L'ASTRONOMIA PER PASSIONE

  
  
  
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L'Astronomia come macchina del tempo

Introduzione

Salve a tutti,
mi chiamo Ivan Delvecchio e sono un appassionato di Astronomia, proprio come tanti di voi. Per mia fortuna, ho anche la possibilità di fare Astronomia per lavoro, dato che svolgo attività di ricerca come post-doc presso il Dipartimento di Fisica di Zagabria (Croazia). Prima di allora, ho conseguito laurea e dottorato di ricerca in Astronomia all'Università di Bologna.
 
Assieme alla redazione di AstronomiAmo, abbiamo pensato di proseguire la rubrica Quantum Cafè, attraverso una serie di articoli inerenti all'Astronomia, in modo accessibile a tutti. Ogni articolo tratterà in modo semplice e intuitivo un fenomeno astronomico, cercando sempre un'analogia con aspetti della nostra vita quotidiana. Questo sia per aiutare a comprendere l'argomento ai non “addetti ai lavori”, sia per “avvicinare” l'Astronomia – spesso considerata astratta e distante – alla nostra quotidianità.
 
Nella sezione commenti, sentitevi liberissimi di esprimere i vostri giudizi, suggerimenti, riflessioni e critiche. Condividere con voi la mia conoscenza di questo lavoro/passione è bellissimo per me. Ma la mia maggiore soddisfazione sarebbe coinvolgervi in spunti di riflessione, curiosità, e consigli su cosa migliorare nei prossimi articoli. Vi ringrazio, e vi auguro una buona lettura!

L'astronomia come macchina del tempo

Uno degli aspetti più affascinanti dell'Astronomia, e unico tra tutte le scienze, è la capacità di fornirci una visione diretta del passato, come una vera e propria macchina del tempo! Lo sapevate? Vediamo di capire cosa significa con un semplice esempio.
 
Immaginiamo un paleontologo che sia interessato a studiare i dinosauri esistiti milioni di anni fa. Il paleontologo si serve di fossili per capire il mondo del passato, ma non ha la possibilità di osservare direttamente i dinosauri. L'Astronomia, invece, ci offre questa unica opportunità: nel nostro caso i “dinosauri” sono stelle, galassie, o qualsiasi oggetto emetta luce. L'Universo intero è, quindi, un'enorme macchina del tempo che ci permette di viaggiare nel passato, fino ad oltre 13 miliardi di anni fa, scrutando le origini del nostro cosmo.
 
Astronomia e Paleontologia a confronto: mentre  quest'ultima studia il passato dei dinosauri dai fossili, l'Astronomia offre una visione diretta del passato come una vera e propria macchina del tempo
 
Astronomia e Paleontologia a confronto: mentre  quest'ultima studia il passato dei dinosauri dai fossili, l'Astronomia offre una visione diretta del passato come una vera e propria macchina del tempo
 
Cosa significa esattamente che “vediamo nel passato”?
Ogni volta che alziamo gli occhi al cielo, vediamo un certo numero di stelle: alcune saranno più vicine a noi, altre più lontane. Dato che la luce prodotta dalle stelle (sotto forma di “fotoni”) viaggia verso di noi ad una velocità fissa (detta, appunto, velocità della luce, e pari a 300 mila km/secondo), oggetti più lontani impiegano più tempo per raggiungere il nostro occhio. Ribaltando il ragionamento, la luce proveniente da oggetti più lontani è partita prima di quella emessa da oggetti più vicini. Scattando una fotografia del cielo, quindi, possiamo immortalare in un colpo solo corpi celesti ad epoche diverse, tanto più remote quando più lontani sono gli oggetti.
 
Vediamo un altro esempio più semplice per capire meglio il concetto. Tutti abbiamo spedito, almeno una volta nella vita, una lettera o una cartolina. Chi riceve la lettera, legge che noi, ad esempio, stiamo bene e lo salutiamo. Ma quella informazione si riferisce al momento in cui la lettera è partita, quindi al passato. Il concetto è lo stesso in Astronomia, solo che il “corriere” che porta la lettera è nel nostro caso il fotone di luce partito dalla sorgente luminosa (stella, galassia, ecc)  che stiamo osservando. Più tempo ci metterà la lettera ad arrivare, più remoto sarà il passato a cui potremmo accedere. 
 
Così come il corriere trasporta una lettera, i fotoni trasmettono la luce emessa da una sorgente. In entrambi i casi, il destinatario del messaggio riceve un'informazione relativa al passato
 
Così come il corriere trasporta una lettera, i fotoni trasmettono la luce emessa da una sorgente. In entrambi i casi, il destinatario del messaggio riceve un'informazione relativa al passato
 
Seguendo il ragionamento, quando osserviamo una sorgente luminosa, questa ci appare come era al momento in cui il fotone di luce è partito da essa. Ad esempio, la stella più vicina a noi, Proxima Centauri, dista circa 4 anni luce. Questo significa che la sua luce ha impiegato 4 anni per giungere a noi, e che quindi la stella ci appare come era 4 anni fa. Non abbiamo modo di sapere come Proxima Centauri appare oggi, nel nostro presente, o meglio, lo sapremo fra quattro anni. Allo stesso modo, tutte le volte che guardiamo la Luna, questa ci appare come era circa 1 secondo fa, mentre il Sole come era circa 8 minuti fa.
 
