Una breve storia del tempo di Stephen Hawking

A Brief History of Time Astronomy Nature Science Space Science Stephen Hawking

Dal Big Bang ai buchi neri

A Brief History of Time by Stephen Hawking

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Qual ​​è l'argomento del libro Una breve storia del tempo?

Prendendo uno sguardo sia alla storia della teoria scientifica che ai concetti che modellano la nostra attuale conoscenza del mondo, A Brief History of Time (1988) è una tappa obbligata per chiunque sia interessato alla storia della scienza. In questo libro, Hawking fornisce un conciso riassunto sia della storia dell'universo che della complicata fisica che lo sostiene, il tutto presentato in un modo che anche i lettori che vengono esposti a questi concetti per la prima volta possono comprendere.< /p>

Chi legge il libro Una breve storia del tempo?

  • Chiunque sia curioso delle origini del cosmo, chiunque sia curioso di cosa sia la fisica quantistica e chiunque sia interessato al funzionamento dei buchi neri

Qual ​​è il background di Stephen Hawking?

PhD in fisica teorica e cosmologia, Stephen Hawking (1942-2018) è stato un fisico teorico, cosmologo e autore noto soprattutto per il suo lavoro sulla radiazione di Hawking e sui teoremi di Penrose-Hawking. Tra il 1979 e il 2009, Hawking ha ricoperto la cattedra di matematica lucasiana presso l'Università di Cambridge, dove è stato anche insignito della Presidential Medal of Freedom. È stato anche membro onorario della Royal Society of Arts e membro a vita della Pontificia Accademia delle Scienze.

Cosa contiene esattamente per me? Scopri i misteri dell'universo.

 Vedere il cielo pieno di stelle di notte è uno dei panorami più sbalorditivi e stimolanti del pianeta. C'è qualcosa nello scintillio dell'universo che ci invita a prenderci un momento e a considerare alcuni dei misteri più profondi dell'universo. Una breve storia del tempo contribuirà alla luce di questi misteri rivelando i principi che governano il cosmo. Poiché è scritto in termini comprensibili, aiuterà anche coloro che non sono scientificamente inclini a capire perché il cosmo esiste, come è nato e come sarà il futuro. Imparerai anche su strani fenomeni come i buchi neri, che sono una sorta di vuoto che attira tutto (o quasi tutto) verso di loro. Ancora più importante, imparerai i misteri del tempo stesso, poiché queste note offrono le risposte a domande come "quanto velocemente passa il tempo?" così come "come sappiamo che sta andando avanti?"

Con certezza, non guarderai mai più il cielo notturno allo stesso modo dopo aver ascoltato questi pezzi di letteratura.

Sviluppare teorie basate su ciò che hai visto in passato può aiutarti a prevedere il futuro.

 È probabile che tu abbia sentito parlare della teoria della gravità o della teoria della relatività. Ma ti sei mai preso un momento per considerare cosa intendiamo realmente quando parliamo di idee e concetti? Per dirla semplicemente, una teoria è un modello che spiega correttamente enormi raggruppamenti di dati nel senso più fondamentale. Le osservazioni scientifiche, come quelle fatte negli esperimenti, vengono raccolte e analizzate dagli scienziati, che quindi utilizzano le informazioni per creare ipotesi su come e perché si verificano gli eventi. Gli esempi includono l'idea della gravità, che è stata stabilita da Isaac Newton dopo aver studiato una varietà di eventi che vanno dalle mele che cadono dagli alberi al movimento dei pianeti. È stata sviluppata una teoria della gravità utilizzando le prove raccolte dal ricercatore. Le teorie offrono due vantaggi significativi: in primo luogo, consentono agli scienziati di fare previsioni precise sul corso degli eventi in futuro.

