OGNI LOCALITÀ DELLO SPAZIO IN
ESPANSIONE, E’ IL SISTEMA DI RIFERIMENTO PRIVILEGIATO PER L'EVENTUALE OGGETTO
CHE VI STESSE TRANSITANDO
1. INTRODUZIONE
Con il presente articolo mi propongo di far rilevare che la teoria della Relatività Ristretta (RR) di Einstein è una teoria “tolemaica” e quindi non è aderente alla realtà, in quanto prevede che ogni Sistema di Riferimento (SR) consideri se stesso come il centro dell’Universo relativamente al quale gli altri SR sono in moto, e che la velocità della luce sia isotropa nei suoi confronti. Il che, oltre che far apparire le velocità della luce rispetto ai vari SR, incompatibili tra di esse, fa risultare più elevate le velocità di recessione dei vari oggetti celesti dalla Terra (1), facendo risultare più elevate anche le dimensioni dell’Universo e costringendo a giustificare la minor luminosità apparente degli oggetti celesti molto lontani, rispetto a quella attesa, con una sua velocità di espansione prima in decelerazione e poi in accelerazione (2).
Inoltre mi propongo di presentare una teoria della relatività alternativa, che ho denominato come “copernicana”, e quindi più aderente alla realtà, in quanto prevede che lo spazio in espansione sia il SR privilegiato e, quindi, il solo nel quale la velocità della luce sia realmente isotropa. Il che fa risultare meno elevata la velocità di recessione dei vari oggetti celesti dalla Terra, facendo apparire meno elevate anche le dimensioni dell’Universo. Inoltre la luminosità apparente degli oggetti celesti molto lontani, risulta compatibile con una velocità di espansione dell’Universo sempre in decelerazione (2).
2. DIMOSTRAZIONE CHE LA RELATIVITÀ RISTRETTA NON È ADERENTE ALLA REALTÀ
L'esperimento di Michelson e Morley (MM) del 1887,
avrebbe dovuto rilevare il cosiddetto vento d'etere, che sarebbe dovuto al moto
della Terra rispetto all'etere. E cioè al mezzo nel quale si manifesterebbe la
luce, e quindi il solo rispetto al quale la sua velocità sarebbe isotropa.
Per questa ragione l’etere sarebbe stato considerato come il SR privilegiato.
Ma l'esperimento rilevò che la velocità della luce risultava isotropa e, quindi,
non rilevò alcun vento d'etere (3).
Per giustificare questo risultato negativo, Lorentz ipotizzò che tutti gli
oggetti che si muovono nell’etere, subiscano un rallentamento del tempo ed una
contrazione della lunghezza nella direzione del moto, in funzione della loro
velocità rispetto all’etere, facendo così risultare la velocità della luce come
isotropa, anche se in realtà non lo è (4).
Per approfondire questo esperimento
cliccare qui.
Però nel 1905 intervenne Einstein, che non accettò la giustificazione di
Lorentz, "cancellò" la necessità dell'etere e formulò la teoria della RR, nella
quale ipotizzò che le onde luminose si propaghino nel vuoto e che la loro
velocità sia isotropa in tutti i SR.
Che sono ipotesi non realistiche, soprattutto perché le onde hanno bisogno di un
mezzo per manifestarsi, per cui la loro velocità può essere isotropa solo
rispetto a detto mezzo, come è la velocità del suono rispetto all’aria.
Lo stesso Einstein, nel 1920, modificò le sue convinzioni su questa ipotesi,
scrivendo che si può accettare “l’introduzione di un mezzo che riempie lo spazio
ed assumere che i campi elettromagnetici siano i suoi stati” (5), ma
senza giustificare come sia possibile che quel mezzo non sia considerato come il
SR privilegiato, e cioè il solo rispetto al quale la velocità della luce sia
realmente isotropa.
Comunque Einstein affermò che l’isotropia della velocità della luce in ogni SR,
“non è nella realtà né una supposizione né un'ipotesi circa la natura fisica
della luce, bensì una convenzione che io posso fare a mio arbitrio al fine di
giungere a una definizione di simultaneità" (6).
