Il Soffio

di Dio

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Indice

Prefazione al libro...........................................................................................pag 3

Nascita dell'Universo......................................................................................pag 4

La genesi delle galassie.................................................................................pag 10

La Massa Mancante.......................................................................................pag 15

La Morte dell'Universo....................................................................................pag 24

Ringraziamenti................................................................................................pag 30

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IL SOFFIO DI DIO

Pensiero di un astronomo dilettante sulla creazione, evoluzione e fine dell'Universo

...PrefazioneQuesto testo contiene un mio personale modello sulla creazione dell'Universo congetturato daragazzo nonostante tutto questo lavoro mi costo 4 anni di ricerche iniziate nel Gennaio del 1986 eterminate nel Gennaio del 1990.

Esso è composto da quattro possibili ipotesi che spaziano dalla nascita (o rinascita) dell'Universo,la sua evoluzione attraverso lo sviluppo delle galassie e lo studio della loro morfologia, il misterodella massa mancante e dei suoi possibili componenti, ed infine la possibilità di una finedell'Universo stesso. Questa mia personale teoria sull�Universo, prese forma nel lontano 1986iniziò quando cercai di approfondire alcuni studi su l'evoluzione delle galassie e su le loro varieforme, ero curioso di capire come agglomerati di materia, potessero evolversi e assumeremorfologie cosi diverse e affascinanti come quelle a spirale, iniziai quindi i miei studi, leggendotutto ciò che riguardava questi oggetti prendendo appunti e relazionando ciò che scrivevo;nasceva così, poco a poco l'ipotesi sulla loro genesi.

Allora ero solo un sedicenne appassionato di astronomia e fisica, che occupava il suo tempolibero dopo il lavoro, allo studio e alla conteplazione del cielo. Benche non avendo le corretteconoscenze matematiche e sapendo che per formulare una teoria con basi solide questa era piùche indispensabile, cercai di trovare e per quanto potevo studiare la matematica che serviva peravere una teoria almeno con basi pressoche scientifiche.

Mi accorsi comunque che non era cosi facile come pensavo e forse era meglio trattare la cosa alivello filosofico.

Quando terminai gli studi sulla morfologia delle galassie, il mio interesse si rivolse verso ilproblema della massa mancante dell'universo, durante le stesura di questa ipotesi, mi accorsi cheessa apriva le porte ad un�altra ipotesi, ovvero la possibile fine del tutto. Gli studi sulla possibilemorte dell'Universo, evidenziarono una fine alquanto diversa a cio che riportavano i testiscientifici, indicando comunque una sorte di morte termica, ma anche, la possibilità di unUniverso ciclico. Questa fu la parola magica che mi fece perdere molte volte il sonno dandospunto e una domanda, ma com'è che l'universo nacque che cosa c`era prima?

Visto che la terza ipotesi parlava di un futuro collasso dell'universo, iniziai ad indirizzare le mieattenzioni sui buchi neri e le loro dinamica, trovando poi lo spunto per iniziare a scrivere la miaquarta e ultima ipotesi che tratta la nascita o rinascita dello stesso Universo.

Questo mio testo non vuole avere la presunzione di entrare a far parte di molte teorie esposte daillustri scienziati, ma vuole dimostrare che ancor oggi esiste la possibilità di mostrare il proprio

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pensiero senza inconvenevoli culturali. Poiché esso manca di una parte molto forte efondamentale in questo ramo, il linguaggio matematico, che io purtroppo non possiedo, esso èstato concepito come autosufficiente, e ci sono inevitabilmente ripetizioni. Ho cercato di ridurle,ma, alcune rimangono.

Quando scrivevo queste mie ipotesi avevo la sensazione di vedere gli eventi di quello chescrivevo, penso che questo accada a tutti quelle persone che cercano di capire cio che ci circonda,probabilmente capitò anche ad Einstein, prima della stesura della sua relatività ristretta,probabilemte immaginò come fosse il mondo che lo circondava cavalcando un raggio di luce,grazie alla sua prolifera immaginazione, Einstein rivoluzionò il modo scientifico di pensare.

...Nascita dell'UniversoAlcune ricerche, mi hanno portato a creare un modello che spieghi il probabilmente sviluppodell'Universo che vediamo oggi.

