Sette anni fa il fisico della Northwestern University, Adilson E. Motter, ipotizzò che l'espansione dell'Universo al momento del Big Bang, fu molto caotica. Grazie alla collaborazione di alcuni colleghi, egli ha adesso dimostrato questa ipotesi in un rigoroso modello matematico.
Lo studio, pubblicato dalla rivista Communications in Fisica Matematica, non afferma soltanto che il caos è assoluto, ma che lo sono anche gli strumenti matematici che possono essere utilizzati per rilevarlo.
Quando viene applicato il modello più accettato per l'evoluzione dell'Universo, questi strumenti dimostrano che l'Universo primordiale era caotico.
Certe cose sono assolute. La velocità della luce, per esempio, è la stessa rispetto a qualsiasi osservatore nello spazio vuoto. Altri sono relative. Pensiamo ad esempio al suono di una sirena di un'ambulanza che varia mentre passa nei pressi l'osservatore. Un problema di vecchia data in fisica è stato quello di determinare se il caos (il fenomeno per cui i minuscoli cambiamenti degli eventi portano ad altri molto grandi nell'evoluzione temporale del sistema, come ad esempio nell'Universo) è assoluto o relativo in sistemi governati dalla relatività generale, dove il stesso tempo è relativo.
Un aspetto concreto di questa capacità riguarda il dilemma di determinare in modo inequivocabile se l'Universo nel suo insieme si è mai comportato in maniera caotica. Se il caos è relativo, come suggerito da alcuni studi precedenti, la questione semplicemente non si può rispondere perché diversi osservatori, muovendosi uno rispetto all'altro, potrebbero giungere a conclusioni opposte sulla base della loro misurazione del tempo.
"Un'interpretazione opposta vuole che il caos potrebbe essere una proprietà dell'osservatore, piuttosto che una proprietà del sistema che viene osservato" ha detto Motter, un autore del documento e assistente professore di fisica e astronomia presso la Northwestern's Weinberg College di Arti e Scienze .
"Il nostro studio mostra che diversi osservatori fisici sono necessariamente d'accordo sulla natura caotica del sistema".
Il lavoro ha conseguenze dirette per la cosmologia e mostra in particolare che i cambiamenti erratici tra il rosso-blu e le direzioni di spostamento nell'Universo primordiale erano in realtà caotiche.
Motter ha lavorato con il collega Katrin Gelfert, un matematico presso l'Università Federale di Rio de Janeiro, in Brasile e un ex membro di facoltà in visita presso la Northwestern, che dice che gli aspetti matematici del problema sono ispirati e che possono portare ad altri sviluppi matematici.
Una questione importante in cosmologia è spiegare perché le lontane parti del mondo visibile (anche quelle che sono troppe lontane per avere sempre interagito con l'altro) sono così simili.
"Si potrebbe suggerire come risposta che l'Universo su grande scala è stato creato in modo Uniforme" ha detto Motter, "ma questo non è il tipo di risposta che darebbero per scontato i fisici".
Cinquant'anni fa, i fisici ritenevano che la vera risposta poteva essere racchiusa in quello che è successo in una frazione di secondo dopo il Big Bang. Anche se gli studi iniziali non mostrarono che uno stato arbitrario iniziale dell'Universo finirebbe per convergere sua forma attuale, i ricercatori trovarono la cosa ancora più interessante: la possibilità che l'Universo nel suo insieme nacque intrinsecamente caotico.
L'Universo attuale è in espansione e lo fa in tutte le direzioni, secondo Motter, con un conseguente spostamento verso il rosso delle fonti di luce lontana in tutte le tre dimensioni. L'universo precoce, d'altro canto, si è ampliato nelle sole due dimensioni e si è contratto nella terza dimensione.
Ciò ha portato allo spostamento verso il rosso in due direzioni e spostamento verso il blu in una. Le direzione, tuttavia, non furono sempre identiche in questo sistema, alternandosi in modo irregolare tra X, Y e Z.
"Secondo la teoria classica della relatività generale, l'Universo sperimentò inizialmente molte oscillazioni espandendosi in tutte le direzioni" ha detto Motter.
"Questo potrebbe significare che la prima evoluzione dell'Universo, anche se non necessariamente il suo stato attuale, dipendeva molto dalle condizioni iniziali stabilite dal Big Bang".
Questo problema acquisì una nuova dimensione 22 anni fa quando due altri ricercatori, Gerson Francisco e George Matsas, scoprirono che le descrizioni differenti degli stessi eventi sono state portate a conclusioni diverse circa la natura caotica del primo Universo. Siccome diverse descrizioni possono rappresentare le prospettive di diversi osservatori, questo fatto contestava l'ipotesi che ci sarebbe un accordo tra diversi osservatori. All'interno della teoria della relatività generale, tale accordo va sotto il nome di "invariante relativistico".
"Tecnicamente, abbiamo stabilito le condizioni in cui gli indicatori del caos sono invarianti relativistiche" spiega Motter.
"La nostra caratterizzazione matematica spiega anche i risultati controversi. Essi sono stati generati da una singolarità indotta dalla scelta della coordinata temporale, che non sono presenti fisicamente e osservabili".
Motter è anche un assistente professore di scienze ingegneristiche e matematica applicata presso la Scuola McCormick di Ingegneria e Scienze Applicate, membro del comitato esecutivo dell'Istituto Northwestern su Sistemi Complessi (NICO) e membro del Centro Interdisciplinare per la esplorazione e la ricerca in Astrofisica (CIERA).