Ad esempio, la teoria della gravità di Newton ha permesso agli scienziati di anticipare i futuri movimenti di oggetti come i pianeti.Se vuoi sapere, ad esempio, dove sarà Marte tra sei mesi, puoi usare la teoria della gravità per prevedere la posizione con la massima precisione In secondo luogo, le teorie sono sempre confutabili, il che significa che possono essere riviste se vengono scoperte nuove prove che contraddice la teoria in questione. Ad esempio, la gente pensava che la Terra fosse il centro dell'universo e che tutto il resto le girasse intorno. Come risultato della sua scoperta che le lune di Giove orbitavano attorno al pianeta, Galileo fu in grado di dimostrare che non tutto ruotava davvero intorno alla Terra. Di conseguenza, per quanto solida possa sembrare una teoria al momento della sua formulazione, una singola osservazione futura può sempre renderla errata. Di conseguenza, le idee non possono mai essere dimostrate vere e la scienza è un processo in continua evoluzione.

Un cambiamento nel modo in cui pensiamo a come si muovono le cose è avvenuto nel 1600, grazie a Isaac Newton.

 Prima di Isaac Newton, si credeva che la condizione naturale di un oggetto fosse di completa immobilità. Ciò implica che se non ci fosse alcuna forza esterna che agisce sull'oggetto, rimarrebbe completamente fermo. Newton, nel 1600, dimostrò in modo conclusivo che questa nozione di vecchia data era errata. Al suo posto è stata presentata una nuova ipotesi, secondo la quale tutto nel cosmo, anziché essere statico, sarebbe davvero sempre in movimento. Newton arrivò a questa conclusione in seguito alla sua scoperta che i pianeti e le stelle nel cosmo si muovevano continuamente nella loro relazione reciproca. Gli esempi includono il fatto che la Terra gira continuamente intorno al Sole e che l'intero sistema solare ruota intorno alla galassia. Di conseguenza, nulla è mai veramente immobile. Newton ha ideato tre leggi del moto per spiegare il movimento di tutte le cose nell'universo:

Tutti gli oggetti continueranno a viaggiare in linea retta se non subiscono l'azione di un'altra forza, secondo la prima delle leggi del moto di Newton. Ciò è stato dimostrato da Galileo in un esperimento in cui ha fatto rotolare le palle giù da una collina per illustrare il suo punto. Rotolarono in un percorso rettilineo poiché non c'era altra forza che agiva su di loro oltre alla gravità. Nello specifico, la seconda legge di Newton afferma che un oggetto accelererà a una velocità proporzionale alla forza esercitata su di esso. Considera il seguente esempio: un veicolo con un motore più potente accelererà più rapidamente di un veicolo con un motore meno potente. Questa regola dice anche che maggiore è la massa di un corpo, minore è l'effetto che una forza ha sul suo moto, e viceversa. Un veicolo più grande impiegherà più tempo ad accelerare rispetto a un veicolo più leggero se due veicoli hanno lo stesso motore.

La gravità è descritta dalla terza legge di Newton. Afferma che tutti i corpi dell'universo sono attratti l'uno dall'altro da una forza proporzionale alla massa degli oggetti da cui sono attratti. Ciò implica che se raddoppi la massa di un oggetto, la forza che agisce su di esso sarà due volte più potente. Se raddoppi la massa di un oggetto e triplichi la massa di un altro, la forza sarà sei volte più forte.

Il fatto che la velocità della luce sia costante dimostra che non è sempre possibile misurare la velocità di qualcosa in relazione alla velocità di un altro.

 Dopo aver visto come la teoria di Newton ha eliminato la quiete assoluta e l'ha sostituita con l'idea che il movimento di un oggetto sia relativo al movimento di qualcos'altro, possiamo vedere come sia ancora in uso oggi. Tuttavia, la teoria ha anche indicato che la velocità relativa di un oggetto è importante. Considera il seguente scenario: sei seduto su un treno che viaggia a 100 miglia all'ora e stai leggendo un libro. Sono curioso di sapere quanto velocemente stai viaggiando. Secondo un testimone che sta guardando passare il treno, stai viaggiando a 100 miglia all'ora. Tuttavia, in relazione al libro che stai leggendo, la tua velocità è di 0 miglia all'ora. Di conseguenza, la tua velocità viene misurata in relazione a un altro oggetto.Tuttavia, è stato scoperto un difetto significativo nella teoria di Newton: la velocità della luce

