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The Fabric of the Cosmos

Space, Time, and the Texture of Reality

By

Publisher: Knopf

4.4
(219)

Language:English | Number of Pages: 576 | Format: Hardcover | In other languages: (other languages) Spanish , German , Italian , Czech

Isbn-10: 0375412883 | Isbn-13: 9780375412882 | Publish date:  | Edition 1

Also available as: Audio Cassette , Audio CD , Paperback , eBook , Others

Category: History , Non-fiction , Science & Nature

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Book Description
From Brian Greene, one of the world’s leading physicists, comes a grand tour of the universe that makes us look at reality in a completely different way.

Space and time form the very fabric of the cosmos. Yet they remain among the most mysterious of concepts. Is space an entity? Why does time have a direction? Could the universe exist without space and time? Can we travel to the past?

Greene uses these questions to guide us toward modern science’s new and deeper understanding of the universe. From Newton’s unchanging realm in which space and time are absolute, to Einstein’s fluid conception of spacetime, to quantum mechanics’ entangled arena where vastly distant objects can bridge their spatial separation to instantaneously coordinate their behavior or even undergo teleportation, Greene reveals our world to be very different from what common experience leads us to believe. Focusing on the enigma of time, Greene establishes that nothing in the laws of physics insists that it run in any particular direction and that “time’s arrow” is a relic of the universe’s condition at the moment of the big bang. And in explaining the big bang itself, Greene shows how recent cutting-edge developments in superstring and M-theory may reconcile the behavior of everything from the smallest particle to the largest black hole. This startling vision culminates in a vibrant eleven-dimensional “multiverse,” pulsating with ever-changing textures, where space and time themselves may dissolve into subtler, more fundamental entities.

Sparked by the trademark wit, humor, and brilliant use of analogy that have made The Elegant Universe a modern classic, Brian Greene takes us all, regardless of our scientific backgrounds, on an irresistible and revelatory journey to the new layers of reality that modern physics has discovered lying just beneath the surface of our everyday world.

With 146 illustrations

Jacket photograph by DB Image/Brand X Pictures
Sorting by
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    Se i libri sono il nutrimento della conoscenza, questo è un pranzo da matrimonio. È come se chiedessi a qualcuno di offrirti una spiegazione di fisica e lui, invece di prepararti un assaggio di relatività e uno di fisica quantistica, si entusiasmasse e ti portasse tutti i piatti preferiti che ri ...continue

    Se i libri sono il nutrimento della conoscenza, questo è un pranzo da matrimonio. È come se chiedessi a qualcuno di offrirti una spiegazione di fisica e lui, invece di prepararti un assaggio di relatività e uno di fisica quantistica, si entusiasmasse e ti portasse tutti i piatti preferiti che riesce a mettere insieme. Inoltre, spiega tutto cercando di rimanere più semplice e chiaro possibile, usando anche un tono colloquiale e gli esperimenti con Tom e Jerry per familiarizzare il lettore con mondi ignoti e fantastici.
    Si va dall'infinitamente piccolo al grande, fino all'infinitamente remoto, ci sono tanti concetti, stimoli e idee ed oggetti affascinanti. È quasi lo stato dell'arte delle nostre conoscenze sulla realtà nel 2004; in particolare, si concentra su cosa sono spazio e tempo. Consigliato anche a chi non piace la scienza, potrebbe essere l'occasione buona per vederne il fascino.
    Ho detto "quasi" per due motivi: innanzitutto, ragioni di spazio e tempo. Nessuno ha il tempo per scrivere un libro che parli accuratmente di ogni teoria fisica, oltretutto ci vorrebbe un volume enorme per farlo.
    Il secondo è che l'autore, da buon ospite, vuole condividere i piatti che gli piacciono di più. Quindi, pur cercando di ricordare anche le teorie alternative nei casi in cui non c'è certezza per nessuna, tende comunque a darci poco peso (in almeno un punto, quasi zero). Però, a uno che mi ha offerto un tale pranzo, queste piccole trascuratezze le perdono!

    said on 

  • 5

    http://antoniodileta.wordpress.com/2013/04/01/la-trama-del-cosmo-spazio-tempo-realta-brian-greene/


    “Immaginate un universo in cui per comprendere l’origine di un fenomeno fosse necessario comprendere anche tutto il resto; un universo in cui per capire perché un pianeta orbita attorno a una ...continue

    http://antoniodileta.wordpress.com/2013/04/01/la-trama-del-cosmo-spazio-tempo-realta-brian-greene/

    “Immaginate un universo in cui per comprendere l’origine di un fenomeno fosse necessario comprendere anche tutto il resto; un universo in cui per capire perché un pianeta orbita attorno a una stella, perché una palla lanciata in cielo segue una certa traiettoria, come funziona un magnete o una batteria, quali meccanismi regolano la luce o la gravità, o mille altre cose ancora, si dovessero prima sviscerare le leggi fondamentali del cosmo e determinare come esse agiscono sui costituenti elementari della materia. Per fortuna questo universo non è il nostro.
    In caso contrario, la scienza non avrebbe avuto ragione di esistere. Se siamo riusciti a fare qualche scoperta nel corso dei secoli è perché abbiamo potuto avanzare un passo alla volta, svelare un mistero dopo l’altro e ogni volta basarci sui risultati precedenti. Newton non sapeva nulla degli atomi, ma ciò non gli ha impedito di avere le sue fondamentali intuizioni sulla natura del moto e della gravità. A Maxwell non è servito conoscere gli elettroni e le altre particelle per formulare la sua teoria onnicomprensiva dell’elettromagnetismo. Einstein non ha dovuto capire come fosse nato lo spaziotempo per poter stabilire il suo ruolo nella trasmissione della forza gravitazionale. Tutte queste scoperte, e molte altre che stanno alla base della nostra attuale concezione dell’universo, si sono originate in un contesto molto limitato in cui non ci si è fatto scrupolo alcuno a evitare di rispondere a molte altre domande. Ogni nuova teoria era un pezzo di un grande puzzle, anche se non si sapeva (e non si sa ancora) quale immagine sarebbe apparsa alla fine.”