Quindi Einstein ipotizzò che la velocità della luce sia isotropa in tutti i SR,
non perché effettivamente lo sia, ma per convenzione.
Nonostante questa precisazione di Einstein, la RR è stata accettata come
conforme alla realtà dalla Comunità Scientifica (CS), probabilmente soprattutto
per la sua compatibilità con la Relatività Generale (RG), la quale ha fornito
una legge sulla gravità più aderente con le osservazioni rispetto a quella
fornita da Newton.
Però questa ipotesi comporta una visione piuttosto “tolemaica” dell’Universo, e
quindi non realistica, in quanto ogni SR considera se stesso fermo e tutti gli altri SR in moto
rispetto a se stesso e, quindi, si considera come al centro dell’Universo.
Il che comporta che il calcolo della velocità di allontanamento basata sul
redshift cosmologico, venga effettuato in base alle formule relative
all’emittente in moto ed al ricevente (osservatore) fermo, anziché a quelle
relative all’emittente fermo e al ricevente in moto. In questo modo risulta che
la velocità di allontanamento degli oggetti celesti lontani, arriva ad essere
superluminale, cosa che per la RR è impossibile.
Per giustificare questo risultato, la CS ha considerato che tale redshift sia
dovuto all’espansione dello spazio e non alla velocità di allontanamento
dell’emittente.
Però qualche anno fa gli astronomi sono riusciti a
misurare la luminosità apparente di oggetti celesti con un elevato redshift
(supernove di tipo IA), ma l’hanno trovata inferiore a quella ottenuta tramite
la loro formula per il calcolo della luminosità apparente, la quale si basa
anche sul valore del redshift cosmologico (ma esso - non sono ancora riuscito a
sapere il perché - viene elevato al quadrato e non al cubo, come dovrebbe essere
per un’espansione volumetrica) (2).
Per giustificare questo fatto, hanno supposto che l’espansione dell’Universo sia
stata in decelerazione fino a 5 miliardi di anni fa, e in seguito in accelerazione, in base a delle considerazioni che, almeno per me, sono
incomprensibili (10).
In conclusione, considerando come reale la convenzione sulla quale si basa la RR, si è arrivati ad un modello di Universo almeno con qualche problema di compatibilità con le osservazioni.
3. RELATIVITÀ COPERNICANA (RC)
3.1 Esposizione
Una visione più copernicana e quindi più aderente alla
realtà, a mio parere, è quella che prevede che la velocità della luce sia
isotropa solo nei confronti del mezzo tramite il quale essa si manifesta, che
consiste nell’unica sostanza che compone l’Universo e che corrisponde a ciò che
viene denominato come spazio.
In questo articolo ho denominato il mezzo nel quale si manifesta la luce, come
“spazio”, ma avrei potuto denominarlo anche come “etere” o, ancora meglio, come
“apeiron”, che è il termine col quale, circa 26 secoli fa, il filosofo greco
Anassimandro ha denominato la sostanza primordiale.
Anche due fisici importanti, quali Werner Heisenberg e Max Born, hanno
ipotizzato che l’Universo sia composto da un’unica sostanza nella quale si
manifesterebbe sia la luce che qualunque altra particella elementare, come
risulta da quanto esposto su wikipedia:
“Werner Heisenberg, noto per la creazione della meccanica quantistica, è
arrivato a pensare che le particelle elementari sono da considerare come
differenti manifestazioni, differenti stati quantici, di una stessa “sostanza
primordiale”. Per la similarità con la sostanza primordiale ipotizzata da
Anassimandro, il suo collega Max Born ha denominato questa sostanza come
“apeiron””.
Si tratta quindi di una teoria che non si basa sulla
sopra citata irrealistica convenzione “tolemaica” della RR, ma su una
convenzione realistica per la quale il luogo dello spazio in espansione nel
quale sta transitando un oggetto celeste, viene considerato come il suo SR
privilegiato e cioè quello nel quale la velocità della luce è veramente
isotropa.
