L’universo è energia

Teoria dell’energia universale

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Fausto Ghidoni

L’UNIVERSO È ENERGIA

Teoria dell’energia universale

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TEORIA DELL’ENERGIA UNIVERSALE

L’universo è energia.

“L’universo è formato da energia, una quantità immensa e si espande continuamente ad una velocità enorme.

Le galassie, le stelle, i pianeti e tutti i corpi materiali, visibili o non visibili, sono fatti di energia e sono solo una piccola parte di tutto l’universo.”

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Introduzione Le idee e i concetti trattati in questo libro e relativi all’idea di un universo fatto di energia sono nati e si sono evoluti nel corso di diversi anni, in relazione ai troppi argomenti e a questioni fon-damentali della fisica poco chiari e non in grado di fornire una spiegazione convincente, lasciando molte questioni parzialmente o totalmente non comprese.

Tutte le azioni a distanza, vale a dire la forza di gravità, la for-za elettrica e magnetica, le forze nucleari e la propagazione delle onde elettromagnetiche restano nella sostanza ancora da com-prendere. Neppure Newton era totalmente convinto delle azioni a distanza, secondo cui la proprietà delle masse di attirarsi aveva in sé qualcosa di magico e inspiegabile1. Per poter fornire una spie-gazione più razionale di quest’azione nacque l’idea dell’etere, una sostanza impalpabile che avrebbe riempito tutto lo spazio dell’universo, fungendo da tramite per le azioni a distanza. Il concetto di azione a distanza implica un’azione istantanea della forza. La realtà è che nessuna informazione si può trasferire istantaneamente a velocità infinita.

È stato così introdotto il concetto di campo, che è un supera-mento del concetto di azione a distanza, cioè della forza attratti-va o repulsiva tra corpi che non sono in contatto, ma che possono essere situati anche a grande distanza nello spazio. Una grandez-za di campo è una grandezza che dipende dallo spazio fisico ed è una modificazione dello spazio determinata da certe condizioni. Il campo è presente in tutti i punti circostanti, indipendentemen-te dal fatto che in esso siano presenti o meno altri corpi. C’è campo sia se lo spazio è permeato da un mezzo, sia se lo spazio è assolutamente vuoto. Il campo non ha confini definiti nello spa-zio fisico, ma i suoi effetti tendono ad annullarsi man mano che ci si allontana dalle sorgenti. Il concetto di campo, in grado di dare una spiegazione alla propagazione della luce nel vuoto, è

1 http://www.openfisica.com/fisica_ipertesto/openfisica4/azione_campo.php.

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stato ampliato al campo elettromagnetico, che interagirebbe nel-lo spazio con cariche elettriche, manifestandosi anche in assenza di esse, trattandosi di un’entità fisica che può essere definita in-dipendentemente dalle sorgenti che l’hanno generata. In man-canza di sorgenti, il campo elettromagnetico è stato definito nella fisica tradizionale come onda elettromagnetica, essendo un fe-nomeno ondulatorio che non richiede alcun supporto materiale per diffondersi nello spazio, che nel vuoto viaggia alla velocità della luce, mentre il fotone sarebbe la particella elementare re-sponsabile dell’interazione elettromagnetica, tramite il quanto che funge da mediatore. Il campo è dato dalla combinazione del campo elettrico e del campo magnetico. Il campo elettrico è un campo di forze conservativo, generato nello spazio dalla presenza di cariche elettriche stazionarie, mentre il campo magnetico è un campo vettoriale non conservativo, generato da cariche in moto. Dunque non è richiesta la presenza di materia, ma può diffonder-si nel vuoto, cioè solo in un volume di spazio.