    (Brian Greene, “La trama del cosmo. Lo spazio, il tempo, la realtà”, ed. Einaudi, 2006)

    In un celebre aforisma Kafka scriveva, più o meno, che “un libro dev’essere come un’ascia che squarcia il mare ghiacciato che è dentro di noi”, e in effetti i romanzi o i testi filosofici che più ammiro, ricordo, rileggo, sono proprio quelli che mi hanno procurato anche una sensazione simile. Come già anticipato in qualche articolo della scorsa settimana, negli ultimi tempi sto andando alla riscoperta, sebbene da profano della materia, del lato più propriamente fisico della faccenda (=mondo) e non solo mi ritrovo a pensare a quel “mare ghiacciato” in termini di atomi, molecole ed entropia, ma mi accade anche di vedere le pagine che ho sotto gli occhi come una sorta di formicaio brulicante di particelle-onde, oltre che come una metaforica (e meno male!) ascia.
    Ho finito di leggere “La trama del cosmo” di Brian Greene è e la sensazione è quella che abbia ridestato definitivamente una parte di me che sonnecchiava, forse per paura. Sì, perché certe domande sono affascinanti, ma incutono anche paura, forse ancora di più che un innamoramento. "Cos'è il tempo? E lo spazio? E l'universo?" Questioni enormi, che menti eccelse affrontano da centinaia di anni con piglio scientifico, senza poter giungere a "una" conclusione, eppure scoprendo ad ogni passo qualcosa che lima o addirittura sconvolge le percezioni che avevamo in precedenza. Non ho mai pensato che un libro potesse "cambiare la vita", e non lo penso tuttora, ma certo può scuotere, indirizzare, stimolare a osservare la realtà con uno sguardo nuovo. Questo che ho appena chiuso sta facendo tutto ciò. Se Dostoevskij, per esempio, come romanziere segnò un confine tra un "prima" e un "poi" nella mia esistenza, se alcuni filosofi fecero altrettanto, adesso sta succedendo con testi che parlano di fisica.
    Il libro di Brian Greene comincia proprio con la scoperta, da parte del bambino Greene, del saggio filosofico di Albert Camus, “Il mito di Sisifo” e in particolare con il suo celebre incipit, nel quale Camus affermava che prima ancora di sapere di quante dimensioni è l’universo dobbiamo stabilire se la vita valga la pena di essere vissuta. Greene sostiene di aver voluto studiare il mondo, da fisico, anche per superare quella frase. “La trama del cosmo”, edito nel 2006 (e quindi, lo dico subito, da integrare con libri più recenti per chi volesse saperne di più circa gli sviluppi degli ultimi anni), è un viaggio soprattutto attorno alle nozioni di spazio e tempo, ma più in generale un’esposizione accattivante, divulgativa e al tempo stesso molto accurata delle scoperte del mondo della fisica dai tempi di Newton a oggi. In quasi 600 pagine l’autore riesce a trasmetterci nozioni anche molto complicate con un approccio tale da rendere possibile la comprensione anche al lettore a digiuno di letture simili. Greene, infatti, rimanda alle note a fine capitolo, molto dettagliate, le disquisizioni più specialistiche, comprensive di dimostrazioni matematiche. Per quanto io non sia un esperto del settore, devo dire che a me è parso un libro che riesce a coniugare l’esigenza di trasmettere al lettore meno addentrato nei concetti fisici l’emozione e l’importanza delle scoperte via via succedutesi nella storia, senza svilirle con esempi banalizzanti.
    Come scritto, e come intuibile già dal sottotitolo del libro, Greene analizza in particolare riferimento le nozioni di spazio e tempo, partendo dalle tesi assolutistiche di Newton, per arrivare alla relatività ristretta e generale di Einstein, fino alle più recenti teorie, comprese le più astruse, o semplicemente ancora non verificate, concernenti questi due concetti per noi imprescindibili, legati tra loro e che pure potrebbero non essere, stando appunto ad alcune tesi recenti, l’istanza ultima del nostro mondo. Per poterci spiegare cosa significhi lo spazio-tempo, Greene ci introduce, dosando esempi presi dalla vita quotidiana e ricostruzioni accurate di esperimenti da laboratorio, a tutte le principali scoperte del mondo della fisica, fino al tentativo, tuttora in corso, di trovare una cosiddetta teoria del tutto, che unifichi la relatività generale e la meccanica quantistica. Leggendo Greene ho potuto così rispolverare o dare nuova linfa a concetti come big - bang, gravità, accelerazione, relatività, particelle-onda, funzioni d’onda, principio d’indeterminazione, campi di probabilità, entropia, buchi neri, teorie dei campi, cosmologia inflazionaria, elettromagnetismo, luce, massa, simmetria, oppure a nomi quali Heisenberg, Einstein, Bohr, Newton, Hawking e tanti altri, che prima o non conoscevo oppure erano stati messi sotto una coltre di nozioni di altro tipo.
    Greene è un fautore della cosiddetta “teoria delle superstringhe”, poi evolutasi in M-teoria, tesi affascinante, tuttora controversa nel mondo della fisica, poiché non ancora dimostrata. L’ultima parte del suo libro, infatti, è dedicata a questa teoria e ovviamente va presa, appunto, come una tesi che potrebbe rivelarsi tanto sconvolgente poiché veritiera, tanto come un assoluto flop. Va detto, però, che l’autore è molto chiaro al riguardo, non spaccia per verità comprovate le sue tesi e in generale l’intero libro è “onesto” (almeno a me è parso tale) perché Greene, pur dovendo scegliere quali concetti esporre in maniera prevalente, non lesina riferimenti ad autori che la pensano diversamente, con tanto d’indicazioni bibliografiche.
    Non so se questa mia ritrovata passione per la fisica (che poi, parere personale, nelle sue domande ultime non è così distante dalla filosofia, pur con approcci diversi) durerà a lungo, ma ho la sensazione che questo testo sia stata una sorta di scintilla che ha acceso una curiosità che andrà appagata con altri testi, magari contraddittori rispetto a quello di Greene, o più recenti, nonché, come già sto facendo, siti web o video sull’argomento. Di sicuro, avendo preso in prestito questo libro dalla biblioteca del mio paese, mi accingo a riportarlo indietro a malincuore, convinto che a breve lo comprerò per tenerlo accanto a me, magari vicino al libro di Camus.
    Chiudo confessando di non essere così sicuro circa quanto accennato a inizio articolo, cioè che questi argomenti possono spaventare quasi più di un innamoramento. Tuttavia, alla domanda “Che cos’è l’amore?” ci sarà tempo per pensare a tempo debito.