Pertanto per calcolare la velocità di recessione in base al redshift
cosmologico, si possono usare le formule dell’effetto Doppler relative
all’emittente fermo e al ricevente in moto, con le quali le velocità di
recessione risultano più ridotte e non raggiungono mai la velocità della luce (1).
Per cui non è più necessario considerare il redshift cosmologico come dovuto
direttamente all’espansione dell’Universo, ma si può considerarlo dovuto alla
velocità di recessione del luogo dove vengono ricevuti i fotoni rispetto a
quello dove sono stati emessi. Così anche le dimensioni dell’Universo risultano
più ridotte.
Inoltre la luminosità apparente degli oggetti celesti molto lontani, applicando
una formula dove il fattore di espansione dell’Universo viene correttamente
elevato al cubo (2), risulta compatibile con una sua velocità di
espansione, sempre in decelerazione.
Detta teoria è compatibile con la Teoria dell’etere di Lorentz (TEL) e, quindi,
anche con le sue giustificazioni sui risultati dei vari esperimenti sulla
velocità della luce, compreso quello di MM.
Inoltre da essa si possono derivare ulteriori ipotesi sui vari fenomeni
dell'Universo (comprese una spiegazione della gravità compatibile con quella
della Relatività Generale e due tabelle di simulazione che evidenziano le
velocità di recessione e le dimensioni dell'Universo osservabile), che sono più compatibili con le osservazioni e,
quindi, apre una strada a mio parere migliore di quella attualmente percorsa dalla Comunità
Scientifica (CS),
verso la verità sul funzionamento dell’Universo (vedi P.S. alla fine
dell'articolo).
3.2 Identificazione del SR privilegiato
Dalle osservazioni risulta che lo spazio, che considero
come la "sostanza" nella quale si manifestano sia i fotoni che la materia, si
stia espandendo in tutto l’Universo.
In base alla teoria del Big Bang, circa 379.000 anni dopo l’inizio della sua
espansione, l’Universo è diventato trasparente alla radiazione, per cui
un’enorme quantità di fotoni ha iniziato a propagarsi liberamente (7,8).
Per cui a differenza degli altri fotoni, che vengono emessi da oggetti celesti
in moto rispetto allo spazio, è come se fossero emessi dallo spazio stesso, per
cui sono gli unici fotoni la cui frequenza risulta pressoché isotropa nei
confronti dello spazio.
Essi sono partiti da località diverse dell'Universo ed hanno viaggiato in
direzioni casuali, per cui una parte di essi ha viaggiato in direzione della
Terra.
Da allora tali fotoni, che vengono denominati come radiazione cosmica di fondo
(abbreviata in CMBR, dall'inglese Cosmic Microwave Background Radiation), hanno
continuato ad arrivare sulla Terra, a cominciare da quelli partiti dalle
località più vicine e poi via via, da quelle sempre più lontane.
A causa dell'espansione dello spazio ed al conseguente aumento della velocità
della Terra rispetto ai luoghi di partenza dei fotoni, la loro lunghezza d’onda
risulta notevolmente aumentata, e quindi la loro frequenza risulta diminuita,
fino al valore attualmente rilevato di circa 1.100 volte, che è lo stesso per
tutti i fotoni, salvo alcune lievissime anisotropie dell'ordine di una parte su
100.000 (7).
Oltre a dette anisotropie, che sono di natura intrinseca alla CMBR, è stata
rilevata una particolare anisotropia di ben maggiore ampiezza rispetto alle
altre (di circa una parte su 1.000), che dipende dalla direzione di provenienza
della CMBR e che risulta dovuta al moto della Terra (di circa 370 km/s) rispetto
ad una determinata località nella quale detta anisotropia non verrebbe rilevata,
e che viene denominata “anisotropia di dipolo” (9).