La velocità della luce è costante, non relativa e non può essere misurata. Si muove a una velocità costante di 186.000 miglia al secondo. Qualunque altra cosa si muova a una velocità maggiore della luce, la velocità della luce rimarrà costante a prescindere. Ad esempio, se un treno che viaggia a 100 miglia all'ora si avvicina a un raggio di luce, la velocità della luce sarebbe di 186.000 miglia al secondo, secondo la formula. Tuttavia, anche se quel treno si fermasse completamente a un segnale rosso, il raggio di luce viaggerebbe comunque a 186.000 miglia al secondo. Non fa differenza chi sta guardando la luce o quanto velocemente si stanno muovendo; la velocità della luce rimarrà sempre costante. L'ipotesi di Newton è messa a repentaglio a causa di questa scoperta. Quando qualcosa si muove, come può la velocità dell'oggetto rimanere costante indipendentemente dallo stato dell'osservatore? Fortunatamente, la soluzione fu trovata all'inizio del XX secolo, quando Albert Einstein propose la sua teoria della relatività generale.

Secondo la teoria della relatività, il tempo stesso non è una quantità fissa.

 Il fatto che la velocità della luce rimanga costante era un problema per la teoria di Newton poiché dimostrava che la velocità non è necessariamente relativa. Di conseguenza, gli scienziati hanno bisogno di un modello aggiornato che tenga conto della velocità della luce. La teoria della relatività, creata da Albert Einstein, è un esempio di tale teoria. Secondo la teoria della relatività, le regole della scienza si applicano ugualmente a tutti gli osservatori che sono liberi di muoversi. Ciò implica che, indipendentemente dal ritmo a cui qualcuno sta viaggiando, sperimenterà sempre la stessa velocità della luce. Sebbene a prima vista questo sembri abbastanza semplice, una delle sue proposizioni fondamentali è davvero estremamente difficile da afferrare per molte persone: l'idea che il tempo sia relativo è una delle più difficili da afferrare.

A causa del fatto che la luce non varia di velocità se vista da osservatori che viaggiano a velocità diverse, i testimoni che viaggiano a velocità diverse l'uno rispetto all'altro stimerebbero effettivamente tempi diversi per lo stesso evento. Considera il seguente scenario: un lampo di luce viene inviato a due testimoni, uno dei quali si sta muovendo verso la luce e l'altro che sta viaggiando a una velocità maggiore nella direzione opposta alla luce. Entrambi gli spettatori sperimenterebbero la stessa velocità della luce, nonostante si muovano a velocità molto diverse e in direzioni opposte. Ciò implicherebbe che entrambi vedono l'evento lampo come se fosse accaduto in un momento diverso dall'altro, il che è incredibile. Ciò è dovuto al fatto che il tempo è definito dalla distanza percorsa da qualcosa diviso per la velocità con cui si è mosso. Sebbene la velocità della luce sia la stessa per entrambi gli spettatori, a causa della differenza di distanza, in questo caso il tempo è relativo a ciascun osservatore.

Se entrambi i testimoni fossero dotati di orologi per registrare il momento in cui è stato prodotto l'impulso di luce, sarebbero in grado di certificare due tempi distinti per lo stesso evento. Allora, chi ha ragione? In nessuno dei punti di vista degli osservatori; il tempo è relativo e unico per ciascuna delle loro prospettive!

Poiché è impossibile ottenere misurazioni precise delle particelle, gli scienziati si affidano a un concetto noto come stato quantistico per fare previsioni.

