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Lv 6
* ha chiesto in Matematica e scienzeFisica · 1 decennio fa

Margherita Hack... i buchi neri e la deformazione del tempo...?

"All'interno dei buchi neri si ha una deformazione dello spazio-tempo: quindi, in teoria, nella regione detta orizzonte degli eventi il tempo si dovrebbe fermare e nella regione più interna dovrebbe scorrere all’indietro."

Perché nei buchi neri il tempo scorre in modo diverso?

Se potessimo entrare in un buco nero e uscirne vivi, cosa succederebbe?

Sarebbe come entrare in una specie di "macchina del tempo"?

Perdonate la mia ignoranza, ma mi piacerebbe capirci qualcosa...

Qualcuno sa rispondermi in modo semplice?

10 risposte

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  • Anonimo
    1 decennio fa
    Migliore risposta

    Prova ad immaginare lo spazio-tempo come un'amaca (solo per visualizzare la situazione, non prendere alla lettera l'esempio...).

    Una massa qualunque curva lo spazio-tempo, esattamente come qualcuno che si sdraia su di un'amaca.

    La stessa massa, concentrata in un volume più piccolo (quindi con densità più grande), curva lo spazio tempo in maniera maggiore.

    Un buco nero è un oggetto la cui densità è tale da curvare lo spazio-tempo in una maniera paradossale.

    Come si può notare, si parla di SPAZIO-TEMPO, non solo di spazio quindi la curvatura riguarda entrambe le entità.

    Per quanto riguarda lo SPAZIO, esiste una superficie immaginaria, detta orizzonte degli eventi, che è il limite al di là del quale non è più possibile uscire, nemmeno per la luce. In pratica la gravità (la curvatura gravitazionale) è talmente intensa che nemmeno un oggetto veloce quanto la luce può fuggire.

    Per ciò che riguarda il TEMPO, immaginiamo di inviare una sonda verso un buco nero, con un orologio che invia un segnale ogni secondo verso la Terra, che è molto lontana dal buco nero. Mentre si avvicina al buco nero, dalla Terra ci si accorge di un fenomeno strano: la sonda comincia ad inviare il suo segnale ad intervalli sempre maggiori, non più una volta al secondo come previsto. L'orologio e il computer di bordo, però, continuano a funzionare regolarmente e ad inviare il segnale ogni secondo del loro tempo come programmati. Questo vuol dire che anche il tempo si sta "curvando".

    Addirittura, dalla Terra, vedremo la sonda andare verso l'orizzonte degli eventi in un tempo infinito, mentre l'orologio nella sonda vedrà il passaggio sull'orizzonte ad una determinata ora!

    Come lo spazio, anche il tempo dell'osservatore che è sull'orizzonte degli eventi e quello esterno diventano completamente incomunicabili, COME SE facessero parte di due universi separati (in realtà è sempre lo stesso universo, tanto è vero che la massa all'interno del buco nero fa sentire i suoi effetti anche ALL'ESTERNO...)

    In realtà, poi, la sonda sarebbe distrutta dalla gravità troppo intensa ben prima di arrivare sull'orizzonte degli eventi, tuttavia questo è quello che accadrebbe se fosse possibile.

    Le equazioni, però, ci dicono anche quello che accade all'interno dell'orizzonte degli eventi ed è (forse) ancora più paradossale.

    Nei casi più semplici, infatti, si vede che le coordinate spazio e tempo semplicemente si invertono. Quello che fuori dell'orizzonte è x (spazio), all'interno prende il posto di t (tempo) e viceversa. Quindi si può immaginare che all'interno del buco nero si sia liberi di muoversi nel tempo,come noi siamo liberi di muoverci nello spazio, ma che si sia vincolati ad andare in una sola direzione nello spazio, come noi siamo vincolati a muoverci nello tempo (per l'esattezza verso il centro del buco nero).

    Ma tutte le considerazioni su quello che accade all'interno dei buchi neri, sui viaggi nel tempo etc. etc. per ora appartengono molto di più alla fantascienza che non alla scienza, per cui è meglio comprendere bene cosa accade al di fuori dell'orizzonte degli eventi.

    Concludo dicendo che in realtà non ho risposto alla prima domanda sul PERCHE' il tempo è correlato alla massa, ma la risposta è già troppo lunga, non voglio essere troppo noioso...