    said on 

  • 5

    “L’intera nostra esistenza, tutto ciò che facciamo, pensiamo e proviamo, si verifica in una determinata regione dello spazio in un determinato intervallo di tempo; eppure la scienza non è ancora riuscita a svelare che cosa siano con esattezza spazio e tempo: sono due entità fisiche reali o sempli ...continue

    “L’intera nostra esistenza, tutto ciò che facciamo, pensiamo e proviamo, si verifica in una determinata regione dello spazio in un determinato intervallo di tempo; eppure la scienza non è ancora riuscita a svelare che cosa siano con esattezza spazio e tempo: sono due entità fisiche reali o semplicemente utili semplificazioni concettuali?”

    “L’uomo ha accesso unicamente alle sue esperienze interiori della percezione e del pensiero: come può essere certo che queste rispecchino con precisione la realtà del mondo esterno?”
    “Esistono però dei casi che rientrano, per così dire, nella zona demilitarizzata e richiedono l’uso combinatorio di relatività generale e meccanica quantistica: situazioni fisiche estreme in cui vi sono corpi molto pesanti e molto piccoli. […] Non riuscire a combinare con successo relatività generale e meccanica quantistica significa non poter svelare che fine fanno le stelle che collassano o l’origine dell’universo.”

    “Invece delle tre dimensioni spaziali e di quella temporale dell’esperienza comune, tale teoria prevede nove dimensioni spaziali e una temporale; in una sua versione ancor più estrema, conosciuta come M-teoria, l’unificazione richiede addirittura dieci dimensioni spaziali e una temporale, ovvero un cosmo composto in totale da undici dimensioni spaziotemporali. Dato che non vediamo queste dimensioni extra, la teoria delle stringhe ci dice, in sostanza, che finora abbiamo osservato solo una piccola fetta della realtà.”

    L’universo in un secchio

    “Newton era un uomo amante della verità in un modo fanatico: arrivò a conficcarsi un ago spuntato tra l’occhio e l’osso orbitale per studiare la percezione dei colori; e quando divenne direttore della Zecca perseguitò in modo particolarmente accanito i falsari, mandandone più di cento sulla forca. Non tollerava ragionamenti erronei e incompleti, e perciò decise di chiarire la situazione. Fu così che ideò l’esperimento del secchio.”

    “Ovunque ci troviamo, esiste sempre un sistema di riferimento, un contenitore di tutto quanto: lo spazio in sé. Secondo Newton il palcoscenico vuoto e trasparente, in cui tutti ci troviamo e in cui ogni moto si verifica, era un’entità fisica reale, che egli definì spazio assoluto.”

    “Newton ci lascia, dunque, in una posizione scomoda: conferisce allo spazio assoluto un ruolo primario, riguardo all’elemento basilare della fisica, il moto, ma ne fornisce una definizione vaga […] sentendosi a disagio lui per primo di fronte a questa situazione.”

    “Mach fu il primo in più di due secoli a presentare una seria sfida alle teorie di Newton, e le sue idee ebbero un vasto eco nella comunità scientifica.”

    “Di conseguenza, dal punto di vista machiano solo il moto relativo e l’accelerazione relativa contano: noi percepiamo l’accelerazione solo quando acceleriamo rispetto alla distribuzione media del resto della materia presente nel cosmo. Senza quest’ultima, per Mach non possiamo avvertire alcunché.”

    “Nella visione machiana lo spazio è, come immaginava Leibniz, il linguaggio che esprime la relazione tra la posizione di un oggetto e quella di un altro ma non ha esistenza propria, proprio come un alfabeto privo di lettere.”

    “Quando affermiamo che la velocità del suono a temperatura ambiente è di 340 metri al secondo (detta anche Mach I, in onore proprio di Ernst Mach), intendiamo dire che le onde sonore viaggiano nell’aria altrimenti immobile a questa velocità. I contemporanei di Maxwell, ovviamente, ipotizzarono che anche le onde luminose ed elettromagnetiche in genere viaggiassero attraverso un mezzo specifico, invisibile ma reale, cui diedero l’altisonante nome di etere luminifero, o più in breve di etere.”

    “Come noterete, tra l’etere luminifero e lo spazio assoluto newtoniano c’è un’affinità sorprendente: entrambi sono stati concepiti nel tentativo di trovare un parametro di riferimento per valutare il moto.”

    Il relativo e l’assoluto

    “In base all’affermazione ormai ben nota secondo cui la velocità della luce è costante, abbiamo concluso che spazio e tempo stanno nell’occhio di chi guarda.”

    “La velocità massima nello spazio si raggiunge quando il moto attraverso il tempo viene tutto trasferito al moto attraverso lo spazio, il che ci consente di capire perché sia impossibile viaggiare a una velocità superiore a quella della luce. La luce, che viaggia sempre alla stessa velocità massima, è speciale perché è l’unica che riesce, costantemente, a utilizzare tutto il suo capitale di velocità per il moto attraverso lo spazio.”