Recenti sviluppi della teoria quantistica dei campi indicano che neppure il vuoto ideale con pressione zero è veramente vuo-to. Uno dei motivi è che le pareti della camera a vuoto emettono luce in forma di radiazione2. I fotoni emessi sono in equilibrio termodinamico con le pareti e, conseguentemente, il vuoto ha una particolare temperatura. Un’altra ragione è che nel vuoto so-no presenti fluttuazioni quanto-meccaniche, che lo rendono un ribollire di coppie di particelle virtuali, che nascono e si annichi-liscono in continuazione, e questo fenomeno quantistico potreb-be essere responsabile del valore osservato della costante cosmo-logica. Dunque se lo spazio vuoto non avesse alcuna forma di energia, generata da forze o meglio da campi di alcun tipo, né gravitazionale né elettromagnetica, per una particella che si tro-vasse nello spazio vuoto sarebbe possibile determinare velocità ed energia nulle, in violazione ad un principio fondamentale della teoria quantistica, il principio di indeterminazione.

Per comprendere e dare una soluzione al problema, cioè che non esiste il vuoto ove si diffondono le radiazioni elettromagneti-che, ho iniziato a immaginare un universo fatto di energia, ove la materia altro non è che un aspetto di questa e le onde elettroma-gnetiche ne sono una perturbazione che vi si propaga. Un altro aspetto fondamentale della fisica non chiarito è l’interazione gra-vitazionale, che nella fisica classica è interpretata come una forza

2 https://it.wikipedia.org/wiki/Vuoto_(fisica).

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di attrazione conservativa agente fra corpi, la cui manifestazione più evidente è la forza peso.

Nella relatività generale, l’interazione gravitazionale è una conseguenza della curvatura dello spazio tempo creata dalla pre-senza di corpi dotati di massa o di energia, ed è previsto che si propaghi alla velocità della luce per mezzo della radiazione gravi-tazionale, un fenomeno ondulatorio che non richiede alcun sup-porto materiale per diffondersi nello spazio. Dunque ancora uno spazio vuoto che non può esistere e una nuova radiazione che si propagherebbe in un campo tensoriale.

Una recente ipotesi è l’esistenza dei gravitoni che potrebbero dare una spiegazione alla radiazione gravitazionale. Ultimamente vengono fatte ricerche per individuare ipotetiche particelle ele-mentari, i gravitoni, che potrebbero essere responsabili della tra-smissione della forza di gravità. Il gravitone è previsto in alcuni modelli teorici che cercano di unificare i fenomeni quantistici con quelli gravitazionali. Tuttavia non solo non è ancora stata sperimentata la sua esistenza, ma una teoria di questo tipo ri-chiederebbe al gravitone di operare in maniera simile al fotone, ma la gravità non funziona nello stesso modo ed è difficile da de-scrivere analogamente alla carica. Comportamenti a lungo osser-vati mostrano che la gravità è creata da qualsiasi forma di ener-gia e che la massa ne è semplicemente una forma condensata. Ad oggi tutti i tentativi di creare una teoria quantistica consistente per la gravitazione sono falliti.

Anche per l’interazione gravitazionale, l’ipotesi dell’energia universale può fornire una spiegazione chiara e semplice relativa all’attrazione tra le masse. Altro aspetto, simile a quello gravita-zionale, è relativo alle forze e interazioni nucleari; anche in que-sto caso l’ipotesi dell’energia universale ne chiarisce i meccani-smi. Ancora il concetto di massa e conservazione della quantità di moto, la velocità delle onde elettromagnetiche e tanti altri aspetti della fisica si possono comprendere in modo diverso, mol-to semplice e chiaro considerando che l’universo è costituito da energia; da una quantità costante ed immensa di energia, che è ovunque, in ogni luogo, e che tutte le forze e le azioni a distanza sono in realtà interazioni tra l’energia universale e la materia.

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Origini In origine l’energia dell’universo intero aveva una densità eleva-tissima e la dimensione, rispetto a quella attuale, piccolissima. Il Big Bang è il modello cosmologico riguardante lo sviluppo e l’espansione dell’universo predominante, che ha le maggiori con-ferme dal punto di vista delle prove e delle osservazioni. I cosmo-logi con il termine Big Bang si riferiscono generalmente all’idea che l’universo iniziò ad espandersi a partire da una condizione iniziale estremamente calda e densa, e che questo processo di espansione continua tuttora. Una delle prove a sostegno di questa ipotesi è la radiazione diffusa, che ancora persiste dall’ipotetico inizio dell’universo. Secondo tale teoria, i primi istanti sono ca-ratterizzati da un’espansione dell’universo con una velocità di gran lunga maggiore di quella attuale.