Per cui in tale località risulterebbe che la frequenza della CMBR sarebbe
isotropa (senza tener conto delle sopra citate lievissime anisotropie) o, più
precisamente, che non sarebbe influenzata dall'anisotropia di dipolo. Come è
prevedibile dal fatto che detti fotoni è come se fossero emessi dallo spazio
stesso, come ho dimostrato sopra. Ma anche
la sua velocità è isotropa, perché tale località fa parte dello spazio e,
quindi, del mezzo tramite il quale i fotoni si manifestano.
Quindi in detta località sia la velocità che la frequenza della CMBR (senza
tener conto delle sopra citate lievisime anisotropie), risulterebbero isotrope,
com’è corretto che debba essere e come verrà dimostrato anche nel prossimo
paragrafo.
Detta località non può che essere quella dove la frequenza
della CMBR viene misurata, e cioè quella dove la Terra sta transitando nel
momento della misura.
La velocità dei fotoni non può essere isotropa neanche rispetto a
località diverse da quella che i fotoni stanno percorrendo, perché a causa
dell’espansione dello spazio, le altre località si stanno allontanando da detta
località e, quindi, risultano in moto rispetto ad essa (questo ragionamento
verrà approfondito nel prossimo paragrafo).
Pertanto, per quanto riguarda la Terra, la velocità dei fotoni è isotropa solo
nei confronti della località dello spazio dove la Terra sta transitando e non
anche nei confronti della Terra. Quindi tale località costituisce il suo SR
privilegiato.
La velocità con la quale la Terra si sta muovendo rispetto al suo SR
privilegiato, viene determinata dal valore dell’anisotropia di dipolo.
Naturalmente ogni oggetto celeste avrà il suo SR privilegiato, che corrisponde
alla località dello spazio nella quale esso sta transitando.
3.3 Esposizione del modello di Universo tramite esempi mentali
Si immagini l’Universo in espansione come una grande
sfera di gomma che si stia gonfiando continuamente e sulla cui superficie siano
segnati moltissimi punti (raffigurano le località dello spazio).
Si immaginino poi i fotoni della CMBR come degli insiemi di automobiline che si
muovano sulla sua superficie a velocità costante, poniamo di 1 m/s.
Si noti che se la velocità di un’automobilina è di 1 m/s rispetto al punto in
cui sta transitando, non può essere di 1 m/s anche nei confronti degli altri
punti, in quanto essi, a causa dell’espansione della superficie della sfera, si
stanno allontanando da tale punto. Quindi per determinare la sua velocità
rispetto ad uno degli altri punti, bisognerà addizionare o sottrarre da 1 m/s,
la velocità di allontanamento del punto interessato, in funzione della direzione
del moto dell’automobilina rispetto a tale punto. Di conseguenza, rispetto a
tale punto, le automobiline che vanno in direzione contraria a quella di
allontanamento del punto, hanno una velocità superiore ad 1 m/s, e quelle che
vanno nella stessa direzione del punto, hanno una velocità inferiore ad 1 m/s.
Quindi la velocità delle automobiline che transitano in un determinato punto,
non è isotropa rispetto ad un altro punto. Per il quale, naturalmente, è
isotropa la velocità delle automobiline che transitano in esso.
Si immagini poi un SR come un camioncino che si muova sulla superficie della
sfera, ma ad una velocità inferiore ad 1 m/s, e poniamo che riesca a misurare la
sua velocità nei confronti delle automobiline. Allora rileverebbe che esse gli
si avvicinano a velocità diverse a seconda della direzione, e con adeguati
calcoli potrebbe determinare la sua velocità rispetto al punto che sta
percorrendo.
Per esempio se misurasse la velocità di due sole automobiline provenienti da
direzioni opposte e questa fosse rispettivamente di 0,9 e 1,1 m/s, la differenza
sarebbe di 0,2 m/s e la sua velocità rispetto a tale punto, risulterebbe della
metà, e cioè di 0,1 m/s.
Ma se il camioncino rilevasse la velocità di 1 m/s per tutte e due le
automobiline (il che raffigurerebbe l'esperimento di MM), significherebbe che
non ha gli strumenti adeguati per rilevare l’esatta velocità e non che le
automobiline gli vengano incontro realmente a 1 m/s, in quanto ciò sarebbe
impossibile.