Sembrerebbe che l'universo sia nato e/o rinascerà dall'atto finale di un buco nero immenso, doveciò che viene chiamata singolarità (chiusura dello spazio tempo) avrà energia e massa infinita.

Ora il nostro Universo è in una fase espansiva che è in costante aumento, ma la sua sortesembrerebbe segnata da alcuni fattori fisici che l'Universo ha trovato durante la sua contrazione,come spiega appunto, l'ipotesi "morte dell'universo". Dopo la morte delle galassie con laformazione di buchi neri galattici supermassicci, a causa della gravità e d'altri fattori come, ildecadimento della materia oscura, lo spazio, inizierà le sua contrazione, che all'inizio sarà debolee poi sempre più veloce.

I buchi neri galattici inizieranno a fondersi l'uno contro l'altro e cosi facendo aumenteranno ledimensioni del buco da loro stesse generato, dando origine ad un pre-universo, in pratica ad unbuco nero d'enormi proporzioni e sempre più massiccio, rilasciando energia che insieme allacontrazione dell'universo e al decadimento della materia oscura, contribuirà a far aumentare latemperatura che a quell'epoca sarà già alta, dando origine a particelle come protoni e altre, che aloro volta saranno assorbite dai buchi neri galattici.

Dopo che tutti buchi neri si saranno fusi in un unico e imponente buco nero universale, e dopouno stato di tranquillità con una durata di tempo che dipende della massa del buco nero stesso;non disponendo di nulla per potersi nutrire, inizierà l'evaporazione per effetti termodinamiciproposti dalle equazioni della radiazione di Hawking. (Origine dell'universo)

Secondo le idee fondamentali della teoria quantistica dei campi, questo processo avvienecontinuamente, la relazione d'indeterminazione fa si che per tempi molto brevi si possa ottenereenergia sufficiente per creare una coppia di particelle, una delle quali è l'antiparticella dell'altra.

l'immagine rappresenta la fusione di due buchi neri in un unico buco nero (immagine tratta dal libro "dal Big Bang ai Buchi Neri" di StephenHawking)

In condizioni normali le due particelle andrebbero ad annichilarsi immediatamente, ma questoavviene in prossimità di un buco nero una particella, attraversando il raggio di Schwarzchild,

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potrebbe cadere entro la singolarità in tempo per sfuggire all'annichilazione, la sua particella disegno opposto diverrà cosi, una particella reale che sarà emessa dal buco nero. L'energianecessaria alle sua creazione è fornita sia dal buco nero, che dall'aumento della temperatura,l'estrazione di tal energia porta ad una riduzione della massa e delle dimensioni del buco nerouniversale, ciò significa che il pre universo ha iniziato ad evaporare; l' universo come noi loconosciamo sta per essere partorito.

Queste nascite di particelle, vanno ad unirsi alle particelle già esistenti formatesi con idecadimenti delle particelle elementari.

L'immagine mostra la formazione di antiparticelle nelle prossimità di un buco nero (immagina tratta dal libro "dal Big Bang aiBuchi Neri" di Stephen Hawking)

Più l'universo si contrae e diviene piccolo, più il suo calore aumenta e le particelle barionichetendono a disunirsi.

La contrazione avviene per due fattori:

il primo è che in una certa epoca l'universo riuscirà ad avere una densità tale, per arrestarel'espansione e ad iniziare la contrazione, perché più esso invecchia più ci sono particelle semprepiù pesanti che fanno aumentare il valore di: V (come dice l'ipotesi sulla masse mancante).

Il secondo motivo è che la morte delle galassie viene in aiuto a quella delle particelle, perchémorendo esse vanno a creare enormi buchi neri con massa maggiore, in proporzione a quellad'origine.

Il collasso dell'universo ha dato origine al pre universo in un buco nero d'immani proporzioni

L'ipotesi della nascita dell'universo. mi porta ad ipotizzare l'esistenza di un" falso vuoto", "falsospazio", ma il tempo* rimane reale; queste ipotesi possono spiegare l'origine e l'espansioneinflazionaria dell'universo).

*Le mia definizione di tempo è che esso nacque nell'istante in cui nacque l'universo stesso.