 Tutto nell'universo è costituito da particelle come elettroni e fotoni. Gli scienziati cercano di misurarli e analizzare la loro velocità per capire di più sul cosmo e sui suoi abitanti. Quando tenti di esaminare le particelle, tuttavia, vedrai che si comportano in modo insolito. Stranamente, più si tenta di misurare con precisione la posizione di una particella, più incerta diventa la sua velocità; al contrario, più si tenta di misurarne la velocità con precisione, meno precisa diventa la sua posizione.Il principio di indeterminazione è il nome dato a questo fenomeno, che è stato originariamente identificato negli anni '20. Una conseguenza del principio di indeterminazione fu che gli scienziati furono costretti a trovare altri metodi per osservare le particelle, portandoli invece a iniziare a guardare lo stato quantistico di una particella. Lo stato quantistico di una particella è una combinazione di diverse probabili posizioni potenziali e velocità della particella.

Poiché gli scienziati non sono in grado di determinare la posizione o la velocità precisa di una particella, devono considerare i numerosi possibili luoghi e velocità che le particelle possono occupare. I ricercatori monitorano ogni possibile posizione in cui potrebbe trovarsi una particella e quindi scelgono quella più probabile tra loro mentre la particella si sposta. Gli scienziati trattano le particelle come se fossero onde per aiutarle a determinarlo. Poiché una particella può trovarsi contemporaneamente in una pletora di varie posizioni, nel loro aspetto sembrano una sequenza di onde continue e oscillanti. Considera l'immagine di un pezzo di filo vibrante. Quando la corda vibra, si inarca e si abbassa attraverso una gamma di picchi e depressioni. Una particella agisce in modo simile, ma il suo percorso potenziale è costituito da una sequenza di onde sovrapposte che si verificano tutte contemporaneamente.

L'osservazione delle particelle in questo modo aiuta gli scienziati a determinare dove è più probabile che si trovi una particella. Le posizioni delle particelle più probabili sono quelle in cui gli archi ei picchi sulle numerose onde coincidono tra loro, mentre le posizioni delle particelle meno probabili sono quelle in cui non lo fanno. Questa viene definita interferenza e rivela quali posizioni e velocità hanno maggiori probabilità di percorrere l'onda di particelle lungo il suo percorso.

La gravità è la conseguenza di cose grandi che piegano il tessuto dello spazio-tempo alla loro volontà.

 Quando ti guardi intorno, visualizzi il mondo in tre dimensioni, il che significa che puoi caratterizzare ogni elemento in base alle misure di altezza, larghezza e profondità. Resta il fatto che esiste una quarta dimensione, anche se non possiamo vederla: il tempo, che combinato con le altre tre dimensioni forma un fenomeno noto come spazio-tempo. Gli scienziati utilizzano questo modello quadridimensionale dello spazio-tempo per spiegare gli eventi che si verificano nel cosmo. Nel contesto del tempo e dello spazio, un evento è tutto ciò che avviene in un determinato momento. Di conseguenza, quando si determina la posizione di un evento in combinazione con le coordinate tridimensionali, gli scienziati includono una quarta coordinata per rappresentare l'ora dell'evento. Per determinare la posizione di un evento, gli scienziati devono tenere conto del tempo poiché la teoria della relatività afferma che il tempo è relativo. Pertanto, è un elemento essenziale per definire la natura di un particolare incidente.

La combinazione di spazio e tempo ha avuto un effetto notevole sulla nostra comprensione della gravità, che di conseguenza si è evoluta notevolmente. La gravità è la conseguenza di oggetti di grandi dimensioni che piegano il continuum spazio-temporale, come descritto sopra. Quando una grande massa, come il nostro sole, si curva, ha l'effetto di alterare lo spazio-tempo. Considera il seguente scenario: considera il concetto di spazio-tempo come una coperta che viene stesa e tenuta in aria. Se metti un oggetto al centro della coperta, la coperta si curverà e l'oggetto affonderà un po' al centro della coperta. Questo è l'effetto che cose enormi hanno sul tessuto dello spazio-tempo.

Altre cose seguiranno queste curve nello spazio-tempo mentre si muovono nello spazio. Ciò è dovuto al fatto che un oggetto sceglie sempre il percorso più breve tra due posizioni, che è un'orbita circolare attorno a un oggetto più grande nell'universo. Se dai un'altra occhiata alla coperta, vedrai qualcosa.Mettere un oggetto grande come un'arancia sulla coperta e poi tentare di far rotolare un oggetto più piccolo oltre si tradurrà nel marmo che segue la depressione lasciata dall'arancia Gravity funziona allo stesso modo!

