua che diventa più viscoso quando viene compresso. Gli oggetti che viaggiano attraverso questo fluido, come le sonde della NASA, sarebbero rallentati dalla viscosità.
Il mistero delle sonde Pioneer
Ma a cosa ci riferiamo parlando di un mistero relativo a sonde della NASA?
Negli anni ’70, due sonde spaziali della NASA, le Pioneer 10 e 11, furono lanciate nello spazio con destinazione Giove e Saturno. Mentre i tecnici della NASA seguivano la loro traiettoria, ad un certo punto si accorsero che le sonde erano migliaia di chilometri più vicine alla Terra del previsto, in qualche modo avevano rallentato di 0,874 nm/s2 (nanometri al secondo quadrato).
La comunità scientifica ha cercato di capire perché le due sonde avevano misteriosamente rallentato, e nel 2012 è stato pubblicato un documento che suggerisce che l’anomalia sia stata dovuta ai fotoni termici emessi dalla dissipazione non uniforme del calore emesso dalle sonde.
Per capirci tramite un’analogia, sarebbe come quando si spara un proiettile in avanti con un fucile sentendo la forza del rinculo sulla spalla.
Secondo il documento, il rinculo delle sonde avrebbe dovuto causare una decelerazione di 0,74 ± 0,25 nm / s 2 un valore abbastanza vicino a quello reale. Un editoriale in proposito è stato pubblicato su Nature Physics con il titolo …and farewell to the Pioneer anomaly, chiudendo efficacemente il problema.
“Dopo che una simile pietra tombale era stata posta sull’anomalia delle sonde Pioneer è stato difficile per me pubblicare nuovi risultati; non c’era alcun desiderio di riaprire il problema“, ha affermato il dott. Marco Fedi, un ricercatore italiano che ha pubblicato il nuovo studio sul Canadian Journal of Physics. “Ma la scienza non si ferma mai e i miei risultati sono sorprendenti“.
Nel suo articolo, Fedi ha ottenuto il valore esatto di decelerazione di 0,874 nm / s 2 misurato dalla NASA. Secondo la sua teoria, le sonde della NASA hanno rallentato perché lo spazio esterno agiva come un fluido viscoso, rallentando le sonde.
Testare la teoria: stabilità delle orbite planetarie
Se la teoria di Fedi fosse corretta, l’implicazione immediata sarebbe che tutto nello spazio si muove attraverso un fluido dilatante che lo rallenta, anche il nostro pianeta.
Se i pianeti del nostro sistema solare rallentassero troppo, tuttavia, andrebbero fuori dall’orbita e finirebbero per precipitare nel Sole. Per verificare se la sua teoria è compatibile con la stabilità orbitale, Fedi ha calcolato quanto tempo impiegherebbe la Terra a uscire dall’orbita supponendo che si stia muovendo attraverso un fluido dilatante e la risposta è di trilioni di anni, grazie alla sua massa molto più grande rispetto a quella delle sonde Pioneer.
Test della teoria: la precessione del perielio di Mercurio
Fino a quando Einstein non propose la sua teoria della relatività generale, i ricercatori non avevano alcuna spiegazione del perché l’orbita ellittica di Mercurio attorno al sole spostasse lentamente la sua direzione nel tempo più del previsto dalle leggi della fisica classica e in modo notevolmente più pronunciato rispetto ad altri pianeti.
Il mistero, chiamato precessione del perielio di Mercurio, è stato risolto quando Einstein ha proposto che la massa del Sole crea un campo gravitazionale attorno ad esso curvando lo spazio e che l’orbita di Mercurio ne è interessata perché è il pianeta più vicino al Sole.
Fedi, per testare la validità della sua teoria, ha derivato la formula di Einstein per la precessione del perielio usando le sue equazioni per lo spazio come fluido dilatante.
Il risultato è stato identico a quello prodotto dall’equazione di Einstein per la precessione di Mercurio, lo stesso delle tradizionali equazioni per la relatività generale. Ciò suggerisce che i suoi risultati siano perfettamente compatibili con la teoria di Einstein e che potrebbero aggiungervi le basi quantistiche della relatività generale.
Lo spettro oscuro e il campo di Higgs
Poiché i fluidi devono essere composti da particelle, la nuova teoria pone anche delle domande sulla composizione di questo fluido addensante. Fedi ipotizza che questo fluido sia composto da materia oscura ed energia oscura, che si ritiene rappresentino il 95% della massa dell’universo ma la cui esistenza deve ancora essere provata sperimentalmente.