    Ciao

  • Khaos
    Lv 6
    1 decennio fa

    E' una teoria collegata a quella dell'espansione e della contrazione dell'universo. La freccia temporale va "avanti" fin tanto che l'universo si espande. Nel momento in cui l'universo avrà raggiunto la massima espansione, inizierà a contrarsi e la freccia del tempo andrà "all'indietro". Cosa significhi questo in termini pratici non è dato saperlo, poiché è solo il risultato di complessissime elaborazioni matematiche.

    Quindi entrando in buco nero si entrerebbe in un anti-mondo la cui linea temporale potrebbe essere invertita, ma dire in termini pratici cosa significherebbe non è possibile.

  • Anonimo
    1 decennio fa

    Francamente non so cosa possa capire Margherita Hack di Buchi Neri..non mi sembra che abbia fatto pubblicazioni o sia esperta del settore che è di per se molto molto complesso.

    Ti spiego in due parole perche la fisica dei buchi neri è cosi importante e nel contempo cosi difficle!!!!

    Nella fisica del 900 esistono 2 grandi teorie fondamentali la fisica quantistica e la fisica della relatività generale.

    Una si occupa del microcosmo..atomi - quanti - quark l'altra del macrocosmo Universo- galassie corpi celesti.

    Il punto è che queste due teorie non sono tra loro compatibili se applichiamo la relatività al microcosmo abbiamo equazioni senza senso e cosi il contrario. Per fortuna esse non si incotravano in uno stesso oggetto..ma un caso dove questo accade sono proprio i buchi neri dove devono avere sia le leggi della fisica quantistica e sia uelle della relatività generale. Quindi i buchi neri sono il laboratorio dove si studia una nuova teoria fisica che metta insieme fisica quantistica e relatività generale ed essa la teoria delle superstringhe...Solo nell'ambito di questa teoria perche e come possano accadere certi fenomeni e darne una spiegazione ....la il discorso qui si fa molto lungo e complicato

  • 1 decennio fa

    Un buco nero è un corpo celeste estremamente denso, dotato di un'attrazione gravitazionale talmente elevata da non permettere l'allontanamento di alcunché dalla sua superficie, nemmeno della radiazione elettromagnetica (e quindi della luce). La geometria dello spazio-tempo attorno a un buco nero è del tutto peculiare. In particolare esiste una (o più, a seconda del buco nero) superficie ideale, da non confondere con quella vera, fisica, dell'astro, detta orizzonte degli eventi caratterizzata dal fatto che qualunque cosa, attirata dal campo gravitazionale del buco nero, che la oltrepassi non sarà in grado di tornare indietro. Poiché neppure la luce riesce a allontanarsi dall'orizzonte degli eventi, un buco nero risulta invisibile e la sua presenza può essere attestata solo indirettamente tramite gli effetti del suo intenso campo.

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  • Anonimo
    1 decennio fa

    credo che rispostamigliore del'utente qui sopra non potevi trovarla..mi verrebbe da chiedergli se queste cose le sa oppure a fatto solo un copia e incolla, ma nn è importante perchè oggi ho imparato qualcosa di nuovo, grazie della tua domanda e grazie a questa risposta ora so più cose..bacio io

  • 1 decennio fa

    La forza di gravità è la forza pi debole delle quattro forze fondamentali conosciute, però è sempre e solo attrattiva ed essendo proporzionale lla massa, se la massa è enorme come quella di una grande stella, quando la stella, terminato il suo combustibile, implode dopo essere esplosa, la massa si concentra sempre di più e la forza gravitazionale può raggiungere valori enormi aumentando di continuo mano a mano che assorbe materia nelle vicinanze a valori tali da deformare profondamente lo spazio tempo. Il buco nero è lo stadio finale di implosione di una grande stella. La deformazione dello spazio tempo che esso induce è tale per cui la luce stessa non può uscirne. Tutto ciò che oltrepassa l'orizzonte degli eventi (la linea di non ritorno che sta attorno al buco nero) non esce più. A causa della continua assorbimento di materia, in prossimità dell'orizzonte degli eventi si determina un'enorme produzione di energia anche a frequenze altissime (raggi gamma), dovuti a spaventose collisioni della materia in fase di assorbimento (una specie di gigantesco ingorgo). Difatti i buchi neri sono ipotizzabili non per osservazione diretta, ma in base a quanto accade intorno a loro: all'energia emessa in prossimità dell'orizzonte degli eventi, e alle anomalie rilevate nelle traiettorie delle stelle o delle galassie vicine. Si ipotizza che ve ne sia uno enorme al centro della nostra galassia.