In caso di morte di una stella di grande massa, la stella collassa in una singolarità nota come buco nero.

 Per generare calore e luce, le stelle hanno bisogno di enormi quantità di energia durante tutta la loro vita. Tuttavia, questa energia non dura indefinitamente; alla fine, si esaurisce, causando la morte della stella. Ciò che accade a una stella dopo la sua morte è determinato dalle dimensioni della stella. Quando una stella massiccia esaurisce le sue riserve di energia, accade qualcosa di straordinario: la formazione di un buco nero. Poiché il campo gravitazionale della maggior parte delle grandi stelle è così potente, potrebbe formarsi un buco nero. È possibile che la stella utilizzi la sua energia per evitare di collassare finché è ancora viva. Dopo aver esaurito l'energia, la stella non è più in grado di sfidare la gravità e il suo corpo in disintegrazione alla fine collassa su se stesso. Tutto viene attratto verso l'interno in una singolarità, che è un punto sferico infinitamente denso che non esiste da nessun'altra parte nell'universo. Questa singolarità viene chiamata buco nero.

Lo spazio-tempo viene distorto così bruscamente a causa della gravità di un buco nero che persino la luce viene piegata lungo il suo percorso. Un buco nero non solo attira tutto ciò che si trova nelle sue vicinanze, ma impedisce anche a tutto ciò che attraversa un certo confine attorno a sé di fuggire di nuovo: questo punto di non ritorno è noto come orizzonte degli eventi, e nulla, nemmeno la luce, che viaggia più veloce di qualsiasi altra cosa nell'universo, può fuggire su di esso. L'orizzonte degli eventi di un buco nero è definito come il punto oltre il quale nulla può più sfuggire. Ciò pone una domanda interessante: poiché un buco nero assorbe la luce e tutto il resto che attraversa il suo orizzonte degli eventi, come possiamo sapere se sono davvero lì nell'universo? Gli astronomi vanno a caccia di buchi neri osservando l'impatto gravitazionale che hanno sul cosmo e i raggi X emessi dalla loro interazione con le stelle orbitanti.

Ad esempio, gli astronomi cercano stelle che circondano oggetti scuri ed enormi che potrebbero o meno essere buchi neri per saperne di più. Sono anche alla ricerca di raggi X e altre onde che sono spesso generate dalla materia mentre viene trascinata e fatta a pezzi da un buco nero. Una fonte ancora più misteriosa di radiazioni radio e infrarosse è stata scoperta nel nucleo della nostra galassia; si pensa che questa fonte sia un buco nero supermassiccio.

I buchi neri producono radiazioni, che possono farli evaporare, provocandone la morte.

 L'attrazione gravitazionale di un buco nero è così potente che nemmeno la luce può sfuggirvi. È ovvio che nient'altro sarebbe in grado di fuggire. Ti sbaglieresti, però. I buchi neri, infatti, devono emettere qualcosa per non violare la seconda regola della termodinamica. Si afferma nella seconda regola universale della termodinamica che l'entropia, o la tendenza verso un maggiore disordine, aumenta in ogni momento. E quando l'entropia aumenta, anche la temperatura deve aumentare. Una buona illustrazione di ciò è il modo in cui un poker da fuoco brucia arroventato dopo essere stato messo nel fuoco ed emette radiazioni sotto forma di calore. Secondo la seconda regola della termodinamica, poiché i buchi neri assorbono energia disordinata dal cosmo, l'entropia del buco nero dovrebbe aumentare di conseguenza. E, come risultato dell'aumento dell'entropia, i buchi neri dovrebbero essere costretti a permettere al calore di fuoriuscire.