    “Malgrado il nome, la teoria einsteiniana non afferma che tutto è relativo. Alcune cose lo sono: le velocità, le distanze nello spazio, la durata del tempo trascorso; esiste però un concetto nuovo, importante, chiaramente non relativo: lo spazio-tempo. Esso è assoluto per la relatività ristretta come lo spazio e il tempo lo erano per Newton, ed è in parte per questo che la locuzione <teoria della relatività> non fu suggerita da Einstein, che non la trovava particolarmente adeguata. Egli propose di chiamarla teoria dell’invarianza, perché so basa su un qualcosa su cui tutti concordano che quindi non è relativo.”

    “[…] apprendiamo quindi che le forme geometriche delle traiettorie nello spaziotempo sono il criterio assoluto per stabilire se qualcosa sta accelerando o no.”

    “Tale idea fa spostare di nuovo l’ago della bilancia: da Leibniz il relazionista a Newton l’assolutista, e poi da Mach il relazionista ed Einstein, la cui relatività ristretta dimostrò ancora una volta che esiste un ente, lo spaziotempo e non il solo spazio, che può rappresentare la pietra di paragone per tutti i moti dell’universo.”

    [Riassunto delle diverse posizioni in merito alla natura dello spazio e del tempo:
    Newton: “Lo spazio è un entità; il moto accelerato non è relativo;” posizione assolutista
    Leibniz: “Lo spazio non è un’entità; tutti gli aspetti del moto sono relativi;” posizione relazionista
    Mach: “Lo spazio non è un’entità; il moto accelerato è relativo alla distribuzione media della massa nell’universo;” posizione relazionista
    Einstein (relatività ristretta): “Spazio e tempo, considerati singolarmente, sono relativi; lo spaziotempo è un entità assoluta.”]

    “Dato che gravità e accelerazione sono equivalenti, se sentiamo l’influenza della gravità, dobbiamo per forza stare accelerando.”

    “[…]in assenza di materia o di energia (ossia in mancanza del Sole, della Terra, delle stelle) lo spaziotempo non ha distorsioni né curve, ma è piatto.”

    Legami nello spazio

    “La meccanica quantistica infrange questa tradizione. Questa strana teoria afferma che non saremmo mai in grado di conoscere l’esatta localizzazione e l’esatta velocità nemmeno di una singola particella né di prevedere con totale certezza l’esito dell’esperimento più semplice, per non parlare del cosmo intero. Nella migliora delle ipotesi, possiamo solo prevedere la probabilità che un esperimento produca questo o quel risultato. E il fatto è che la validità della meccanica quantistica è stata comprovata da anni di grandi successi sperimentali.”

    “[…] in fisica tale caratteristica dell’universo è nota come principio di località, e formalizza il fatto che possiamo influenzare direttamente solo le cose che ci stanno vicine, che sono possibili solo azioni locali.”

    “Secondo la teoria quantistica, e numerosi esperimenti hanno dimostrato la validità delle sue previsioni, la connessione tra due particelle può permanere anche se queste si trovano agli estremi opposti dell’universo.”

    “Nel mondo quantistico, dunque, tutto ha una natura doppia, sia corpuscolare sia ondulatoria.”

    “In effetti, quando più accuratamente intendiamo localizzare la posizione dell’elettrone, tanto più localizzato e carico d’energia deve essere il fascio luminoso, e quindi tanto maggiore sarà l’effetto sul moto dell’elettrone.”

    “L’indeterminazione è sempre presente, ma diviene significativa solo su scala microscopica.”

    “In poche parole, EPR (Einstein, Podolsky e Rosen) sostengono che un oggetto A non risente per nulla di ciò che facciamo a un altro oggetto B spazialmente da A.”

    “EPR si erano riproposti di provare che la meccanica quantistica forniva un quadro incompleto dell’universo. Mezzo secolo dopo le ricerche teoriche e i dati sperimentali ci costringono a rivedere la loro analisi e a concludere che l’elemento sostanziale su cui essa si fonda è errato: l’universo è non locale. L’ipotesi intuitivamente affascinante di EPR, secondo cui tali connessioni a lunga distanza esistono solo perché le particelle hanno proprietà correlate preesistenti, viene dunque smentita dai dati.”

    “Se questa fosse la descrizione giusta delle interrelazioni tra i due fotoni, la relatività ristrette si troverebbe in serie difficoltà. Gli esperimenti dimostrano che, dal punto di vista dei ricercatori in laboratorio, nel momento esatto in cui viene misurato lo spin di un fotone, l’altro fotone assume la stessa proprietà di spin. Se un misterioso messaggero si spostasse dal fotone di sinistra al fotone di destra, informando quest’ultimo che lo spin del primo è stato determinato mediante misurazione, dovrebbe farlo in modo istantaneo, il che contrasterebbe con il limite di velocità stabilito dalla relatività ristretta.”

    “Nell’universo di Einstein, inoltre, i corpi possiedono valori definiti per tutte le loro proprietà fisiche, che non si trovano in una sorta di limbo, in attesa che uno scienziato le misure per farle esistere. Oggi gran parte dei fisici pensa che Einstein si sbagliasse anche su questo punto. Le proprietà delle particelle hanno un’esistenza effettiva solo quando la misurazione le costringe a farlo.[…] I sostenitori più estremisti di tale visione arrivano ad affermare che la Luna non splende nel cielo se nessuno la osserva.”

    “In virtù del loro passato gli oggetti che oggi si trovano in regioni molto distanti dell’universo possono far parte di un tutt’uno quantistico, essere cioè entangled”

    Il fiume ghiacciato

    “La lista delle cose presenti nel mio adesso, ossia nella realtà, presenta un aspetto singolare, perché nulla di quello che vediamo adesso appartiene a tale lista, dato che la luce impiega un certo tempo a raggiungere i nostri occhi. Tutto ciò che vedete è già accaduto. Non vedete le parole su questa pagina così come sono ora ma, quando tenete in mano il libro, le osservate così com’erano un miliardesimo di secondo fa.”

    “Per noi, fisici credenti, la separazione tra passato, presente e futuro ha solo il significato di un’illusione, per quanto tenace>, disse in un’occasione Einstein. L’unica cosa reale è la totalità dello spaziotempo.”