    Poiché essi deformano lo spazio tempo si è calcolato che la deformazione potrebbe essere tale da creare dei cunicoli di spazio tempo di particolare geometria che consentono di collegare direttamente zone remotissime del tempo e dello spazio (lo stargate di molti film di fantascienza).

    Per immaginarlo devi vedere lo spazio tempo come una specie di lenzuolo elastico su cui è appoggiata una biglia così pesante da creare pieghe molto profonde. Quindi chi entra in un buco nero può attaversare in un attimo distanze enormi e compiere veri e prori balze a ritroso nel tempo a causa dello scompaginamento indotto nella struttura spazio temporale, ma non può mai tornare indietro nell'universo da cui proviene, appunto perché al buco nero nulla sfugge. Può quindi intraprendere un viaggio che non ha mai ritorno, ma che lo porta sempre in nuovi universi. Dubito però che un essere umano potrebbe sopravvivere a tali pressioni, a meno di non pensare che esista nella natura dell'essere umano qualcosa che sfugge agli effetti della forza di gravità sulla materia, ma qui si entrerebbe in un campo metafisico su cui la scienza non può pronunciarsi.

  • 1 decennio fa

    Non possiamo sapere cosa c'è oltre l'orizzonte degli eventiperchè se la luce(e con cio tutto il resto) non riescono a uscirne l'informazione non può essere trasmessa.

    Questo lo rende vittima del principio di indeterminazione(appartenente alla fisica quantistica) e fa sia che ci siano tutte le possibilità/realtà possibili, fino al collasso della funzione d'onda(in fisica quantistica avviene con la misura) e alla "scelta" di una delle realtà.

    Quando ciò avverrà(o avviene) potrebbe essere scelto un possibile universo.

    In base al principio di indeterminazione(dal punto di vista tempo) si deduce che accadono tutte e due le cose: va avanti e torna indietro e SOLO al collasso della funzione d'onda verrà scelta una delle 2.

    Ma se collassa vuol dire che si trasmette l'informazione e che con ciò l'orizzonte degli eventi non esiste più perchè la luce passerà. E orse con esso sparirà anche il buco nero.

    C'è un'altra teoria che dice che la materia per superare l'orizzonte degli eventi ci impieghi un tempo piu di infinito e si accumuli fino a formare un orizzonte degli eventi più ampio(ovvero quando si formerà un altro buco nero).

    Secondo questa teoria sarebbe fisicamente impossibile superare l'orizzonte.

  • Anonimo
    1 decennio fa

    Sebbene gli scienziati non siano riusciti ad individuarne con certezza nemmeno uno i buchi neri dovrebbero essere molto numerosi già all’interno della nostra galassia e ve ne dovrebbero essere anche di vario tipo (semplici buchi neri, superbuchi neri, minibuchi neri e perfino buchi bianchi).

    Nell’inverno 1915-16 un paio di mesi dopo la pubblicazione della teoria della relatività generale da parte di Einstein (una teoria che tratta la forza di gravità in modo nuovo e più preciso rispetto a quella esposta in precedenza da Newton) l’astrofisico tedesco Karl Schwarzschild, nel suo letto di morte, dove giaceva a causa di una malattia contratta sul fronte russo della prima guerra mondiale, calcolò quale avrebbe dovuto essere la massa di un corpo celeste nell’ipotesi di un intenso campo gravitazionale tale da trattenere su di sé qualsiasi cosa, compresa la luce. La descrizione matematica che fece lo scienziato tedesco di questo ipotetico corpo celeste venne considerata, a quel tempo, un semplice esercizio accademico di ciò che in seguito prese il nome di “buco nero”. Esso fu anche l’ultimo suo lavoro: morì poco dopo a soli 43 anni di età.