Sebbene nulla possa sfuggire dall'orizzonte degli eventi di un buco nero, coppie virtuali di particelle e antiparticelle vicino all'orizzonte degli eventi sono in grado di farlo perché la seconda legge della termodinamica si conserva in prossimità dell'orizzonte degli eventi.Le particelle che non possono essere osservate ma i cui impatti possono essere quantificati sono indicate come particelle virtuali Uno dei membri della coppia ha energia positiva, mentre l'altro possiede energia carica negativa. A causa della forza di attrazione gravitazionale in un buco nero, una particella negativa può essere risucchiata nel buco nero e, così facendo, fornire al suo partner particellare energia sufficiente per sfuggire potenzialmente nel cosmo ed essere rilasciata sotto forma di calore. È possibile che il buco nero emetta radiazioni in questo modo, permettendogli di obbedire alla seconda legge della termodinamica.

La quantità di radiazione positiva rilasciata è controbilanciata dalla quantità di radiazione negativa trascinata nel buco nero dal buco nero. Questo afflusso verso l'interno di particelle negative ha il potenziale per diminuire la massa del buco nero fino a quando alla fine evapora e muore. E, se la massa del buco nero viene ridotta a un valore sufficientemente minimo, molto probabilmente terminerà con un'enorme esplosione finale equivalente a milioni di bombe H.

Nonostante il fatto che non possiamo esserne certi, ci sono indicazioni significative che il tempo continuerà a marciare avanti.

 Considera la possibilità che l'universo abbia iniziato a ridursi e il tempo abbia iniziato a scorrere all'indietro. Come sarebbe essere lì? Esiste la possibilità che gli orologi vadano indietro e il percorso della storia si inverta. Tuttavia, sebbene gli scienziati non abbiano del tutto escluso la possibilità, tre indicazioni significative indicano che il tempo sta avanzando esclusivamente. La freccia del tempo termodinamica è l'indicazione iniziale che il tempo sta passando da un punto nel passato a un altro punto nel futuro. Secondo la seconda legge della termodinamica, l'entropia - il disordine di un sistema chiuso - tende a crescere con il passare del tempo in ogni sistema chiuso. Ciò implica che la propensione del disordine a crescere può essere utilizzata per misurare il passare del tempo.

Nel caso di una tazza che cade accidentalmente da un tavolo e si rompe, l'ordine è stato interrotto e l'entropia è aumentata. Poiché una tazza in frantumi non si riunirà mai spontaneamente e migliorerà il suo ordine, possiamo concludere che il tempo sta solo andando avanti. La coppa frantumata e la freccia del tempo termodinamica sono entrambi elementi del secondo indicatore del tempo in avanti, che è controllato dalla memoria ed è rappresentato anche dalla freccia psicologica del tempo. Quando potresti ricordare che la tazza era sul tavolo dopo che è stata rotta, non sarai in grado di "ricordare" la sua posizione futura sul pavimento mentre era ancora sul tavolo prima che sia stata frantumata. La terza indicazione, la freccia del tempo cosmologica, si riferisce all'espansione del cosmo e corrisponde alla nostra esperienza della freccia del tempo termodinamica e alla crescita della nostra conoscenza di essa. Ciò è dovuto al fatto che l'entropia aumenta man mano che il cosmo si espande.

Dopo aver raggiunto un certo punto nel tempo, il caos nel cosmo può causare il restringimento dell'universo, invertendo così la direzione del tempo nella freccia cosmica del tempo. Tuttavia, non ne saremmo consapevoli poiché le creature intelligenti possono vivere solo in un ambiente in cui il caos è in aumento. La ragione di ciò è che gli esseri umani dipendono dal processo dell'entropia per convertire il nostro cibo in una forma utilizzabile di energia. Per questo motivo, continueremo a percepire la freccia cosmica del tempo come un movimento in avanti finché saremo in vita.

Ci sono tre forze fondamentali nel cosmo, oltre alla gravità. Questi sono: attrazione, attrazione e attrazione.