Ma questo concetto si può estendere a distanze ed epoche lontanissime, tanto più remote quando più potenti sono i nostri telescopi. Attualmente, l'oggetto più lontano mai osservato si chiama GN-z11, e si trova ad una distanza di 13,4 miliardi di anni luce da noi. Ovvero, ci appare come era 13,4 miliardi di anni fa! Un record, se pensiamo che all'epoca l'Universo aveva “solo” 400 milioni di anni, pari a circa il 3% della sua età attuale. É come ritrovare una fotografia di un bambino di 2 anni, quando oggi è un uomo di 65 anni. É un incredibile, profondissimo, sguardo indietro nel tempo.
 
Questo sfasamento temporale non riguarda solamente corpi celesti, bensì qualsiasi elemento visibile. In Astronomia, le distanze sono talmente immense che anche la luce (che ricordiamo, viaggia ad una velocità di 300 mila km/secondo!) può impiegare miliardi di anni per giungere a noi. Invece, nella nostra vita quotidiana, le distanze sono infinitamente più ridotte. Quindi il “ritardo” con cui percepiamo un'informazione visiva è minimo, ma sempre presente. Ad esempio, una persona distante 1 metro da noi ci appare come era 1/300,000,000 di secondo fa, ovvero il tempo impiegato dalla luce per percorrere 1 metro. Praticamente niente, ma il ritardo c'è sempre. Qualsiasi persona, animale o cosa che vediamo è sempre inevitabilmente legata ad un'informazione passata. Di conseguenza, dato che tutto deve pur percorrere una distanza per giungere ai nostri occhi, noi osserviamo un costante passato, molto vicino a noi, ma pur sempre passato. In altre parole, tutto ciò che vediamo è già accaduto.
 
Il concetto di “presente”, quindi, viene rimpiazzato da un passato più vicino o più remoto, a seconda della distanza percorsa dalla luce. Solo in Astronomia, gli spazi sono talmente dilatati che si riesce ad apprezzare questo particolare fenomeno, portando all'estremo il nostro sguardo verso le origini del cosmo.
 
Questo fenomeno ci suggerisce anche che lo scorrere del tempo, oltre ad essere un'entità astratta, dipende dalla nostra prospettiva. Ad esempio, un ipotetico osservatore distante da noi 100 anni luce, avrebbe una visione inedita della Terra nel 1917, osservando ad esempio l'Europa durante la Prima Guerra Mondiale. Quindi il “presente” dal punto di vista di questo distante osservatore corrisponde al nostro passato. E a sua volta, il nostro “presente” (2017) corrisponde per il nostro osservatore al “futuro”, poiché ne verrà a conoscenza solo fra 100 anni. Osservatori via via più lontani da noi, ci vedrebbero oggi come eravamo migliaia, milioni o miliardi di anni fa. Sarebbero gli unici testimoni diretti del nostro passato.
 
L'Astronomia dunque ci insegna una preziosa lezione: la nostra relazione con il concetto di tempo è legata alla nostra distanza dall'evento osservato, e dalla velocità con cui le informazioni si propagano.
 
Questo fenomeno ci accompagna in ogni attimo della nostra vita quotidiana, anche se in modo impercettibile. Ora sappiamo che, osservando un certo evento, il  “presente” di quell'evento esiste solo nella sua esatta posizione, quindi non è universale. Tutto il resto riceve un'informazione passata.
 
Quindi se qualcuno vi dice di cogliere l'attimo, o di godervi il presente... beh, ora sapete che lo avete già fatto! :-)
 