Il tempo in questo caso non cessò di esistere con le morte dell'universo, ma continuò il suo"cammino, esso esistette anche con il pre universo, scandagliando se stesso in modo molto lungo;quando il pre universo evaporò del tutto lasciando la singolarità nuda, il tempo si congelò fino oquando tutto ebbe inizio.

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Nell'illustrazione qui sopra. La densità di energia dell'universo è rappresentata tridimensionalmente in funzione di due campi diHiggs, campi particolari postulati nelle teorie di grande unificazione per spiegare la rottura spontanea della simmetria. Ogni

superficie rappresenta in sezione trasversale una simmetria rotazionale rispetto all'asse verticale, che corrisponde ad uno stato incui tutti e due i campi di Higgs valgono zero. In assenza di eccitazioni termiche questo stato di simmetria integra, chiamato anche"falso vuoto", avrebbe una densità di energia di circa 10^95 erg per centimetro cubo, circa 10^59 volte quella dei nuclei atomici.La simmetria rotazionale si rompe ogni volta che almeno uno dei campi di Higgs assume un valore diverso da zero. la cosa viene

formulata in modo che gli stati di densità più bassa di energia, detti stati di "vero vuoto", siano stati di simmetria spezzata, dispostiin un cerchio sul piano orizzontale in fondo a ciascun grafico. In questa analogia si può seguire l'evoluzione dell'universo

immaginando una palla che rotola sulla superficie. La distanza della palla dall'asse centrale rappresenta la combinazione dei valoridei campi di Higgs e la sua altezza dal piano orizzontale rappresenta la densità di energia dell'universo. Quando i campi di Higgssono entrambi nulli, la palla è in equilibrio sull'asse di simmetria; quando invece i campi di Higgs hanno un valore corrispondentealla minima densità di energia possibile la palla si trova in qualche punto dell'avvallamento che corrisponde agli stati di simmetriaspezzata, cioè il vero vuoto. Nel primo modello inflazionario dell'universo si supponeva che la funzione densità di energia avesse

la forma indicata nel grafico in alto. In tal caso l'episodio inflazionario avrebbe luogo mentre l'universo è nello stato di falso vuoto.Se valessero le leggi della fisica classica, questo stato sarebbe assolutamente stabile, perchè l'energia necessaria per far superare ai

campi di Higgs la barriera energetica che separa i due stati di vuoto non sarebbe disponibile. Secondo le leggi della fisicaquantistica, però, in piccole regioni dello spazio i campi possono attraversare la bariera energetica, formando bolle della fase si

simmetria spezzata, che successivamente comincerebbero a crescere. Nel nuovo modello inflazionario (grafico al centro) labarriera di energia non esiste; lo stato di falso vuoto si trova sulla sommità di un plateau abbastanza piatto. In questa situazione latransizione dal falso vuoto alla fase a simmetria spezzata avviene tramite un meccanismo a rivolgimento lento; i campi di Higgs,

allontanati dal loro valore iniziale nullo da flutuazioni termiche o quantistiche, procedono verso i rispettivi valori di un vero vuotocome una palla che ruotoa giù da un pendio. L'espansione accellerata dell'universo avviene durante le prime fasi del processo,

durante la quali la densità di energia rimane quasi costante. In seguito, un singolo dominio della fase a simmetria spezzatapotrebbe diventare abbastanza grande da contenere l'intero universo osservabile. Raggiunto il fondo dell'avvallamento, i campi diHiggs oscillerebbero intorno al valore minimo di densità di energia, causando un riscaldamento dell'universo. In una variante delnuovo modello inflazionario (in basso) il falso vuoto è circondato da una piccola barriera di energia. Il falso vuoto decade, comenel modello inflazionario originale, per formazione casuale di bolle che nascono quando i campi di Higgs attraversano la barriera

energetica. Dato che in questo caso la barriera è piccola, i campi di Higgs arrivano solo fino al cerchio A. La pendenza in A èpiuttosto scarsa, quindi i campi di Higgs si evolvono verso i valori di vero vuoto molto lentamente. L'espansione accelleratadell'universo continua finchè i campi di Higgs rimangono nei dintorni di A e quindi una bolla isolata ha il tempo di crescere

abbastanza per contenere tutto l'universo osservabile.