Le interazioni di questo fluido con sonde e pianeti potrebbero costituire le prime prove dirette della loro esistenza.
Dato che i granuli di amido di mais nell’acqua causano il comportamento non newtoniano della oobleck, le particelle di materia oscura diffusa in un mare di energia oscura potrebbero essere la ragione dell’esistenza di questo vuoto dilatante.
Fedi ha anche discusso del campo di Higgs, un campo viscoso onnipresente composto da bosoni di Higgs, come possibile ragione dell’esistenza di un vuoto dilatante. Sia le une che l’altro potrebbero essere il motivo per cui lo spazio esterno funge da fluido viscoso e ora saranno necessarie nuove ricerche più specifiche per determinare come questo accade.
Se lo spazio esterno agissse davvero come un fluido che s’ispessisce al taglio, aggiungerebbe nuovi elementi alla teoria della relatività generale di Einstein e cambierebbe radicalmente il modo in cui l’universo è concettualizzato. “Ad un secolo dalla pubblicazione della relatività generale e dalla sua formulazione puramente matematica dello spazio-tempo, sono convinto che siamo un passo avanti verso un cambiamento, i cui segreti sono probabilmente nel vuoto. Ex nihilo omnia [dal nulla viene tutto]”, ha concluso Fedi.
L’autore dello studio non è un illustre fisico di Princeton o di Oxford, bensì il preside di un istituto scolastico di Prato, il prof. Marco Fedi, il quale afferma: “numericamente le equazioni di Einstein producono risultati corretti. Ma siamo sicuri che la spiegazione qualitativa delle caratteristiche dello spazio (cioè uno spaziotempo “curvo”), che Einstein ci propone da più di un secolo, sia quella giusta? Io sto, di fatto, dimostrando che, se lo spazio fosse un fluido dilatante, la precisione nei risultati non sarebbe da meno! Certo, quando si parla di spazio fluido, molti esperti trasaliscono al pensiero che si voglia riportare in vita una sorta di vecchio “etere”: eppure grazie all’energia e alla materia oscure (che sono il 95% della massa-energia dell’universo) ed anche al campo di Higgs e ai tanti noti effetti che coinvolgono il vuoto quantistico (il “Lamb shift” per esempio), sappiamo bene che lo spazio vuoto… è tutt’altro che vuoto! Se quindi fosse proprio un fluido dilatante?”
Incuriositi dai risultati di questo lavoro e convinti dalla effettiva credibilità della rivista che lo ha riportato, abbiamo contattato il prof. Fedi e gli abbiamo posto alcune domande:
Reccom Magazine: professor Fedi, ci può spiegare con parole semplici la sua teoria?
Fedi: Molti hanno in passato ipotizzato uno spazio “superfluido” (superfluid vacuum theory). Lavorando anch’io sull’ipotesi di uno spazio liquido (l’energia e la materia oscure sono il 95% della massa-energia dell’universo… il vuoto non è quindi davvero vuoto) mi sono però presto accorto che si tratta in realtà un fluido di tipo “dilatante”. La curva di progressiva solidificazione, man mano che si accelera dentro questo fluido (provocando quello che si chiama “stress al taglio”), ho scoperto che è espressa dal famoso fattore di Lorentz. Che è in sostanza il grafico della viscosità del vuoto percepita da chi ci viaggia attraverso (si dice viscosità apparente), all’aumentare della velocità di un corpo. Quindi c’è piena compatibilità con la relatività speciale… Einstein usava il fattore di Lorentz, cioè la curva di viscosità del vuoto, ma non lo sapeva! Lui prese come semplice dato di fatto che la velocità della luce non si potesse superare.