 
Buona Astronomia a tutti! Alla prossima,
Ivan

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Fabio67 - 21/10/2017 00:48:31
Salve mi chiamo Fabio, una bella iniziativa, lo farò leggere a mia figlia, ma dovrò approfondire il discorso sul tempo, se anche vediamo nel passato non possiamo interagire, non è che se uno ha la possibilità di raggiungere i fotoni riflessi ringiovanisce, biologicamente il tuo tempo passa quello che può vedere un ipotetico astronomo che ci osserva da un altro pianeta è un film della nostra esistenza, ma potrà solo assisterlo non cambiarne gli eventi, per noi è scontato ma per una bambino forse no. Ciao e grazie
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Fabio67 - 21/10/2017 01:03:42
Scusa sono sempre io, vorrei approfondire il discorso del tempo relativo, sinceramente non riesco a digerire il discorso del razzo che va alla velocità luce, Il genitore parte e quando torna è più giovane del figlio. Per 50 anni il cuore del figlio ha fatto 80 battiti al minuto, i reni hanno filtrato lo stomaco ha digerito e biologicamente gli organi invecchino, invece al padre per tutto questo tempo? Il suo cuore non ha pompato il sangue e i restanti organi non hanno lavorato, come fa dopo 2.102.400.000 battiti il cuore non invecchiare? Grazie
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Stefano - 21/10/2017 06:28:33
Un ottimo inizio caro Ivan :)
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Ares73 - 22/10/2017 18:47:23
Riflessioni semplici e suggestive sul senso del tempo e dell'Universo quelle di Ivan. Come quelle contenute nel bellissimo docu-film 'Nostalgia de la luz' di Patricio Guzmán che propone un appassionante parallelo tra la brevità delle vicende umane e la straordinaria vastità dell'Universo che ci ha generati; non senza un pizzico di invidia per i fortunati abitanti dell'emisfero australe ;)
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gianpyrota - 22/10/2017 18:58:34
GN-z11, si trova ad una distanza di 13,4 miliardi di anni luce. Questo calcolo tiene conto anche dell'espansione dell'universo?
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ivan.delvecchio - 23/10/2017 20:16:19
Ciao gianpyrota, sì ottima domanda. Il calcolo tiene in considerazione l'espansione dell'Universo. Infatti, questo oggetto si trova oggi a 32 miliardi di anni luce da noi. Ma la luce si è propagata in un Universo in espansione, "cavalcando l'onda". È come camminare sui tappeti mobili in aeroporto. Questo ci permette di coprire, ad una stessa velocità, distanze maggiori. Per questo motivo, la luce di GN-z11 ha percorso una distanza "luminosa" (=totale) di 32 miliardi di anni luce, corrispondente ad una distanza fisica ("al netto dell'espansione dell'Universo") di 13.4 miliardi di anni luce. Ciao, Ivan
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ivan.delvecchio - 23/10/2017 20:18:01
Grazie Ares73, non ero a conoscenza di quel docu-film. Me lo guardero' con piacere! Grazie, ciao! Ivan
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ivan.delvecchio - 23/10/2017 22:49:37
Caro Fabio, grazie per il tuo commento! E' una domanda molto interessante. Per rispondere al tuo primo quesito, hai ragione: la visione del passato non implica un'interazione con esso. Possiamo solamente osservarlo da lontano. Sul quesito del tempo relativo, probabilmente per rispondere alla tua domanda ci vorrebbe un'intero articolo. Magari uno spunto per una delle prossime uscite, grazie del suggerimento :-) Cerco di essere breve: il padre (sull'astronave) e il figlio (sulla Terra) non hanno una percezione "assoluta" dello scorrere del tempo, perchè ognuno misura il tempo dal proprio sistema di riferimento. Non è che il figlio senta di invecchiare, mentre il padre no. Ognuno dei punti di vista percepisce il proprio scorrere del tempo come "normale" (nè dilatato, nè contratto). Ovvero, il figlio vede il padre allontanarsi alla velocità della luce, e (per la relativita' ristretta) vede che il tempo scorre più lentamente per suo padre. Tuttavia, dal punto di vista del padre, è il figlio ad allontanarsi da lui (conta la velocità "relativa"), e quindi dal suo punto di vista è il figlio ad invecchiare più lentamente. Ora, chi ha ragione? Secondo la relatività ristretta, entrambi hanno ragione, fintanto che i due si allontanano l'uno dall'altro a velocità costante. Però il paradosso ha luogo quando l'astronave inverte la rotta e torna verso la Terra. In questo caso l'astronave deve curvare, e quindi accelerare, violando il principio della relatività "ristretta" (la velocità non sarà più costante). Per descrivere questo fenomeno serve la teoria della relatività "generale". Senza andare nel dettaglio, questa ci dice che solo il padre, sull'astronave, sente un'accelerazione (come quando facciamo una curva in auto). Invece il figlio sulla Terra, vede il padre accelerare ma non sente un'accelerazione lui stesso. È in questa fase che succede qualcosa al padre e non al figlio. Nella fase di ritorno verso la Terra, il figlio osserva il padre invecchiare più lentamente, rispetto a quanto il padre osservi per il figlio. Risultato: quando i due si incontrano, per il padre sono passati meno anni che per il figlio (non è detto che il padre sia necessariamente più giovane). Anche se non c'e' modo oggi di testare questi effetti su esseri viventi, o sul nostro organismo, queste conseguenze sono state ampiamente confermate per particelle tramite orologi atomici. Capisco che non siano fenomeni intuitivi, ma in uno dei prossimi articoli vedremo di trattare anche questo argomento! :) Ciao, Ivan

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