Capire la Fisica

Introduzione all'argomento:

• La galassia è un enorme insieme autonomo, questo è formato da un'enormità di stelle più o meno grandi, da sistemi con pianeti, da ammassi stellari ecc.. tutti uniti dalla loro reciproca forza gravitazionale. Ancora non conosciamo con sicurezza come si sono formate le galassie, ma non è chiaro neanche il loro moto rotatorio perché secondo le nostre attuali conoscenze risulta anomalo.

In astronomia i buchi neri sono considerati ingiustamente come i veri attori protagonisti dell'Universo, ma non è questa la realtà dei fatti, ad onor del vero le uniche protagoniste dell'Universo sono proprio le Galassie, loro sono le reali star incontrastate, noi non conosciamo nulla che possa essere più grande e massiccio di loro. Per questo ho introdotto il capitolo delle Galassie, per provare a capire la loro genesi ed il particolare moto rotatorio che risulta per certi versi inspiegabile.

La teoria oggi più accreditata per la formazione delle galassie è la seguente, cento o duecento milioni di anni dopo il Big Bang, i gas e la materia sprigionati crearono nell'Universo zone più o meno dense di gas e massa, le zone più dense con maggior gravità iniziarono dapprima a ruotare e per la forza gravitazionale formata, e a mano a mano concentrare la loro massa sempre di più, modellando prima in proto galassie e solo dopo le galassie che attualmente conosciamo. Questa teoria anche se rimane la più attendibile lascia sul campo molti dubbi. Il primo e il più importante, come è possibile che da una grande forza repulsiva (il Big Bang) quindi allontanamento indiscriminato della materia si possa creare in alcune zone specifiche una forza gravitazionale capace da ricreare una grandissima concentrazione di materia come le attuali galassie, tutto questo è contro la stessa logica della grande forza repulsiva primordiale, qui bisogna considerare che prima del Big Bang esisteva solo un infinita massa di tutto l'Universo concentrata in un punto (affermazione fatta dai sostenitori della stessa teoria), oltre il punto non c'era nulla, almeno non c'era nulla di rilevante. Detto questo se avviene un esplosione (Big Bang) e tutta la materia che viene espulsa, lei non dovrebbe trovare impedimenti che possano ostacolare il suo moto, dato che oltre la massa non c'è nulla, quindi come può addensarsi per formare le galassie?

I fautori della teoria per poter sostenere la loro tesi si sono inventati un nuovo elemento “la materia oscura”, questa come dalla parola è veramente oscura, cioè non emette radiazioni (luci o raggi vari) ma solo tanta forza attrattiva quindi lei è difficile da individuare, avrebbe però la capacità di dare all'Universo tutta la forza mancante per poter esistere con queste teorie. Il secondo dubbio è il moto delle galassie, questo appare troppo omogeneo e troppo veloce da essere spiegato con le leggi fisiche conosciute, anche per spiegare questa anomalia si fa ricorso alla materia oscura.. per farla breve il nostro Universo sarebbe costituito per il 95% circa di materia oscura attrattiva e solo il restante 5% sarebbe costituito da galassie stelle pianeti ecc.. adesso non voglio commentare questa cervellotica soluzione per poter sostenere le nuove teorie.

Tento di dare la mia personale visione (tutta da verificare) di come potrebbero essersi formate le galassie e perché il loro moto è stranamente così veloce, mi avvarrò delle leggi fisiche conosciute e consolidate. Proviamo a prendere in esame la Via Lattea che è la nostra galassia; il nostro sistema solare è posizionato nella zona periferica in un braccio della spirale, la distanza dal centro galattico è circa di 28.000 anni luce, il nostro sistema solare compie una rivoluzione orbitale della galassia ogni 200 milioni di anni, con una velocità media pari a circa 250 km/s, se applichiamo la terza legge di Keplero scopriamo che anche il sistema solare ha una rivoluzione nella Via Lattea eccessivamente veloce, la cosa strana è che tutte le stelle che sono ai margini della Via Lattea hanno una velocità orbitale uniforme ed eccessiva, se misuriamo la velocità delle stelle di tutta la galassia rispetto alla loro distanza dal centro la troviamo anomala, perché questa si mantiene troppo alta e troppo uniforme, praticamente da una certa distanza dal centro della galassia fino alla zona periferica, la velocità di rivoluzione delle stelle è troppo simile. Stranamente la velocità orbitale delle stelle dovrebbe decadere con la distanza dal centro galattico invece guardando la Figura 18.1 così non è, da questo grafico si vede bene il moto uniforme, la linea arancione (A) indica la concentrazione delle stelle nella galassia e la linea rossa (R) indica la velocità di rotazione secondo la distanza dal centro galattico.