    Schwarzschild, utilizzando le equazioni previste dalla teoria della relatività, individuò il raggio (R) che avrebbe dovuto avere un corpo celeste dotato di massa tale da non lasciare uscire nulla dal suo interno e dimostrò che questa dimensione limite era determinata da una formula la quale moltiplica la massa (M) dell’oggetto per il doppio della costante di gravitazione (G) diviso per la velocità della luce (c) al quadrato: R = 2GM/c². Ora, poiché il doppio della costante di gravitazione universale diviso per il quadrato della velocità della luce è un numero molto, ma molto piccolo, è chiaro che affinché si ottenesse un valore apprezzabile del raggio di Schwarzschild (come è stato in seguito chiamata questa dimensione), doveva essere molto, ma molto grande la massa dell’oggetto preso in considerazione. Il raggio di un buco nero delimita a sua volta una superficie che separa due regioni non comunicanti fra loro ed è chiamata “orizzonte degli eventi” perché nessun segnale può allontanarsi da quella stella per comunicare un evento qualsiasi al mondo esterno.

    In verità l’idea che potessero esistere corpi celesti dotati di una massa così grande da catturare la luce era già venuta in precedenza verso la metà del 1700 all’astronomo e provetto navigatore inglese Thomas Wright di Durham, il quale aveva immaginato la Via Lattea (ovvero la nostra galassia) come un grande disco di stelle in rotazione intorno ad una massa centrale molto pesante e invisibile. Alcuni decenni più tardi il prete inglese John Mitchell e il matematico francese Pierre Simon de Laplace, indipendentemente l’uno dall’altro, avevano calcolato che stelle 500 volte più grandi del Sole avrebbero dovuto esercitare una forza di gravità tale da attrarre su di esse gli oggetti vicini e nello stesso tempo impedire alla luce, che allora era considerata un insieme di palline colorate, di uscire.

    Il modello di Mitchell e Laplace cadde in discredito quando la teoria ondulatoria della luce soppiantò quella corpuscolare proposta da Newton. Con l’introduzione della nuova teoria pareva infatti illogico pensare che se la luce era qualcosa di immateriale potesse essere attratta da un corpo pesante. Si ritornò invece all’idea originale dopo che Einstein formulò la teoria della relatività generale all’interno della quale la gravità veniva ridotta a geometria e quindi non era più una forza. La teoria di Einstein prevede che corpi molto pesanti distorcano lo spazio nelle loro vicinanze: la prova di un affossamento dello spazio in vicinanza del Sole si ebbe in seguito ad una misura eseguita dall’astronomo britannico Arthur Eddington durante un’eclissi totale di Sole nel 1919. Egli osservò che il raggio di luce che proveniva da una stella lontana quando passava in vicinanza del Sole deviava dalla sua traiettoria rettilinea e percorreva l’avvallamento che l’astro aveva creato nello spazio circostante dando l’impressione di essere attratto da esso. Se il corpo in esame fosse molto pesante come quello di un buco nero la deformazione dello spazio nelle sue vicinanze sarebbe tale per cui un raggio di luce che tentasse di uscire da quell’astro si ritorcerebbe su sé stesso e tornerebbe indietro.

    La gravità non deforma solo lo spazio ma anche il tempo che si modifica con lo stato di moto dell’osservatore e con la sua posizione nel punto dell’Universo in cui si trova. Le teorie relativistiche di Einstein suggeriscono infatti che il tempo scorre più lentamente se si viaggia a velocità molto elevate e se si sosta su di un corpo molto pesante: su un buco nero il tempo dovrebbe fermarsi del tutto. Sul nostro pianeta, per fare un esempio, il tempo scorre più lentamente a fondo valle che in alta montagna: la differenza ovviamente è minima ma può essere verificata con l’utilizzo degli orologi nucleari, estremamente precisi e sensibili. Gli effetti di un tempo che si deforma a seconda di come ci stiamo muovendo e di dove ci troviamo non vengono mai sperimentati nella vita di tutti i giorni perché non capita mai di viaggiare ad una velocità prossima a quella della luce (un aereo viaggia solo ad un milionesimo di quella velocità) e sul nostro pianeta la gravità è mille miliardi di volte minore di quella che si registra su una stella di neutroni, che è un oggetto celeste sensibilmente meno pesante di un buco nero. Resta il fatto che in pianura, seppure di poco, la gente invecchia più lentamente che in montagna.

    Negli stessi anni in cui fu compiuta l’osservazione che confermava la validità di una delle caratteristiche della teoria della relatività generale, Eddington aveva calcolato che stelle con una massa maggiore di 60 volte quella del Sole (quindi di gran lunga inferiore rispetto a come le avevano immaginate Mitchell e Laplace) non potevano esistere perché sarebbero collassate producendo al loro interno temperature tali da farle esplodere. Eddington era considerato un fisico molto competente, ed uno dei pochi esperti della teoria relativistica di Einstein, ma per nulla modesto: si racconta che quando un giornalista gli si rivolse affermando di avere sentito dire che esistevano solo tre persone in grado di capire la relatività generale egli rimase per un attimo soprappensiero poi sbottò: “Sto pensando chi possa essere la terza!”.

