Le grandezze dell’universo: dai numeri infinitamente grandi a quelli infinitamente piccoli

Come può la nostra mente immaginare la distanza che c’è tra noi e una Stella lontana miliardi di anni luce o la grandezza di una particella mille volte più piccola di un nucleo di una delle nostre tante cellule?

Negli anni ho capito che bisogna contestualizzare l’unità che ci prestiamo a prendere in esame.

Fermiamo pertanto la nostra attenzione su questo punto, basandoci su una situazione di vita quotidiana e per questo più comprensibile e vicina a noi.

Facciamo un esercizio mentale: un giorno Luigi (un bambino di 6 anni) riceve dai suoi genitori la prima paghetta che ammonta a € 2, 00. Luigi con tale somma è libero di comprare 20 caramelle da € 0, 10. Per Luigi il denaro ricevuto rappresenta un quantitativo ingente poiché gli permetterebbe di comprare tante caramelle quante ne avrebbe potuto ricevere in un mese. Ora, però, il padre di Luigi ha a che fare ogni giorno con migliaia di euro, possedendo un’ottima impresa, e, pertanto vivendo in un contesto diverso da quello del figlio, egli dimostra avere maggiore consapevolezza e conoscenza del denaro, sia in termini di significato, sia in termini di quantità.

Di fatto il padre di Luigi conferisce i suoi prodotti ad una delle più grandi cooperative del suo paese la quale distribuisce l’enorme mole di prodotti, derivanti da altre migliaia di aziende non molto dissimili da quella del padre di Luigi, a tutto il mondo, fatturando ogni giorno miliardi di euro. E ogni giorno milioni di super imprese svolgono il medesimo processo, riuscendo a fatturare anche trilioni di euro, perciò esse, in ragione del loro contesto, sono in grado di concepire una quantità di denaro decisamente superiore a quella del piccolo Luigi e persino di suo padre.

Sapreste immaginare materialmente  una quantità simile di euro? Sapreste immaginare quante banconote da  5€  potremmo impilare per avere 1 miliardo di euro?

La conclusione di questo ragionamento vuol sottintendere che la concezione che abbiamo delle grandezze è dovuta in larga parte all’ambiente in cui operiamo.

La nostra comprensione di una certa grandezza e gli strumenti con cui la misuriamo è stata parecchio influenzata dalla continua evoluzione  della ricerca scientifica, soprattutto di quella degli ultimi due secoli…Ad esempio, duecento  anni fa, la distanza tra la parte meridionale dell’Italia e quella settentrionale , per chi si prestava a fare un viaggio, era veramente tanta(trascorrevano settimane o, addirittura, mesi!). Oggi, invece, ci si aspetta di passare da una parte all’altra del nostro Paese con qualche ora di viaggio .

In particolare, grazie all’avvento dei primi modelli aerei, non solo le distanze sono state attraversate in un tempo più rapido, ma le grandezze di misura sono cambiate, a livello mentale: mentre prima parlavamo di km di distanza tra un posto e un altro, adesso, nel secolo in corso adottiamo la dicitura ” ore di volo”.

Da tutto ciò si deduce che l’uomo fin da sempre ha cercato di rendere il più familiare possibile quelle grandezze che erano sempre più difficili da comprendere.

Proverò ora a meravigliarvi con una semplice proporzione: poniamo 1mm ad 1Km come 1000000 sta a 1. Utilizzeremo questa proporzione per cercare di comprendere l’immensità  dell’universo (precisare che con queste proporzioni mi rifaccio ad un vecchio sito di Cary Huang che è Scale of the Universe 1, di cui ora è anche disponibile la versione aggiornata che è molto interessante ).

Quindi, ora poniamo 1 km al posto di  mm e a destra troviamo con la stessa proporzione. Indovinate? Abbiamo ottenuto il diametro del sole(o quasi, perché è poco più della proporzione essendo 1 392 000 km). Meraviglioso no?

Dunque, procedendo con la proporzione  e sostituendo il diametro del Sole troviamo 1/10 di anno luce, avete capito bene: 1/10 di anno luce! È ben oltre il nostro sistema solare( più o meno vicino alla Nube di Oort che è ai confini del nostro sistema solare) e abbiamo solo fatto due miseri salti nella nostra proporzione

 

Dai, continuiamo(mantenendo sempre la stessa proporzione iniziale 1mm:1 km= 1000000 : 1 a livello teorico): da un 1/10 di anno Luce abbiamo l’intero diametro della nostra Galassia, cioè 120000 anni luce. Non è fantastico? Siamo ben oltre il nostro sistema solare e siamo ben oltre i corpi stellari più vicini al Sole.