Da uno studio fatto possiamo ipotizzare che le galassie all'inizio erano un ammasso di stelle circoscritte a formare una sfera e la loro massa era concentrata maggiormente al centro, nella Figura 18.2 c'è una classificazione generale delle famiglie di galassie, studiando le varie forme esistenti si può desumere che nelle galassie c'è sempre una grossa concentrazione di stelle nel suo centro, questo causa anche il classico rigonfiamento detto apposta in inglese bulge. vogliamo conoscere in una galassia la velocità delle stelle periferiche, dobbiamo studiare la galassia al suo stato primordiale cioè prima di qualsiasi modificazione avvenuta nel tempo.

Noi sappiamo che una galassia è un ammasso di stelle e al suo inizio questa era circoscritta a forma di una sfera, se vogliamo conoscere la velocità delle stelle poste alla periferia noi dobbiamo conoscere l'influenza gravitazionale totale dell'ammasso di stelle a forma di sfera sommando tutte le masse esistenti nella galassia stessa ed applicare sempre la stessa formula F = G m M/R, per applicarla nel modo corretto si deve considerare la somma di tutte le masse esistenti nella sfera, questo perché il moto del nostro sistema solare è condizionato da tutte le stelle che sono all'interno della galassia stessa.

Adesso per comprendere immaginiamo di voler conoscere solo il comportamento di alcune stelle della galassia che si trovano in prossimità del suo centro, queste stelle sono posizionate in uno spazio cosmologico relativamente ristretto, loro però non sono esattamente al centro della galassia quindi sono attratte gravitazionalmente solo dal vero centro galattico ma a loro volta (dato che la forza gravitazionale si somma), aiutano ad attrarre le altre stelle che sono posizionate subito dopo di loro, quindipossiamo dedurre che le stelle che stanno ai margini della galassia vengono attratte gravitazionalmente da tutte le stelle che si trovano all'interno della sfera galattica, quindi queste stelle nel perimetro della galassia sono attratte da un'enorme forza gravitazionale che sta all'interno della sfera galattica, questa costringe il nostro sistema solare ad una velocità notevole, questa velocità dovrebbe essere minore al quadrato della distanza ma il problema è che queste stelle vengono attratte dalla sommatoria di tutta la massa di stelle che stanno all'interno della sfera, ma la sfera ha una particolarità, il suo raggio nell'aumentare ha un rapporto con la massa della sfera maggiore del suo quadrato, ed è proprio per questa particolarità che la forza gravitazionale compensa la maggior distanza mantenendo sempre la stessa forza attrattiva.

Per capire meglio vi faccio un esempio, prendiamo un semplice palloncino gonfiabile, il rapporto che c'è tra il raggio del palloncino con il volume d'aria introdotto: all'aumento di un'unità di raggio il volume del palloncino aumenta più del quadrato, di conseguenza questo aumento maggiore del quadrato della distanza ci spiega il moto apparentemente anomalo delle galassie, infatti il loro centro bulge è una sfera, questo compensa la maggior distanza dal centro della galassia, quindi l'attrazione gravitazionale esercitata a una stella sarà sempre simile sia che stia in una posizione centrale o in una periferica.

Purtroppo questo ragionamento anche se è apparentemente corretto ha un baco al suo interno. Qui non viene considerato un fatto importante, è vero la galassia è una sfera con almeno 300 miliardi di stelle, ma misurando la galassia costatiamo la sua enorme estensione, le stelle più vicine sono anni luce distanti fra loro, il diametro di una galassia è circa 60.000 - 100.000 anni luce, quindi la sua massa in rapporto al suo volume “lordo” è meno del 5% quindi lei è impossibilitata ad avere una forza gravitazionale così grande da imprimere una velocità elevata ed uniforme alle stelle periferiche, proprio per questo si è convinti dell'esistenza della materia oscura per poter far funzionare meccanicamente l'Universo con le teorie oggi conosciute.