Poniamo che in uno dei punti segnati sulla sfera,
transitino due colonne di automobiline, provenienti da direzioni opposte e
distanziate di 0,1 metri l’una dall’altra.
Un osservatore posizionato in tale punto, in un secondo conterebbe 10
automobiline provenire da una direzione e 10 dall’altra, e misurerebbe una
velocità di 1 m/s per ciascuna di esse.
Pertanto sia la frequenza di automobiline che la loro velocità, gli
risulterebbero isotrope.
Ora ponendo che il camioncino si muova sempre alla velocità di 0,1 m/s verso una
delle due direzioni, in un secondo conterebbe 11 automobiline provenire dalla
direzione verso la quale si sta muovendo e 9 automobiline dalla direzione
contraria. Quindi rileverebbe una differenza di 2 automobiline tra le due
direzioni di provenienza (la differenza raffigura l'anisotropia di dipolo della
CMBR). E se misurasse correttamente la velocità delle automobiline rispetto a sé
stesso, troverebbe che quelle provenienti dalla direzione frontale, avrebbero
una velocità di 1,1 m/s, mentre quelle provenienti da dietro, avrebbero una
velocità di 0,9 m/s.
Pertanto sia la frequenza che la velocità delle automobiline, dipenderebbero
dalla direzione di provenienza e, quindi, gli risulterebbero anisotrope.
Ma se misurasse la loro velocità isotropa (1 m/s) e la frequenza anisotropa (11
e 9), significherebbe che una delle due misure non sarebbe corretta, e cioè
quella della velocità, come risulta dall’esempio precedente.
In conclusione risulta che la velocità delle automobiline è realmente isotropa
solo nei confronti del punto che stanno percorrendo, il quale, pertanto,
costituisce il SR privilegiato per il camioncino.
Per completezza vorrei aggiungere che, naturalmente, ogni punto nel quale il
camioncino transiterà durante il suo viaggio, nel momento del transito
costituirà il suo SR privilegiato, ma non lo sarà più una volta superato.
4. SVILUPPI
4.1 Tempo e lunghezza
Dalle dimostrazioni sopra esposte si possono dedurre le leggi fisiche che seguono.
Ogni località dello spazio ha un proprio tempo, che qui
denomino come tempo locale.
In un eventuale oggetto che transiti nella località, il tempo corrisponde al
tempo locale dilatato in funzione della sua velocità rispetto alla località
stessa, e si ottiene applicando la formula di Lorentz sulla dilatazione del
tempo.
Di conseguenza conoscendo il tempo nell’oggetto, è possibile ottenere il tempo
locale, applicando la formula di Lorentz inversa sulla dilatazione del tempo.
Un ipotetico oggetto a riposo rispetto ad una località
dello spazio, assume la lunghezza massima.
Un oggetto che transiti nella località, subisce una contrazione nella direzione
del suo moto, in funzione della sua velocità rispetto alla località stessa. La
lunghezza contratta si ottiene applicando la formula di Lorentz sulla
contrazione delle lunghezze.
Di conseguenza, conoscendo la lunghezza contratta, è possibile ottenere la
lunghezza massima, applicando la formula di Lorentz inversa sulla contrazione
delle lunghezze.
Lo strumento per misurare la velocità dell'oggetto rispetto alla località dove esso sta transitando, è costituito dall'anisotropia di dipolo della CMBR.
Le formule si possono trovare cliccando qui.
4.2 Differenze con la Relatività Ristretta
Nei confronti della RR, ci sono le differenze che
seguono.
Per la RC la velocità dei fotoni è isotropa solo rispetto alla località dello
spazio che stanno percorrendo.
Per la RR essa è isotropa anche rispetto agli oggetti celesti che vi stanno
transitando.
Per la RC ogni oggetto assume una conformazione in funzione della sua velocità
nei confronti della località dello spazio nella quale sta transitando, nel senso
che la sua lunghezza si contrae ed il suo tempo si dilata.