    Il caso e la freccia

    “Il punto fondamentale resta che le leggi note non solo non ci spiegano perché vediamo gli eventi svolgersi unicamente in un senso, ma ci rivelano che in teoria questi potrebbero svolgersi in quello contrario.”

    “L’insegnamento più importante della seconda legge della termodinamica è che i sistemi fisici hanno una tendenza molto marcata a trovarsi in configurazioni di alta entropia, perché esistono molti modi in cui tali stati possono verificarsi. Una volta acquisite queste configurazioni, essi presentano una tendenza molto marcata a mantenerle. L’entropia elevata è la condizione naturale dell’essere.”

    “La tendenza preponderante al disordine non significa che strutture ordinate quali stelle e pianeti, o forme di vita ordinate quali piante e animali, non possano formarsi: lo fanno, e lo vediamo di continuo. Ciò che la seconda legge della termodinamica implica è che nella formazione di ordine si ha in genere una produzione di disordine che la compensa ampiamente.”

    “Il futuro è la direzione in cui l’entropia aumenta. La freccia temporale è stata scoccata nello stato molto ordinato, di bassa entropia, dell’universo primordiale.”

    Fiocchi di neve e spaziotempo

    “[…]anche se siamo confinati su un piccolo pianeta e nei suoi dintorni, grazie alla simmetria traslazionale siamo in grado di conoscere le leggi fondamentali dell’universo intero.”

    “Anche senza una risposta definitiva circa la forma del cosmo, è ormai chiarissimo che la simmetria è la chiave di volta che, se applicata all’universo nel suo complesso, ci fa comprendere cosa siano lo spazio e il tempo. Senza la simmetria, saremmo al punto di partenza.”

    Decostruzione di un’esplosione

    “Il big bang è una teoria che spiega l’evoluzione del cosmo a partire da una frazione di secondo dopo il misterioso evento che ha portato l’universo ad avere un inizio, m che non dice nulla su ciò che è successo al tempo zero.”

    “Nelle situazioni in cui la pressione è negativa, la normale attrazione gravitazionale, originata dalla massa e dall’energia, e quella esotica, generata dalla pressione, sono in competizione tra loro. Se quest’ultima è maggiore della prima, allora la gravità in quel luogo sarà di tipo repulsivo e tenderà a far allontanare non avvicinare, i corpi gli uni dagli altri. Ecco dove interviene la costante cosmologica. Il termine aggiunto da Einstein alle sue equazioni implica l’esistenza di un’energia diffusa in modo uniforme in tutto l’universo che, e questo è il punto, ha costantemente pressione negativa. Di più: la repulsione gravitazionale dovuta a questa pressione è tale da superare l’attrazione dovuta all’energia, e quindi la costante cosmologica implica l’esistenza di una forza gravitazionale repulsiva diffusa in modo uniforme nell’universo.”

    “Guth e Tye sospettarono infatti che l’energia di un campo di Higgs super raffreddato (che non è zero) avrebbe potuto avere degli effetti importanti sull’espansione dell’universo. Un campo di Higgs super raffreddato non solo dà un contributo addizionale di energia, ma fornisce anche allo spazio un valore uniforme di pressione negativa. In pratica, dal punto di vista dell’energia e della pressione, un simile campo di Higgs ha le stesse proprietà della costante cosmologica.”

    “A causa della sua pressione negativa, l’inflatone generò una enorme repulsione gravitazionale che spinse tutte le regioni del cosmo ad allontanarsi violentemente l’una dall’altra: per usare il linguaggio di Guth, l’inflatone causò un’inflazione. La spinta repulsiva durò solo 10-35 secondi, ma fu così forte che l’universo ebbe modo di ingrandirsi moltissimi. I calcoli cambiano a seconda del tipo di potenziale dell’inflatone, ma mostrano che l’espansione può essere stata pari a un fattore 1030, 1050 o addirittura 10100 o forse anche di più. Sono cifre sbalorditive. Seconda la stima più prudente, quella di un fattore 1030, è come se una molecola di DNA si fosse gonfiata fino a diventare grande come la Via Lattea in un intervallo molto più piccolo di un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo del tempo di un battito di ciglia. Si tratta di un’espansione miliardi e miliardi di volte più consistente di quella prevista dalla teoria standard del bis bang, e assai maggiore dell’espansione totale dell’universo nei successivi 14 miliardi di anni!”
    “Secondo queste versioni, la luce emessa dalla maggioranza dell’universo non ci è ancora arrivata, e molta non arriverà prima della scomparsa del Sole e della Terra. Se il cosmo fosse grande come il nostro pianeta, la parte a noi accessibile sarebbe più piccola di un granello di sabbia.”

    “Il problema della piattezza mostra, dunque, come il modello standard sia troppo dipendente dalle condizioni iniziali dell’universo in un remoto passato di cui sappiamo assai poco: smaschera una teoria che impone che l’universo sia iniziato esattamente cosi come vuole lei.”

    “Se queste ipotesi fossero giuste, la rivoluzione copernicana prenderebbe strade sempre più clamorose: non solo non saremmo più al centro dell’universo, ma la materia di cui siamo fatti non sarebbe che un’impurità poco diffusa nel cosmo. Se nel progetto generale dell’universo si fossero lasciati da parte protoni, neutroni ed elettroni, la sua massa totale sarebbe diminuita di poco.”

    Quanta in the Sky with Diamonds…

    “L’energia totale delle particelle e della radiazione ordinaria viene ceduta alla gravità man mano che l’universo si espande. Mentre l’universo si espande, materia e radiazione cedono energia alla gravità, mentre l’inflatone acquista energia dalla gravità stessa.”

    “Nel modello standard, la massa/energia portata dalla materia ordinaria decresce continuamente con l’espandersi dell’universo, e quindi agli inizi della storia doveva essere in quantità molto maggiore di quella che osserviamo oggi. Il modello inflazionario, invece, ha in un certo senso il problema opposto. Secondo questa teoria la materia e la radiazione si sono originate alla fine della fase inflazionaria, grazie all’energia rilasciata dall’inflatone nel passaggio alla sua configurazione di minimo potenziale. In questo caso dobbiamo chiederci se davvero l’inflatone sia riuscito a immagazzinare tutta l’energia necessaria a creare la colossale quantità di materia e radiazione oggi presente nell’universo.”