Proviamo a cercare una soluzione in un altro modo eludendo la relatività generale.

Ripartiamo dalla figura 18.2 dalla classificazione generale delle galassie, studiando meglio le varie forme esistenti possiamo anche dedurre che questa rappresentazione non è altro che la fotografia istantanea delle varie epoche delle galassie. Quella denominata E0 potrebbe essere una galassia agli albori, la E3 una galassia adulta, la E7 una galassia ormai matura, le varie S sono le galassie più o meno a spirale ma di queste ne parleremo più avanti.
Oggi la comunità scientifica è fortemente convinta dell'esistenza dei buchi neri (giustificati dalla relatività generale), dell'esistenza della materia oscura (comprovata dall'elevato moto rotatorio delle galassie), della genesi delle galassie prodotta dalla graduale concentrazione di gas e materia compiuta per gradi in milioni di anni (anche questa ipotesi è motivata dalla relatività generale).

Arrivati a questo capitolo non so se anche a Voi sono sorti molti dubbi, qui possiamo supporre: che non si è mai verificata la singolarità primordiale (il Big Bang) per creare l'Universo, che la forza gravitazionale non ha nessun compito predominante per contenere l'Universo, che i buchi neri non esistono semplicemente perché la forza di gravitazionale non può avere queste particolarità fisiche, che il moto ha un importanza uguale se non maggiore della forza gravitazionale.
Capito questo provo ad esporvi una mia ipotesi da valutare con attenzione.

Se sgomberiamo la nostra mente da queste “certezze” fallaci (come diceva Galileo), possiamo ipotizzare che un oggetto fisico (stella o grande pianeta massivo) abbia la capacità di accrescere ulteriormente la sua massa senza problemi di esplosioni o implosioni, perciò se questa grande massa continua nei miliardi di anni ad assimilare materia come pianeti o stelle che incontra lungo la sua strada, tutto in una misura oggi ritenuta esagerata mai pensata prima, senza che vada incontro alla sua trasformazione obbligatoria in un buco nero.
Perciò la sua gravità può crescere enormemente, questa massa al suo interno può creare molto calore di conseguenza una enorme differenza di temperatura fra il centro della massa e la crosta superficiale, da provocare un moto rotatorio elevato. Per farvi capire di cosa parlo vi elenco alcuni dati, il nostro Sole è una piccola stella sia di volume che di massa cioè è piccolo e relativamente leggero specie se paragonato alle altre stelle conosciute come Vega nella costellazione della Lira o Regolo nella costellazione del Leone. Il Sole ha una velocità di rotazione di 1,993 km/s, Vega ha una massa doppia la sua velocità di rotazione è circa 274 km/s, Regolo ha una massa quattro volte la massa solare e la sua velocità di rotazione è circa 317 km/s; questi dati non sono assoluti ma sono utili per pensare ed ipotizzare che può esistere una relazione fra il volume, la massa, la differenza di temperatura interna ed esterna, la gravità e la velocità di rotazione; da determinare un diverso limite di crescita ad un soggetto massivo da far si che oltre si generi altro.. cosa?

La mia ipotesi è che nell'Universo esistono da sempre enormi masse galattiche (comunque esistenti al centro di ogni galassia), queste sono le vere padrone incontrastate dello spazio, nel corso della vita loro evolvono a volumi e massa enormi ipotizzo di 5-10 miliardi di masse stellari, trasformandosi con il tempo da proto-galassie a vere galassie, all'inizio compatte ma con i milioni o miliardi di anni crescono inglobano la materia che semplicemente incontrano nel loro percorso.
Come può avvenire questo fenomeno? La mia idea è che quando una proto-galassia arriva al suo punto ditracimazione (qui bisogna trovare il giusto termine), lei con la fuoriuscita di materia genera nuovi pianeti e stelle, questo avviene per l'alta velocità di rotazione che può arrivare al limite di tenuta della forza di gravità, questo succede perché la crosta planetaria gira molto più velocemente all'equatore che ai poli, quindi all'equatore ha una rotazione vicino il limite della forza centrifuga, però ancora ben trattenuta dalla forte gravità presente, ma in adiacenza all'equatore la crosta planetaria tende a girare meno velocemente e per questo si creano delle linee di frizione (lungo i meridiani in prossimità all'equatore), qui si verificano per lo sforzo di taglio delle fratture nella crosta superficiale con la conseguente fuoriuscita di materia, ad aiutare il tutto bastano delle lievi (relativamente) esplosioni e la materia sgorga all'esterno generando nuovi pianeti (se pezzi di crosta) o nuove stelle se materiale fuso, i pianeti così fuoriusciti si mantenendo a distanza di lancio ma conservano lo stesso moto, che si trasforma da rotatorio a orbitale. Questa è solo un ipotesi di lettura di come le galassie si possono essere generate e il perché hanno una velocità orbitale uniforme ed alta.
In più studiando le diverse galassie potremmo ipotizzare (se è vero), che ad una velocità orbitale più alta dovrebbe corrispondere una galassia più grande o più concentrata di massa. Non so se sono stato sufficientemente convincente, ma se quello che affermo risulta corretto, non c'è motivo di cercare l'agognata materia oscura per far funzionare il nostro Universo.