Io adesso dico invece che ciò accade perché a quelle velocità il vuoto reagisce indurendosi come l’oobleck e facendo “muro” di fronte a chi ha intenzione di accelerare all’infinito. La maggiore viscosità percepita dai corpi in movimento sarebbe quindi la causa dei cosiddetti effetti relativistici. La teoria non è più una semplice ipotesi ma è corroborata da un paio di dimotrazioni regolarmente pubblicate dopo peer review: ha risolto la vecchia e famosa “anomalia Pioneer”, dando un valore al 100% esatto del rallentamento anomalo delle sonde Pioneer 10 e 11 (rallentamento dovuto appunto al fatto che le sonde viaggino in questa sorta di “oobleck”), mentre la NASA è attualmente contenta di un’altra soluzione che le hanno proposto (cioè un rallentamento causato da una dispersione asimmetrica del calore) che però ha un enorme margine d’errore. La mia equazione dà l’esatto valore di rallentamento osservato dalla NASA con zero errore. E la seconda prova è stata appunto il calcolo della precessione dell’orbita di Mercurio (o della stella ballerina …è lo stesso fenomeno), applicando un paio di equivalenze nella mia equazione di viscosità del vuoto (quella che ha risolto con una precisione senza precedenti l’anomalia Pioneer) mi sono infatti trovato tra le mani niente meno che l’equazione di Einstein per la precessione del perielio! In sostanza l’ho riderivata ma partendo dallo spazio fluid dilatante, anziché dalla geometria differenziale dello spazio curvo.
Reccom Magazine: professor Fedi, come mai, se alla fine deriva la stessa equazione di Einstein, dovremmo preferire il Suo approccio a quello del più grande fisico di tutti i tempi?
Fedi: giungo alla stessa equazione di Einstein per altre vie. Questa è già una notizia. E giacché tali vie sono molto più semplici, il buon Ockham direbbe che ho ragione io sugli aspetti qualitativi dello spazio. Ma c’è di più: l’equazione da cui parto, una nuova equazione che quantifica precisamente la forza viscosa dello spazio vuoto, è capace di calcolare con zero errore anche il famoso anomalo rallentamento delle sonde Pioneer della NASA, che per decenni hanno fatto discutere generazioni di fisici. La soluzione attualmente accettata dalla NASA ha un largo margine di errore. Considerando invece che le sonde viaggino (non si sono ancora fermate!) in uno spazio fluido e dilatante, l’errore è zero: risultato perfetto. Ed anche questo è stato regolarmente pubblicato, dopo un positivo peer review. Mi aiutate voi a contattare la NASA e a dire che si sveglino?
Reccom Magazine: cos’è un fluido dilatante?
Fedi: ci si riferisce a quei liquidi non-Newtoniani che, se soggetti al cosiddetto stress al taglio, reagiscono indurendosi. Si tratta in pratica di liquidi che, se stressati (per esempio colpiti con forza), possono per un attimo solidificarsi.
Reccom Magazine: su YouTube esistono in effetti molti i video che mostrano cosa sia l’oobleck, cosa sia cioè un fluido dilatante. Ma come mai non ci accorgiamo di essere immersi in uno spazio che ha queste caratteristiche?
Fedi: si tratta ovviamente di un fluido dilatante molto “diluito” e non composto dalla materia che conosciamo. Probabilmente è costituito da quelle che al momento chiamiamo materia oscura ed energia oscura. Oscure perché non le vediamo. Al Gran Sasso aspettano da tanto che le particelle di materia oscura piovano dal cielo. Ma probabilmente ci siamo immersi dentro e per questo non riescono a rilevarle. Ma quando ci mettiamo dentro un corpo in accelerazione, spingendolo fino a velocità estreme, prossime a quelle della luce, come nel caso delle particelle accelerate al CERN, ecco che questo fluido viene “stressato” a sufficienza (si parla tecnicamente di “stress al taglio”) e si irrigidisce, fino a sembrare un muro impenetrabile.
E’ per questo che in natura non può esistere una velocità infinita. Perché il vuoto reagisce, divenendo sempre più viscoso, proprio come vediamo che si comporta l’oobleck nei video di YouTube, quando viene rapidamente colpito. E’ questo che ostacola l’accelerazione delle particelle e mi auguro che la direttrice del CERN, la nostra illustre Fabiola Giannotti, legga i miei articoli pubblicati sul Canadian. Ce n’è uno proprio sull’accelerazione delle particelle nel vuoto dilatante. E i conti tornano.
Reccom Magazine: ma se lo spazio “dilatante” reagisce divenendo più viscoso e frenando i corpi che ci si muovono attraverso, come mai le orbite dei pianeti sono stabili? Non dovrebbero decelerare?
Fedi: nel mio articolo dimostro, calcoli alla mano, che le orbite infatti rallentano. Ma di così poco che è difficile notarlo. Il decadimento orbitale che risulta dalla mia equazione è nell’ordine di 10-26 m/s2 su trilioni di anni! Praticamente nulla.