    “La gravità attrattiva tende ad amplificare le imperfezioni, mentre quella repulsiva, all’opposto, le fa diminuire e contribuisce a creare un universo ancora più regolare e uniforme.”

    “Secondo Andreij Linde, anzi, possono essere esistiti molti punti, sparsi qua e là, in cui l’espansione inflazionaria è iniziata. Se le cose fossero andate davvero così il nostro universo sarebbe uno tra i tanti nati in passato (ma nulla vieta di pensare che continuino a nascere anche adesso) nei punti in cui le fluttuazioni casuali facevano assumere al campo il valore necessario per l’espansione.”

    “A causa di una fluttuazione casuale, rara ma di tanto in tanto possibile, all’interno di un ambiente senza speciali caratteristiche, caotico e ad alta entropia, un piccolo frammento di spazio, pesante non più di dieci chili, si trova in particolari condizioni fisiche che lo fanno espandere rapidamente fino a dimensioni colossali. Questa spinta enorme verso l’esterno fa sì che lo spazio diventi regolare e omogeneo. Alla fine dell’espansione inflazionaria, l’inflatone rilascia la sua notevole quantità di energia (aumentata dall’espansione) sotto forma di materia e radiazione ordinaria, distribuita in modo pressoché uniforme. Diminuisce allora la gravità repulsiva e diventa dominante quella attrattiva. Le piccole disomogeneità presenti nello spazio, causate dalle fluttuazioni quantistiche, sono amplificate dall’attrazione gravitazionale e dànno origine ad ammassi di materia, che alla fine formano galassie, stelle e pianeti, tra cui il sistema solare e la Terra. (Circa 7 miliardi di anni dopo il big bang la gravità repulsiva ritorna a prevalere, ma questo fatto ha conseguenze solo a scala cosmica e non a scala locale, quindi non influenza i corpi astrali come le stelle o le singole galassie). Il Sole fornisce un’energia con un livello si entropia relativamente bassa, che viene utilizzata da piante e animali terrestri a bassa entropia per produrre altre forme di vita, innalzando però l’entropia totale per via del calore e dei rifiuti metabolici.”

    Il mondo su un filo

    “L’idea intuitiva di vuoto, di nulla, è quindi incompatibile con la meccanica quantistica: il valore di un campo può oscillare attorno al valore zero, ma non può essere zero per più di un breve istante. I fisici chiamano questo fenomeno una fluttuazione del vuoto. La natura casuale delle fluttuazioni del vuoto ci assicura che nelle regioni di spazio non troppo microscopiche gli scostamenti dallo zero in alto e quelli in basso sono in media uguali, e quindi il campo in media sembra avere valore nullo.”
    “Oggi ci sono pochi dubbi sul fatto che l’idea intuitiva che associa al vuoto una porzione di spazio statica e priva di elementi sia del tutto sbagliata. L’indeterminazione quantistica riempie lo spazio di attività frenetiche.”

    “Arriva un momento in cui tutte le dimensioni dell’universo sono all’incirca pari alla lunghezza di Planck, quel milionesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di centimetro sotto il quale relatività generale e meccanica quantistica entrano in conflitto. In questo istante, tutta la massa e l’energia che daranno vita all’universo osservabile sono concentrate in una regione pari a un centesimo di miliardesimo di miliardesimo delle dimensioni di un atomo.”

    “Se ipotizziamo che l’interazione forte tra due particelle sia dovuta a una minuscola striscia elastica che la connette, allora la descrizione matematica della forza che le unisce è proprio data dalla funzione beta di Eulero. I piccoli elastici furono battezzati stringhe e quello fu l’atto di nascita ufficiale della teoria delle stringhe.”

    “Il modello standard, confortato da molte e sofisticate prove sperimentali, considera gli elettroni e i quark come oggetti puntiformi privi di estensione spaziale. Sono dunque il punto d’arrivo del processo di divisione della materia, la matrioska più piccola dentro la quale più nullo è contenuto. Proprio su questo la teoria delle stringe ha qualcosa da obiettare. Secondo il nuovo modello, elettroni e quark non sono punti di dimensione zero: questa è solo un’approssimazione perché a ben guardare sono piccoli filamenti di massa/energia in perenne oscillazione detti, appunto stringhe. Questi anellini non hanno spessore ma solo una lunghezza e sono quindi oggetti unidimensionali. Si manifestano come punti, anche nei più sofisticati esperimenti, perché sono davvero microscopici: un centinaio di miliardi di miliardi di volte più piccoli del raggio di un nucleo atomico.”

    “I differenti modi di vibrazione delle stringhe corrispondono alle diverse specie di particelle. […] non esiste una stringa-elettrone che genera l’elettrone o una stringa quark up che genera il quark up e via dicendo, ma è lo stesso tipo di stringa che, vibrando in uno dei molti modi che le sono possibili, riesce a produrre tutta la varietà di particelle note.”

    “A livello microscopico, l’universo sarebbe una sinfonia di suoni che dànno vita a tutta la materia.”

    “[…] perché le particelle elementari hanno esattamente le proprietà richieste per permettere l’innesco dei processi nucleari, la nascita delle stelle, la formazione dei pianeti e (almeno in un caso) la comparsa della vita? Il modello standard non può dirci nulla al proposito, perché si serve di questi dati solamente come input per calcolarne altri. La teoria delle stringhe invece sì. Nel suo modello, le proprietà delle particelle sono determinate dai modi di vibrazione delle stringhe e ci sono dunque le potenzialità per arrivare a una soluzione.”