 Ci sono forze particolari che operano nell'universo? La maggior parte delle persone conoscerà solo una di queste forze: la gravità, che è la forza che attrae le cose l'una verso l'altra e che viene percepita nel modo in cui la gravità della Terra ci attira sulla sua superficie.La maggior parte delle persone, d'altra parte, non è consapevole che ci sono davvero altre tre forze che agiscono sulle particelle più piccole Quando un magnete si attacca a un frigorifero o quando ricarichi il tuo cellulare, stai sperimentando una forza elettromagnetica, che è la prima di queste forze. Ha effetto su tutte le particelle cariche, inclusi elettroni e quark, nonché sulle loro cariche elettriche.

I magneti hanno i poli nord e sud che possono attrarre o respingere altri magneti. Le particelle caricate positivamente attraggono le particelle negative e allontanano altre particelle positive e viceversa. La forza elettromagnetica è rappresentata dai poli nord e sud di un magnete. Questa forza è considerevolmente più forte della gravità e ha un'influenza molto maggiore a livello atomico rispetto alla gravità. Ad esempio, la forza elettromagnetica fa sì che un elettrone circoli attorno al nucleo di un atomo con un movimento circolare. Il secondo tipo di forza nucleare è la forza nucleare debole, che opera su tutte le particelle che compongono la materia ed è responsabile della produzione di radioattività. Questa forza viene definita "debole" perché le particelle che la trasportano possono esercitare una forza solo su una breve distanza, da cui deriva il nome. A causa della crescente intensità della forza nucleare debole a energia più alta, alla fine supera quella della forza elettromagnetica.

È il terzo tipo di forza nucleare che tiene insieme protoni e neutroni nel nucleo di un atomo, nonché i quark più piccoli contenuti all'interno di protoni e neutroni. La forza nucleare forte, in contrasto con la forza elettromagnetica e la forza nucleare debole, diventa più debole all'aumentare dell'energia della particella. Durante un periodo di energia molto elevata, denominato energia di grande unificazione, la forza elettromagnetica diventa più forte e la forza nucleare debole diventa più debole, mentre la forza nucleare forte diventa più debole. In quel momento, tutte e tre le forze raggiungono la stessa forza e si fondono insieme per formare varie sfaccettature di un'unica forza: una forza che potrebbe aver avuto una parte nella formazione dell'universo, secondo alcune teorie.

Nonostante il fatto che gli scienziati pensino che l'universo sia iniziato con il big bang, non sono chiare le circostanze precise di come ciò sia avvenuto.

 La stragrande maggioranza degli scienziati pensa che il tempo sia iniziato con il big bang, l'istante in cui l'universo è passato da uno stato infinitamente denso a un'entità in rapida espansione che è ancora in espansione oggi.... Sebbene una varietà di ipotesi sono stati suggeriti per spiegare come potrebbe essersi verificata un'espansione così massiccia dell'universo, gli scienziati sono ancora incerti su come sia avvenuto il big bang. Il modello hot big bang dell'origine dell'universo è l'ipotesi più generalmente accettata sull'origine dell'universo. Secondo questa ipotesi, il cosmo è iniziato con una dimensione pari a zero ed era infinitamente caldo e denso per cominciare. Durante il grande scoppio, si espanse e, man mano che cresceva, la temperatura dell'universo diminuiva mentre il calore veniva disperso in tutto l'universo. La maggior parte dei componenti che esistono oggi nell'universo si sono formati nelle prime ore dell'espansione cosmica.

A causa della gravità, mentre l'universo continuava ad espandersi, aree più dense di materia in espansione iniziarono a ruotare, dando luogo alla formazione di galassie. Nubi di idrogeno ed elio si sono compressi all'interno di queste galassie appena formate, causando l'espansione dell'universo. I loro atomi che si scontrano hanno innescato eventi di fusione nucleare, che hanno portato alla formazione di stelle. Negli anni successivi, quando queste stelle perirono e implosero, innescarono massicce esplosioni stellari che espellerono ancora più elementi nel cosmo. Di conseguenza, nuove stelle e pianeti si sono formati dalle materie prime fornite dal Big Bang. Nonostante questo sia il modello ampiamente riconosciuto del big bang e dell'inizio dei tempi, non è l'unico.