Reccom Magazine: e allora come si spiega che un piccolo e leggero protone venga bruscamente frenato dallo spazio dilatante nell’acceleratore del CERN mentre la nostra gigantesca Terra non viene rallentata nella sua orbita attorno al Sole immersa in questo oobleck cosmico?
Fedi: basta la fisica del liceo! La risposta si chiama “quantità di moto”. Lei riuscirebbe meglio ad arrestare un treno o una bicicletta? L’enorme massa di un pianeta vince l’attrito del vuoto. E oltretutto i pianeti viaggiano molto ma molto più lentamente di un protone accelerato al CERN. Le orbite ci risultano pertanto stabili. Fisici e astronomi che hanno vagliato le mie equazioni confermano che è così. Ringrazio anzi il mio amico prof. Lorenzo Brandi dell’Osservatorio di Arcetri e anche il Commendator Recami, dell’INFN di Milano.
Reccom Magazine: bene. A questo punto potrebbe spiegarci in modo comprensibile per chiunque dove starebbe la connessione tra lo spazio curvo di Einstein e questo Suo spazio dilatante?
Fedi: i gradienti di pressione causati dalla presenza di una massa e la viscosità di questo spazio fluido fanno sì che lo spazio sembri curvo, che possa essere matematicamente trattato come tale. Ma riflettiamo: solo un corpo solido o un’immateriale entità geometrica possono curvarsi. Non mi pare che si viva incastonati in un solido come una formica nell’ambra, né che la geometria possa sostituirsi alla fisica. Non a caso, da cento anni, non riusciamo ad avere una teoria quantistica della relatività. Perché quella di Einstein è essenzialmente una teoria geometrica, che ha tolto di mezzo l’imbarazzo di un etere che non si trovava …ma che ci fa adesso anche scontare l’impossibilità di avere una teoria quantistica della gravità, di cui c’è un disperato bisogno. In sostanza, ci vuole adesso una teoria capace di dare gli stessi risultati numerici della relatività ma partendo da una diversa spiegazione qualitativa. La mia lo sta facendo.
Reccom Magazine: come ha fatto, preside Fedi, a trovare questa nuova equazione?
Fedi: passione, intuizione e duro lavoro. Nonché una piccola, semplice equazione di fisica classica, la cosiddetta equazione di Stokes. E’ un’equazione che ci fornisce la forza con cui un fluido rallenta un corpo che ci sta viaggiando attraverso. Ho sostituito il suo coefficiente di viscosità con il fattore di Lorentz, cioè l’elemento chiave della relatività di Einstein (che anche Einstein ha preso in prestito da Lorentz), la cui caratteristica curva è diventata per me la curva della viscosità del vuoto all’aumentare della velocità di un corpo che ci viaggia attraverso. Un’operazione semplice, che ha dato risultati strabilianti. Anche se, col mestiere che faccio, al di fuori dalle accademie e dagli ambienti di ricerca, è purtroppo passata in sordina, se non tra qualche addetto ai lavori (ho, per esempio, tenuto una conferenza per i fisici del CNR di Lecce).
Reccom Magazine: eppure, se le cose stanno così, se cioè la Sua non è una semplice ipotesi ma è corroborata, come pare, da calcoli precisi e da note anomalie che in questo modo vengono risolte, potremmo essere di fronte alla svolta del secolo per la fisica. Che sia la volta buona per comprendere finalmente la gravità quantistica?
Fedi: Lo credo fermamente. Le equazioni che ho pubblicato sono semplici ed efficaci in vari casi. Troppi per essere solo una coincidenza.
Reccom Magazine: ha pubblicato altri articoli, ci sono ulteriori conferme sull’argomento?
Fedi: sì, un altro articolo dove con la mia equazione di Stokes modificata, cioè con l’approccio dello spazio dilatante, spiego la cosiddetta “massa relativistica”, cioè la crescente difficoltà ad accelerare una particella (ma anche un qualsiasi altro corpo), man mano che la sua velocità si avvicina a quella della luce.
Reccom Magazine: perché proprio la velocità della luce si mette a far da “muro” per chi volesse superarla?
Fedi: perché un corpo che viaggia vicino a quella velocità stressa così tanto questo fluido dilatante che chiamiamo “spazio vuoto”, da farlo reagire solidificandosi e diventando per la particella accelerata come una barriera. Immaginate le scintille che provengono da un treno che sta frenando. Ecco, la luce di sincrotrone emessa dalle particelle accelerate non è in realtà altro che l’energia liberata dall’attrito tra la particella e il vuoto dilatante che la sta frenando. I calcoli tornano.