    “Mai nella storia della fisica si era prodotto un risultato di questo tipo. Nessuna teoria precedente aveva mai posto vincoli al numero di dimensioni spaziali dell’universo. Da Newton a Maxwell a Einstein tutti davano per scontato che lo spazio fosse tridimensionale, proprio come l’umanità dà per scontato che ogni mattina sorga il sole. Kaluza e Klein provarono a sfidare il senso comune suggerendo l’esistenza di una quarta dimensione, ma si trattava comunque di un’ipotesi di fondo, di un assioma. Per la prima volta, invece, la teoria delle stringhe prevede le dimensioni dello spazio, che sono il risultato di un calcolo, non di un’ipotesi o di una congettura o di una divinazione. Il risultato di questo calcolo, con grande sorpresa di tutti, non è tre ma nove. La teoria delle stringhe, in modo inevitabile, ci conduce a un universo in cui esistono sei dimensioni spaziali extra e in cui si possono cercare di applicare, dunque le idee di Kaluza e Klein.”

    “La forma è l’estensione delle dimensioni extra hanno un’influenza decisiva nel determinare i modi di vibrazione delle stringhe, e quindi le proprietà della particelle elementari. E poiché la struttura di fondo dell’universo (e quindi la possibilità che le stelle si formino e che la vita compaia su un pianeta) dipende in modo essenziale dal fatto che le particelle elementari abbiano proprio quelle proprietà e non altre, è possibile che leggi fondamentali del cosmo si trovino scritte nella geometria di uno spazio di Calabi-Yau”.

    “Al passaggio, rispettivamente, della cresta e del ventre di un’onda gravitazionale lo spazio (e tutto ciò che contiene) viene prima dilatato in una direzione e poi in quella perpendicolare[…]”

    In cielo e in terra

    “Un’onda gravitazionale può essere vista come un folto gruppo di gravitoni in moto coordinato, allo stesso modo in cui un’onda elettromagnetica è costituita da un gran numero di fotoni; questo ci fa un’idea di quanto sia spaventosamente difficile misurare l’effetto di un singolo gravitone.”

    Il futuro di un’allusione

    “I buchi neri sono gli oggetti più impenetrabili dell’universo. Dall’esterno sono l’epitome della semplicità: bastano tre numeri per descriverli completamente, e cioè la loro massa (che determina la loro estensione, cioè la distanza del centro dall’orizzonte degli eventi), la carica elettrica e la velocità di rotazione. Fine, null’altro si può ricavare dall’esame diretto di un buco nero.”

    “Dietro la loro apparenza austera, i buchi neri nascondono il più grande caos che l’universo abbia mai visto. Tra tutti, ma proprio tutti i sistemi fisici di una data dimensione, qualunque sia la loro composizione, i buchi neri sono quelli che contengono la maggiore quantità di entropia. […] L’entropia, in soldoni, è una misura del numero di cambiamenti delle configurazioni microscopiche di un sistema che non alterano le sue proprietà macroscopiche. Anche se non sappiamo nulla sugli stati microscopici di un buco nero, perché non sappiamo cosa succede alla materia schiacciata nel suo centro, siamo certi che un loro cambiamento di configurazione non ha influenza sulla massa, sulla carica e sulla rotazione.”

    “La massima entropia che può essere presente in una regione spaziale, ovunque e in ogni tempo, è uguale a quella contenuta in un buco nero delle stesse dimensioni.”

    “Per dimostrare la validità di certe ardite e profonde teorie forse è necessaria la potenza selvaggia di un acceleratore di particelle. In grado di ricreare le condizioni estreme, sperimentate dall’universo nei suoi primi istati di vita. Ma penso che il più poetico, elegante e completo dei successi sarebbe quello di vedere confermate le nostre teorie dell’infinitamente piccolo con una semplice, quieta osservazione del cielo da parte del nostro più potente telescopio.”

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  • 5

    Un'esperienza mistica. Incredibilmente semplice e funzionale nonostante la vastità dell'argomento. Greene spazia dalla relatività alla fisica quantistica, il tutto in funzione di un'analisi delle più accreditate teorie cosmologiche. E la passione con cui scrive rende il tutto dannatamente coinvol ...continue

    Un'esperienza mistica. Incredibilmente semplice e funzionale nonostante la vastità dell'argomento. Greene spazia dalla relatività alla fisica quantistica, il tutto in funzione di un'analisi delle più accreditate teorie cosmologiche. E la passione con cui scrive rende il tutto dannatamente coinvolgente. :P

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  • 4

    Né fantascienza né metafisica ma i contenuti delle ricerche matematico-fisiche più avanzate.

    Ancora una volta il fisico teorico Brian Greene , tra i più famosi sostenitori della teoria delle stringhe, ci guida attraverso Cosmologia inflazionaria, superstringhe, braneworld, freccia del tempo, realtà come ologramma, dieci dimensioni della materia, l'entropia.. per condurci alle più recent ...continue

    Ancora una volta il fisico teorico Brian Greene , tra i più famosi sostenitori della teoria delle stringhe, ci guida attraverso Cosmologia inflazionaria, superstringhe, braneworld, freccia del tempo, realtà come ologramma, dieci dimensioni della materia, l'entropia.. per condurci alle più recenti teorie nel campo della fisica delle particelle. Non l'ho rovato facilissimo, ha richiesto concentrazione e metodo nella lettura, tuttavia merita decisamente.

    L’arena della realtà: è la parte introduttiva, in cui si presentano le leggi della fisica classica, partendo da Newton ed arrivando attraverso Mach ad Eistein Si descrivono poi il relativo e l’assoluto introducendo il concetto di spaziotempo (non superchiaro in effetti…) per arrivare al chiaro capitoletto sulle distanze e relazioni in un universo quantistico, dove viene presentata la meccanica quantistica e le sue peculiarità

    Il tempo e l’esperienza: qui si comincia ad andare un poco sul complicato e per dirla tutta non sono riuscito a mantenere sempre una certa lucidità. Si parla qui del concetto di tempo e sua direzionalità, di entropia e della sua relazione con il tempo. Il capitolo sette (riflessioni sul tempo in un universo quantistico) a detta dell’autore può essere saltato. Io ci ho provato e porto ancora le cicatrici. Si scende in (relativa) profondità a concetto quantistici…

    Spaziotempo e cosmologia: bellissima la spiegazione della simmetria. Si approfondiscono poi gli aspetti relativi al campo di Higgs, gettando le basi per la teoria di unificazione ed arrivando alla cosmologia inflazionaria di Guth con il problema della materia oscura, quella mancante (quest’ultimo capitoletto l’ho trovato un poco ostico). Conclude questa parte un difficile (ovviamente per me) capitolo sulla teoria inflazionaria, l’agitazione quantistica e la freccia del tempo.