Lo studio, pubblicato dalla rivista Communications in Fisica Matematica, non afferma soltanto che il caos è assoluto, ma che lo sono anche gli strumenti matematici che possono essere utilizzati per rilevarlo.
Quando viene applicato il modello più accettato per l'evoluzione dell'Universo, questi strumenti dimostrano che l'Universo primordiale era caotico.
Certe cose sono assolute. La velocità della luce, per esempio, è la stessa rispetto a qualsiasi osservatore nello spazio vuoto. Altri sono relative. Pensiamo ad esempio al suono di una sirena di un'ambulanza che varia mentre passa nei pressi l'osservatore. Un problema di vecchia data in fisica è stato quello di determinare se il caos (il fenomeno per cui i minuscoli cambiamenti degli eventi portano ad altri molto grandi nell'evoluzione temporale del sistema, come ad esempio nell'Universo) è assoluto o relativo in sistemi governati dalla relatività generale, dove il stesso tempo è relativo.
Un aspetto concreto di questa capacità riguarda il dilemma di determinare in modo inequivocabile se l'Universo nel suo insieme si è mai comportato in maniera caotica. Se il caos è relativo, come suggerito da alcuni studi precedenti, la questione semplicemente non si può rispondere perché diversi osservatori, muovendosi uno rispetto all'altro, potrebbero giungere a conclusioni opposte sulla base della loro misurazione del tempo.
"Un'interpretazione opposta vuole che il caos potrebbe essere una proprietà dell'osservatore, piuttosto che una proprietà del sistema che viene osservato" ha detto Motter, un autore del documento e assistente professore di fisica e astronomia presso la Northwestern's Weinberg College di Arti e Scienze .
"Il nostro studio mostra che diversi osservatori fisici sono necessariamente d'accordo sulla natura caotica del sistema".
Il lavoro ha conseguenze dirette per la cosmologia e mostra in particolare che i cambiamenti erratici tra il rosso-blu e le direzioni di spostamento nell'Universo primordiale erano in realtà caotiche.
Motter ha lavorato con il collega Katrin Gelfert, un matematico presso l'Università Federale di Rio de Janeiro, in Brasile e un ex membro di facoltà in visita presso la Northwestern, che dice che gli aspetti matematici del problema sono ispirati e che possono portare ad altri sviluppi matematici.
Una questione importante in cosmologia è spiegare perché le lontane parti del mondo visibile (anche quelle che sono troppe lontane per avere sempre interagito con l'altro) sono così simili.
"Si potrebbe suggerire come risposta che l'Universo su grande scala è stato creato in modo Uniforme" ha detto Motter, "ma questo non è il tipo di risposta che darebbero per scontato i fisici".
Cinquant'anni fa, i fisici ritenevano che la vera risposta poteva essere racchiusa in quello che è successo in una frazione di secondo dopo il Big Bang. Anche se gli studi iniziali non mostrarono che uno stato arbitrario iniziale dell'Universo finirebbe per convergere sua forma attuale, i ricercatori trovarono la cosa ancora più interessante: la possibilità che l'Universo nel suo insieme nacque intrinsecamente caotico.
L'Universo attuale è in espansione e lo fa in tutte le direzioni, secondo Motter, con un conseguente spostamento verso il rosso delle fonti di luce lontana in tutte le tre dimensioni. L'universo precoce, d'altro canto, si è ampliato nelle sole due dimensioni e si è contratto nella terza dimensione.
Ciò ha portato allo spostamento verso il rosso in due direzioni e spostamento verso il blu in una. Le direzione, tuttavia, non furono sempre identiche in questo sistema, alternandosi in modo irregolare tra X, Y e Z.
"Secondo la teoria classica della relatività generale, l'Universo sperimentò inizialmente molte oscillazioni espandendosi in tutte le direzioni" ha detto Motter.
"Questo potrebbe significare che la prima evoluzione dell'Universo, anche se non necessariamente il suo stato attuale, dipendeva molto dalle condizioni iniziali stabilite dal Big Bang".
Questo problema acquisì una nuova dimensione 22 anni fa quando due altri ricercatori, Gerson Francisco e George Matsas, scoprirono che le descrizioni differenti degli stessi eventi sono state portate a conclusioni diverse circa la natura caotica del primo Universo. Siccome diverse descrizioni possono rappresentare le prospettive di diversi osservatori, questo fatto contestava l'ipotesi che ci sarebbe un accordo tra diversi osservatori. All'interno della teoria della relatività generale, tale accordo va sotto il nome di "invariante relativistico".
"Tecnicamente, abbiamo stabilito le condizioni in cui gli indicatori del caos sono invarianti relativistiche" spiega Motter.
"La nostra caratterizzazione matematica spiega anche i risultati controversi. Essi sono stati generati da una singolarità indotta dalla scelta della coordinata temporale, che non sono presenti fisicamente e osservabili".
Motter è anche un assistente professore di scienze ingegneristiche e matematica applicata presso la Scuola McCormick di Ingegneria e Scienze Applicate, membro del comitato esecutivo dell'Istituto Northwestern su Sistemi Complessi (NICO) e membro del Centro Interdisciplinare per la esplorazione e la ricerca in Astrofisica (CIERA).
Adattamento a cura di Arthur McPaul
Fonte:
"http://www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100907171642.htm"
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