Reccom Magazine: beh, in questo modo diventa tutto semplice da comprendere. Facilmente visualizzabile. Questo Suo approccio riuscirebbe magari a spiegare la relatività anche a un bambino?
Fedi: Assolutamente sì. Partiamo dalla versione più semplice e nazionalpopolare della relatività: la relatività ristretta. Dove la velocità rallenta gli orologi, accresce la massa e accorcia gli oggetti. Ed ecco la spiegazione adatta anche ai bambini: un oggetto che viaggia sempre più veloce fa irrigidire sempre di più il nostro oobleck, che quindi lo frena e si fatica sempre di più ad accelerarlo, ci vuole sempre più energia. Si dice massa relativistica (per l’esattezza “energia cinetica relativistica”) ma non è altro che la maggiore energia richiesta per accelerare un corpo maggiormente frenato. Gli orologi poi: man mano che un orologio viaggia più rapido attraverso l’oobleck, si trova a ticchettare in un ambiente sempre più viscoso e perciò rallenta. Semplice no? Quanto infine alla contrazione della lunghezza di un corpo accelerato, immaginate di premere una spugna contro un muro: cosa fa? Si accorcia. Questo muro è lo spazio solidificato a causa dello stress provocato dal corpo accelerato che ci viaggia attraverso. Così la relatività è finalmente alla portata di tutti.
Reccom Magazine: come si accorda il suo spazio fluido con le onde gravitazionali?
Fedi: sono onde di pressione nello spazio fluido. I sistemi binari di due buchi neri (o di due stelle di neutroni) che orbitano in questo spazio fluido ne causano increspature (onde di pressione) e questo fa vibrare gli specchi di LIGO e degli altri interferometri gravitazionali. La mia teoria arriva ad ogni fenomeno che anche Einstein descrive: tanto che anche in relatività di parla delle onde gravitazionali come “increspature”. Loro considerano uno spazio realmente vuoto (un vuoto newtoniano) che si increspa “soltanto geometricamente”. Io invece sostengo che siano vere onde di pressione in un mezzo fluido, quello che chiamiamo energia e materia oscure. Dicono che non interagiscono con gli oggetti materiali. Sbagliato: il mio articolo dimostra che hanno interagito sia con le sonde NASA (causandone il rallentamento) che con Mercurio (e le stelle ballerine), causandone la precessione dell’orbita. Capisce perché le mie dimostrazioni sono di estrema importanza… dimostro oltretutto per la prima volta che il “settore oscuro” interagisce con la materia ordinaria, con sonde e pianeti!
Pure il redshift cosmologico dà risultati in pieno accordo con le osservazioni se si ipotizza una perdita d’energia della luce (so che me lo avrebbe presto chiesto!) viaggiando attraverso uno spazio fluido. Lei ricorda la semplice equazione E = hf ? Dove “E” è l’energia del fotone ed “f” la frequenza. Che succede se la luce perde energia a causa dello spazio fluido che attraversa ? “h” è costante (di Planck) quindi non può che diminuire la frequenza (ed ecco il redshift appunto!). Infatti con il modello che si ostinano a tenere (l’universo che si espande) i cosmologi sono in profonda crisi, non sanno nemmeno più che valore dare alla costante di Hubble: tutta la storia dell’universo in espansione per giustificare il redshift è giunta ormai al parossismo. Han bisogno di un cambio di paradigma.
Reccom Magazine: perché non ha inviato a Nature questa importante scoperta?
Fedi: quando presentai i risultati a Valery Sbitnev, un noto fisico quantistico russo con cui ho collaborato, mi disse immediatamente di inviarli a Nature. Ma essendo io un outsider, dissero che non erano interessati. Credo che non abbiano neppure letto con attenzione.
Reccom Magazine: c’è qualcosa, oltre all’equazione della precessione, che La accomuna ad Einstein?
Fedi: sì. Anche lui suonava il violino. La musica è visione, intuizione, energia. A nessuno scienziato dovrebbe mancare. Al giorno d’oggi è troppo marcata la dicotomia tra discipline scientifiche e umanistiche. Le une servono in realtà alle altre. Ma questi sono discorsi da preside.
Leggi lo studio completo : Il vuoto fisico come fluido dilatante fornisce soluzioni esatte all’anomalia di Pioneer e alla precessione del perielio di Mercurio nel Canadian Journal of Physics .