    Origini e unificazione: la parte secondo me più bella in cui ci viene illustrata la teoria delle stringhe, superstringhe, M-teoria e le sue implicazioni. Questa teoria (che sembra promettere molto) risolverebbe l’annoso dilemma tra meccanica quantistica e/o relatività generale (ci sarebbe un “e”). Si contemplerebbe uno spaziotempo a dieci o undici dimensioni popolato di strani oggetti, le «brane», in perenne e frenetica vibrazione. Nel capitolo è spiegata in modo estremamente chiaro la varietà di Calabi-Yau o spazio di Calabi-Yau aspetto fondamentale della teoria delle stringhe in quanto le dimensioni extra sarebbero arrotolate in figure a forma di spazi di Calabi-Yau associate ad ogni punto dello spazio-tempo.

    Realtà e immaginazione: il capitolo che complessivamente mi è piaciuto meno. Interessante comunque le spiegazione sul teletrasporto e sui viaggi nel tempo. Comunque un poco prolisso.
    Infine alla fine di ognuno dei sedici capitoli è snocciolata un’abbondante quantità di note per non tradire la notevole complessità dei concetti esposti e per offrire chiarimenti ai lettori più esperti.

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  • 5

    L'avevo già letto molto tempo fa e stavolta l'ho usato per consultazione di alcuni argomenti. E devo dire che mi ha confermato l'impressione già avuta alla prima lettura. Fantastico. Una vera e propria bibbia per chi ama la divulgazione della fisica. Greene fa una sorta di storia della fisica da ...continue

    L'avevo già letto molto tempo fa e stavolta l'ho usato per consultazione di alcuni argomenti. E devo dire che mi ha confermato l'impressione già avuta alla prima lettura. Fantastico. Una vera e propria bibbia per chi ama la divulgazione della fisica. Greene fa una sorta di storia della fisica da Newton alla Teoria delle Stringhe con competenza e leggerezza. E anche i concetti più difficili riescono a essere trasmessi con relativa facilità. Giusto l'ultima parte risulta a tratti un po' "ostica", ma far comprendere tutti i risvolti della Teoria delle Stringhe e della M-Teoria credo sia impresa improba. Comunque è consigliatissimo a chiunque voglia approfondire il mistero di quella che è davvero la trama dell'universo in cui viviamo.

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  • 4

    Per chi si è stupito nella lettura della meccanica quantistica e vuole ancora alzare la posta, questo libro porterà la sua immaginazione a "frantumarsi" contro il muro delle superstringhe: concetti come spazio e tempo, già messi a dura prova da relatività e mondo dell'infinitamente piccolo, vengo ...continue

    Per chi si è stupito nella lettura della meccanica quantistica e vuole ancora alzare la posta, questo libro porterà la sua immaginazione a "frantumarsi" contro il muro delle superstringhe: concetti come spazio e tempo, già messi a dura prova da relatività e mondo dell'infinitamente piccolo, vengono completamente sconvolti da quella che oggi si candida come la più probabile "teoria del tutto".

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  • 5

    Física teórica para no entendos

    ¿Quieres entender que dimensiona el espacio? ¿Quieres comprender que el tiempo no fluye? ¿Por qué el tiempo solo va en un sentido? ¿Por qué son tan interesantes y que son las simetrías? ¿Qué es la inflación y como se puede el universo hacer tremendamente grande en una pequeña fracción de segundo? ...continue

    ¿Quieres entender que dimensiona el espacio? ¿Quieres comprender que el tiempo no fluye? ¿Por qué el tiempo solo va en un sentido? ¿Por qué son tan interesantes y que son las simetrías? ¿Qué es la inflación y como se puede el universo hacer tremendamente grande en una pequeña fracción de segundo? ¿Qué es el campo de higgs? ¿Hasta dónde supera la ficción las teorías físicas serias? Si quieres contestar todas estas preguntas y da la casualidad que no eres físico teórico y que no has pasado de los tiros parabólicos en tus estudios este es tu libro.

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  • 5

    Potenzialmente decisivo

    Questo libro ha avuto su di me un effetto completamente imprevisto. so molto poco di fisica, e so molto meno di come la fisica possa funzionare. Non ne so poi così tanto di più, adesso. Leggere la trama del cosmo è solo un modo più funzionale e veloce di passare un mese su wikipedia per sapere qu ...continue

    Questo libro ha avuto su di me un effetto completamente imprevisto. so molto poco di fisica, e so molto meno di come la fisica possa funzionare. Non ne so poi così tanto di più, adesso. Leggere la trama del cosmo è solo un modo più funzionale e veloce di passare un mese su wikipedia per sapere qualcosina su come potrebbero funzionare le cose nell'universo. Non diventerete fisici (in compenso, non diventerete nemmeno cretini, il libro è famoso per semplificare il più possibile gli argomenti senza cadere nello snaturamento), certo. Ma se le implicazioni attinenti alla materia vi sono precluse perchè non avete gli strumenti per raggiungerle, quelle riguardanti altri campi sono a vostra disposizione. Basta riuscire a fare i collegamenti giusti. Questo libro è la cosa più vicina ad una esperienza mistica che abbia mai avuto. Per quanto mi riguarda, fisica teorica e metafisica sono fin troppo vicine l'una all'altra, e se si parla della fine fisica dell'universo si parla anche dell'esistenza di un dio. Insomma, leggete questo libro, bla bla.

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