Il modello inflazionistico è un'altra opzione da considerare In questo scenario si propone che l'energia del cosmo primordiale fosse così tremendamente grande che le forze della forza nucleare forte, della forza nucleare debole e della forza elettromagnetica erano tutti della stessa intensità. Man mano che il cosmo cresceva di dimensioni, tuttavia, le tre forze iniziarono a variare significativamente nelle loro intensità relative. Un'enorme quantità di energia è stata rilasciata come risultato della separazione delle forze. Ne sarebbe derivato un effetto antigravitazionale, costringendo il cosmo ad espandersi rapidamente e a un ritmo sempre crescente.

La relatività generale e la fisica quantistica non sono state in grado di conciliare i fisici.

 Lo sviluppo di due idee principali è il risultato della ricerca degli scienziati di comprendere e spiegare meglio il cosmo. Un concetto fondamentale in fisica è la relatività generale, che si occupa di un fenomeno molto grande nell'universo: la gravità. Uno dei rami più affascinanti della scienza è la fisica quantistica, che si occupa di alcune delle cose più piccole dell'universo conosciute dall'uomo: particelle subatomiche più piccole degli atomi. Sebbene entrambe le teorie offrano preziose intuizioni, esistono discrepanze significative tra ciò che è previsto dalle equazioni della fisica quantistica e ciò che è previsto e visto dalla relatività generale, nonostante il fatto che entrambe le teorie siano corrette. Ciò implica che, in questo momento, non c'è modo di combinarli tutti in un'unica teoria unificata completa di tutto.

C'è un problema con la combinazione delle due teorie poiché molte delle equazioni utilizzate nella fisica quantistica risultano in valori infiniti apparentemente impossibili, il che rende difficile combinare le due teorie. Si consideri il fatto che le equazioni dello spazio-tempo predicono che la curva dello spazio-tempo è infinita, il che è stato dimostrato essere errato dalle osservazioni. Gli scienziati stanno tentando di aggiungere altri infiniti all'equazione per cancellare questi infiniti. È un peccato che ciò limiti l'accuratezza con cui gli scienziati possono prevedere il futuro. Ne consegue che, anziché utilizzare le equazioni della fisica quantistica per prevedere gli eventi, è necessario includere gli eventi stessi e modificare le equazioni per adattarli! In un secondo problema correlato, la teoria quantistica propone che tutto lo spazio vuoto nel cosmo sia costituito da coppie virtuali di particelle e antiparticelle, il che è incompatibile con la realtà.

La presenza di questi accoppiamenti virtuali, d'altra parte, crea problemi per la teoria della relatività generale. Ciò è dovuto al fatto che il cosmo ha una quantità illimitata di spazio vuoto e quindi l'energia di questi accoppiamenti dovrebbe avere una quantità infinita di energia. Questo è problematico poiché la famosa equazione di Einstein E=mc2 implica che la massa di un oggetto è uguale alla sua energia, il che è un presupposto falso. Di conseguenza, l'energia illimitata di queste particelle virtuali implicherebbe che anch'esse possederebbero una massa infinita. Se ci fosse una massa illimitata, l'intero universo collasserebbe sotto la forte attrazione gravitazionale del sole, dando luogo alla formazione di un unico buco nero.

Riepilogo alla fine

Molte persone sono scoraggiate dalla fisica perché la vedono come un regno inaccessibile di lunghe equazioni e idee complicate. Questo è il messaggio principale trasmesso da queste note: questo è vero in una certa misura, ma non del tutto. Tuttavia, la complessità della fisica non dovrebbe dissuadere quelli di noi che non sono specialisti dal capire come e perché funziona l'universo. Esistono molte regole e regolamenti per aiutarci nella nostra ricerca per comprendere i misteri del nostro mondo e il nostro posto al suo interno. Regole e regole comprensibili alla maggior parte di noi. E, una volta compreso il loro significato, possiamo cominciare a vedere il mondo in un modo diverso.

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Scritto da BrookPad Team basato su A Brief History of Time di Stephen Hawking



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