Quindi saltiamo dall’immenso diametro della nostra galassia e troviamo? Provate a indovinare, provate a immaginare impostando la stessa proporzione cosa mai potremmo trovare, magari Andromeda? O il gruppo locale?  Cari lettori con questa affascinate proporzione troviamo niente po’ po’ di meno che IL DIAMETRO DELL’INTERO UNIVERSO OSSERVABILE CHE è DI 93 MILIARDI DI ANNI LUCE CIRCA(il discorso non è così semplice perché quando si parla di dimensioni dell’universo c’è tanto da spiegare e c’è ancora tanto da scoprire). Avete capito? Siamo arrivati ai limiti della conoscenza con una sola semplice proporzione.

(in un articolo spiegherò le dimensioni dell’universo e insieme cercheremo di capire se esso è infinito o finito e che forma abbia)

Ora con questo piccolo gioco matematico vi ho indotto inconsciamente ad avere maggiore familiarità con i numeri immensamente grandi su scala cosmologica. E se volessimo fare lo stesso procedimento esponenziale ma questa volta decrescente, magari per entrare nel mondo dell’infinitamente piccolo?

Lo possiamo fare: quindi, seguitemi nel ragionamento e potremmo, insieme, arrivare a scoprire lo stesso tessuto che compone la realtà.

Impostando la nostra famosissima proporzione ma in maniera decrescente e contraria (1km:1mm=1:1000000)troviamo immediatamente che a 1mm sta un atomo (presupponendo, però, che questo dato è molto variabile perché naturalmente gli atomi variano le loro dimensioni in base alla loro natura: quindi, un atomo di idrogeno sarà ovviamente più piccolo rispetto ad uno di Bario ma, tralasciando questo dettaglio, la proporzione rimane mediamente ancora giusta).

Con lo stesso salto troviamo che dalla dimensione di un atomo c’è la dimensione di un protone.

Ora che avete fatto vostre queste grandezze potete rendervi conto della piccolezza della materia stessa.

Un protone a confronto con un atomo è come un neonato al centro del Il Meteor  Crater in Arizona, Usa .

 

Sempre con la stessa metodologia  poniamo nella proporzione, le dimensioni del protone e così troviamo la misurazione della grandezza dei quark e dei neutrini e, di norma, non riusciamo a fare nessun altro salto nella proporzione ma riusciamo ad andare un poco più in là con il limite osservabile che è La lunghezza di Plank. Oltre questa non vi sono conoscenze sufficienti per affermare con certezza cosa vi sia, tuttavia dagli anni ‘60 si  ipotizza che ci siano delle stringhe, cioè piccole corde di energia. Le stringhe giocano in questo quadro un ruolo fondamentale : in base alla loro vibrazione, otteniamo lunghezze d’onda diverse:  ciò significa particelle diverse e (fatemi prendere fiato un momento!).. , quindi, tutta  quanta la fisica potrebbe essere (se la teoria delle stringhe venisse confermata)unificata sotto un’unica legge : La  Teoria del Tutto.

Citando Wikipedia :

Una caratteristica interessante della teoria delle stringhe è che essa predice il numero di dimensioni che l’Universo dovrebbe avere. Né la teoria dell’elettromagnetismo  di Maxwel né la teoria della relatività di Einstein dicono nulla sull’argomento: entrambe le teorie richiedono che i fisici inseriscano “a mano” il numero delle dimensioni.Invece, la teoria delle stringhe consente di calcolare il numero di dimensioni dello spazio-tempo dai suoi principi base. Tecnicamente, questo accade perché il principio di invarianza di Lorenz può essere soddisfatto solo in un certo numero di dimensioni. Più o meno questo equivale a dire che se misuriamo la distanza fra due punti e poi ruotiamo il nostro osservatore di un certo angolo e misuriamo di nuovo, la distanza osservata rimane la stessa solo se l’universo ha un ben preciso numero di dimensioni.Il solo problema è che quando si esegue questo calcolo, il numero di dimensioni dell’universo non è quattro, come ci si potrebbe attendere (tre assi spaziali e uno temporale), bensì ventisei oppure dieci. Più precisamente, le teorie bosoniche implicano 26 dimensioni, mentre le superstringhe e la M-Teoria risulta richiedere 10 o 11 dimensioni. Nelle teorie di stringa bosonica, le 26 dimensioni risultano dall’equazione di Polyakov.

Per avere anche un supporto visivo del concetto di grandezze vi invito a vedere questo video molto ben fatto.

Ringrazio Adrian Fartade (Youtube e sito web) per avermi dato spunto per l’articolo grazie ai suoi video che seguo da tantissimo tempo e ammiro.

 

Guarda anche il video:
INTERVISTA AD ADRIAN FARTADE

 

Qui finisce l’articolo sulle GRANDEZZE NELL’UNIVERSO. Spero sia stata una lettura interessante e di vostro gradimento. Alla prossima! e ricordate sempre: Viva la scienza e viva la conoscenza.

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