I cosmologi sostenitori della teoria del Big Bang hanno suddi-viso la nascita dell’Universo in nove ere, che vanno da tempi estremamente brevi, da 10-43 secondi a poche frazioni di secondo, fino a 300.000 anni. Ciascuna di queste ere è caratterizzata da avvenimenti che iniziano con la separazione di una forza fonda-mentale dalle altre, fino alla formazione dei primi nuclei. Dopo queste nove ere il diametro dell’universo aveva raggiunto la dimensione di 100 milioni di anni luce. Dopo le prime due ere, chiamate “era di Planck” e “era di grande unificazione”, dall’energia sono nate le coppie di particella-antiparticella, iden-tiche tra loro, ma simmetriche. Questi unici due tipi di particelle hanno poi permesso la formazione di tutta la materia dell’universo, attraverso le altre fasi e successivamente attraverso il processo di nucleo-sintesi nelle stelle.

Con la tesi di questo libro, relativo ad un universo fatto di energia, le particelle in realtà sono costituite da energia conden-sata in rapidissima rotazione, molto superiore alla velocità delle onde elettromagnetiche, e che hanno assunto nella trasformazio-ne caratteristiche diverse dall’energia pura da cui sono nate. Le particelle primordiali si sono unite in una fase estremamente

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calda, cioè con elevatissima velocità e rotazione, in un universo formato da energia densissima, dando origine ad agglomerati, i quark, costituiti da un numero di singole particelle che si è modi-ficato agli inizi del tempo, e che poi si sono uniti a formare i pro-toni.

L’universo, 300.000 anni dopo la nascita, cominciò a raffred-darsi, permettendo agli elettroni liberi di agganciare i protoni e formare atomi di idrogeno neutri. Dalla trasformazione di parte dell’energia pura primordiale in “massa/energia”, hanno iniziato a manifestarsi le proprietà e le interazioni che hanno caratteriz-zato e caratterizzano tuttora l’universo. La formazione della “massa/energia” e l’espansione ha modificato l’omogeneità della densità dell’energia universale. All’inizio dell’era della materia, le variazioni della densità dell’energia si sono manifestate soprattut-to in zone di materia più condensate rispetto ad altre. L’interazione gravitazionale ha agito su queste irregolarità, for-mando agglomerati di materia sempre maggiori, portando così alla formazione delle prime stelle, circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang, e poi delle prime galassie attive, i quasar.

Probabilmente le prime stelle che si sono formate nell’Universo erano molto più massicce di quelle attuali. I processi di fusione nucleare che si sono innescati nel nucleo di queste enormi stelle, portarono alla formazione di elementi pesanti come l’ossigeno, il carbonio, il neon, il ferro e l’azoto, che poi si sono diffusi nello spazio interstellare in seguito alle esplosioni delle stelle in super-nove.

Le prime ipotesi di una teoria che prevedesse l’espansione del cosmo furono formulate sulle equazioni della relatività generale di Albert Einstein e l’isotropia dello spazio.

Un ulteriore sviluppo a tale teoria ci fu quando si scoprì che la distanza delle galassie più lontane è proporzionale al loro spo-stamento verso il rosso, e tale osservazione fu usata come prova del fatto che le galassie e gli ammassi hanno una velocità appa-rente di allontanamento, e più sono lontane, tanto più è elevata la loro velocità. Se la distanza fra le galassie sta aumentando, signi-fica che tutti gli oggetti dell’universo in passato erano più vicini. Andando indietro nel tempo, la densità e la temperatura tendono a un valore infinito. Si arriva perciò a un istante in cui tali valori sono così elevati che non sono più applicabili le attuali grandezze fisiche, compreso il tempo, che assumono valore infinito nell’istante iniziale. Non esiste una possibilità sperimentale, an-che se con gli attuali acceleratori di particelle si sono potuti veri-