    1. LE CARATTERISTICHE DEI BUCHI NERI

    Per comprendere meglio il buco nero dobbiamo chiarire il concetto di velocità di fuga. Immaginiamo allora di scagliare un sasso verso l’alto: mentre questo sale la forza di gravitazione lo attrae verso il basso facendogli diminuire la velocità fino a fermarlo e quindi costringerlo ad invertire la corsa. Se il sasso venisse scagliato con maggior forza salirebbe più in alto ma poi ancora una volta invertirebbe il cammino e cadrebbe a terra. Il campo gravitazionale della Terra, come abbiamo accennato, non ha lo stesso valore in ogni luogo e diminuisce vistosamente con l’altezza: esso infatti è proporzionale al quadrato della sua distanza dal centro del pianeta. Un oggetto in superficie si trova a circa 6.370 kilometri dal centro della Terra e se venisse posto a 6.370 kilometri di altezza (cioè a distanza doppia dal centro) il valore del campo si ridurrebbe ad un quarto. Analogamente, se l’oggetto si portasse ad una distanza tripla l’attrazione si ridurrebbe ad un nono; se si quadruplicasse la distanza dal centro della Terra, l’attrazione sarebbe un sedicesimo di quella in superficie e così via. Da un punto di vista aritmetico la regola è molto semplice, basta calcolare il quadrato della distanza e poi l’inverso del numero ottenuto: se la distanza aumentasse di cinque volte la forza diventerebbe un venticinquesimo (che è l’inverso di venticinque). Se si salisse molto in alto il campo gravitazionale finirebbe per ridursi a zero.

    Dai dati esposti sopra si deduce che se un oggetto venisse scagliato verso l’alto con una forza notevole acquisterebbe una velocità tale da sfuggire definitivamente al campo gravitazionale terrestre e non tornerebbe più indietro. La velocità minima perché un oggetto lanciato dalla superficie della Terra verso l’alto possa sfuggire al suo campo gravitazionale si chiama velocità di fuga. Questa velocità è di 11,2 km/s ma sugli altri corpi celesti è diversa e dipende dalla loro massa: sulla Luna, ad esempio, la velocità di fuga è di 2,4 km/s e sul Sole è di 618,2 km/s; in definitiva essa dipende quindi sia dalla massa del corpo sia dalla distanza dal suo centro.

    Quando un corpo celeste si contrae il campo gravitazionale sulla sua superficie diventa più intenso a mano a mano che diminuisce il volume mentre la massa rimane immutata. Consideriamo per esempio la Terra e immaginiamo di comprimerla fino a ridurla ad un quarto delle sue dimensioni originali: la sua superficie si troverebbe ora quattro volte più vicina al centro e quindi si dovrebbe quadruplicare l’energia cinetica necessaria per fare allontanare da essa un oggetto. La velocità di fuga pertanto non sarebbe più di 11,2 km/s ma il doppio, ossia 22,4 km/s. Se ora, lasciando immutata la massa il pianeta venisse ulteriormente compresso fino a ridurre il raggio a un kilometro e mezzo, la velocità di fuga sarebbe di 730 km/s. Se infine il raggio venisse ridotto a meno di un centimetro la velocità di fuga supererebbe quella della luce e la nostra Terra scomparirebbe definitivamente lasciando dietro di sé un piccolo forellino nello spazio. Se quindi potessimo concentrare tutta la materia del nostro pianeta nel volume occupato da un chicco d’uva esso diventerebbe un buco nero.

    Nel 1939 J. Robert Oppenheimer (1904-1967), il fisico americano che diresse l’équipe che realizzò la

  • Anonimo
    1 decennio fa

    I buchi non sono neri se uno dopo si pulisce bene.

  • Anonimo
    1 decennio fa

    Io una volta ho visto un buco nero....

    poi mio nonno si è tirato su le mutande e gli ho detto di non sporgersi fuori dal balcone ...specie quando io sono dietro di lui...

    che brutto spettacolo!

    (se entrate in un buco nero mettete la vasellina ...e attenti al vostro!)

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