Però c'è un altro problema le galassie come la Via Lattea hanno una formazione a spirale ed anche le stelle che si trovano nel braccio a spirale vanno ad una velocità paragonabile alle stelle che sono posizionate all'interno. Come è possibile questo?
Oggi sappiamo che la trasformazione delle galassie da sferiche a spirale è avvenuto per uno scontro galattico nella Figura 18.3 si vede una ricostruzione al computer, invece nella Figura 18.4 si vede proprio un eccezionale scontro tra Galassie a spirale NGC2207 e NGC2163, da questa foto si capisce che la ricostruzione al computer è attendibile.

In questo caso possiamo ipotizzare che tutte le stelle che si trovano nella periferia della galassia vengono sconvolte e spostate dalla loro orbita originaria, questo fa si che si viene a formare una spirale creata dal caos dello scontro, qui salta agli occhi che anche il nostro sistema solare dato che è posto proprio in un braccio a spirale nella periferia della galassia, sicuramente è stato coinvolto nella sua vita da uno scontro galattico, forse noi siamo proprio il frutto di un incidente di percorso.. chissà forse è questa la risposta tanto cercata da tutti, ma adesso ritorniamo al problema del moto anomalo, le due galassie con il loro scontro hanno avuto uno scambio comune di materiale stellare ma passata l'influenza dello scontro le due galassie continuano il loro moto indisturbate, le stelle che formano la spirale con la loro nuova posizione continuano scomposte la loro orbita, loro rimangono comunque collegate al centro della galassia se la forza gravitazionale originale rimane prevalente, questo tramite la scia gravitazionale delle stelle rimaste ancora ancorate al centro galattico che gli trasmettono il moto e la direzione da prendere con i loro fili gravitazionali. Perché le stelle posizionate nel braccio periferico rimangono con la loro stessa velocità che avevano prima dello scontro? Questo avviene proprio perché non c'è praticamentenulla che ferma la loro corsa, loro continuano mantenendo la stessa velocità orbitale dato che sono sempre collegate alla forza gravitazionale della galassia d'origine.
Studiando questo fenomeno con attenzione troviamo un'ulteriore risposta, nell'arco di milioni o miliardi di anni le stelle posizionate sulla spirale della galassia tenteranno di riavvicinarsi alla loro orbita avuta prima dello scontro, succede perché il loro moto che adesso risulta troppo lento per mantenersi a spirale perciò gradatamente la spirale tende a richiudersi ed avvicinarsi alla sfera galattica.

Anche qui si capisce ancora una volta che il caos è il sistema più tollerante, la materia accetta il caos ma cerca con molta calma sempre l'ordine e la stabilità.

Per spiegare la teoria del caos c'è una frase celebre: un minimo battito d'ali di una farfalla è in grado di provocare un uragano dall'altra parte del mondo. questo serve per far capire la complessità delle azioni in gioco che possono condizionare tutte le azioni future, a questa frase gli fu dato il nome “l'Effetto farfalla”.

Questo potrebbe essere un modo corretto per studiare i complessi fenomeni fisici dell'Universo, però se ci si pensa bene scopriamo che è più vero il contrario, quindi è meglio dire: un uragano può provocare dall'altra parte del mondo solo un flebile alito di vento pari ad un battito d'ali di una farfalla. questa è solo la mia personale visione dell'Universo, forse ottimistica del bicchiere mezzo pieno ma vedrete che si può rilevare realistica.