Per la RR ogni oggetto osserva gli altri oggetti che si contraggono ed il loro
tempo che si dilata, in funzione della loro velocità rispetto a se stesso.
5. CONCLUSIONI
La velocità della luce rispetto alla Terra, non può
essere isotropa per i motivi che seguono.
1. Da quanto risulta dalle spiegazioni tramite esempi mentali, affinché la
velocità dei fotoni della CMBR, possa essere veramente isotropa, è necessario
che anche la loro frequenza ondulatoria risulti isotropa, quindi dato che sulla
Terra tale frequenza non risulta isotropa, ma dipende dalla direzione di
provenienza, significa che neanche la loro velocità possa essere isotropa, ma
che dipenda dalla direzione di provenienza.
2. Da quanto risulta dal paragrafo sulla identificazione del SR privilegiato,
nella località dello spazio percorsa dalla Terra, sia la velocità che la
frequenza della CMBR, sono isotrope. Il che significa che la loro velocità è
realmente isotropa, per cui non può essere realmente isotropa anche rispetto
alla Terra, dato che essa vi transita alla velocità di circa 370 km/s.
Naturalmente se la velocità dei fotoni della CMBR non è isotropa, neanche la
velocità degli altri fotoni può essere isotropa.
Quindi se nella Terra la velocità dei fotoni risulta ugualmente isotropa, come
nell’esperimento di MM, significa solo che nella Terra gli strumenti non sono in
grado di misurarla correttamente e non che essa sia realmente isotropa.
Pertanto la velocità dei fotoni è isotropa solo rispetto alle località dello
spazio da essi via via percorse, che quindi possono essere definite come i SR
privilegiati per gli eventuali oggetti che vi transitassero.
Da queste dimostrazioni si ricava una teoria per la quale
per ogni oggetto ed in ogni momento, esiste un SR privilegiato, che consiste
nella località dello spazio dove esso sta transitando, rispetto al quale:
- la velocità dei fotoni è realmente isotropa;
- l’oggetto può misurare la sua velocità;
- l’oggetto si contrae in funzione della sua velocità;
- il tempo nell’oggetto si dilata in funzione della sua velocità.
Lo strumento per misurare detta velocità, è l’anisotropia di dipolo della CMBR.
P.S.
Chi volesse leggere anche alcune altre mie ipotesi basate sulla presente
teoria e/o le osservazioni a suo favore citate nei paragrafi 2 e 3, ho
pubblicato un articolo dal titolo "Un'altra
strada verso la verità sul funzionamento dell'Universo".
RIFERIMENTI
1. “Un’altra strada verso la verità sul
funzionamento dell’Universo”, paragrafo 3.2;
2. “Un’altra strada verso la verità sul funzionamento dell’Universo”,
paragrafo 3.3;
3. Max Born – “La sintesi einsteiniana” – Capitolo 5, paragrafo 14 -
“L’esperimento di Michelson e Morley”. 1973; 257-262.
4. Max Born – La sintesi einsteiniana – Chapter 5, paragrafo 15 –
“L’ipotesi della contrazione”. 1973; 262-269.
5. Albert Einstein – Morgan manuscript – paragrafo 13 – 1920;6.
Albert Einstein – Relatività: Esposizione divulgativa – Chapter 1, paragraph 8 –
“Sul concetto di tempo nella fisica”. 1996; 58-61;
7. Wikipedia, edizione italiana – Radiazione di fondo – Caratteristiche;
8. Amedeo Balbi – La musica del Big Bang – Chapter 2, Paragraph “Il lungo
addio”. 2007; 54-60;
9. Amedeo Balbi – La musica del Big Bang – Chapter 3, Paragraph “I
giganti del cosmo”. 2007, 80-85;
10. “Un’altra strada verso la verità sul funzionamento dell’Universo”,
paragrafo 3.5;
P.S.
Per chi volesse leggere anche alcune altre mie ipotesi basate sulla presente teoria, ho pubblicato una
relazione dal titolo "Un'altra
strada verso la verità sul funzionamento dell'Universo".
Dino Bruniera
E-mail: dino.bruniera@gmail.com