Il pre universo in un dato periodo, a causa della sua infinita forza gravitazionale, genera nel vuotovirtuale e nello spazio virtuale, (falso spazio vuoto) che è più freddo del buco nero universale,delle anti particelle.

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Questo stimola l'inizio termodinamico dell'evaporazione, che nel falso spazio vuoto rilasciaenergia. Quest'energia va ad unirsi all'energia del falso vuoto cosi da stimolare il pre universonella sua continua evaporazione. Ammettendo che lo spazio virtuale sia riempito da fluttuazionidel falso vuoto, da parte del campo magnetico del pre universo, esso comporta lo scaturire dalnulla "la produzione di coppie di particelle virtuali nel falso vuoto, d'energia totale DE, le qualipoi Si devono ricombinare per rispettare la conservazione dell'energia entro un tempo,

h/(2p x DE).

In pratica si può pensare ad un falso spazio vuoto che ribolle di particelle fantasma chescaturiscono dal "nulla" in un tempo brevissimo, portando cosi il falso spazio-vuoto ad uno statoenergetico.

Ora si può pensare che esistano delle fluttuazioni.

Una fluttuazione, può generare una coppia virtuale, dove una delle due particelle finisca nelcadere verso il "nulla" prima di ricombinarsi con l'altra, la quale resta libera di propagarsi dandoluogo all'irraggiamento quantistico del pre universo, il "nulla".

Se il quest ultimo può irradiare energia, vuol dire, che è caratterizzato da una temperatura diversadallo zero assoluto, pertanto esso non può essere in equilibrio termodinamico. Tutto ciò porta adelle conseguenze, la più immediata è che il buco nero universale, non potendosi trovare inequilibrio termodinamico, inizierà ad emettere particelle e fotoni, quest'emissione provoca unadiminuzione della massa: l'energia dell'ex particella virtuale, ora divenuta reale si propaga nelfalso vuoto.

Questa particella deve infatti provenire da qualche parte, si dimostra in effetti che esse scaturiscea spese della massa del pre universo.

Le diminuzione della massa comporta la diminuzione del raggio e quindi dell'area del buco nerouniversale.

La diminuzione d'area (entropia), sarà bilanciata dall'aumento d'entropia dell'ambiente circostantedel falso spazio-vuoto.

La diminuzione di massa implica un aumento di fotoni e di temperatura di cui è inversamenteproporzionale alla massa.

Come ho spiegato sopra, più il pre universo perde massa, più diviene caldo, da ricordare che è ilbuco nero (pre universo) a perdere massa, non la singolarità che al contrario rimane infinita intutto e per tutto.

L'evaporazione del buco nero universale quando è innescata tende ad essere molto lenta cosi dapre scaldare il falso spazio-vuoto, via via che il pre universo perde massa e diminuiscono le suedimensioni, lascia spazio al falso spazio vuoto. Più il pre universo diviene piccolo, piùl'irraggiamento quantistico aumenta, fino a giungere ad un punto in cui la singolarità è moltovicina all'orizzonte degli eventi.

Durante questi studi si sono fatte avanti due ipotesi dì come sia nato l'universo che oggiconosciamo.

La prima ipotesi dice che: a forza di perdere massa il pre universo diviene sempre più piccolo maanche molto più energetico, quando raggiunge la fase critica, ovvero raggiunge le dimensionidella proprie singolarità, avviene per un meccanismo ancora non del tutto chiaro, unadeflagrazione in un tremendo impulso d'energia, tanto da far si che tutto ricominci da capo.

La seconda ipotesi dice:

Se pensiamo alla singolarità come uno stato energetico infinito, ottenuto per acquisto di massa edenergia causata dal decadimento di tutte le masse; diventa inevitabile l'emissione spontanea diparticelle dette gravitoni, vengano irradiate in uno stato altamente energetico.

Per comprendere meglio ciò che è stato scritto si provi a pensare che la gravità in uno stato super7 | P a g i n a

energetico detiena tutta la massa e l'energia dell'universo racchiusa su se stesso, ovvero la suacurvatura giunge in uno stato infinito, immaginiamo un punto.

L'evoluzione dell'universo può essere rappresentata da "tubi" di spazio-tempo. Nelle Teorie classiche ogni modello ragionevole diuniverso, quando viene fatto evolvere all'indietro nel tempo, finisce per incontrare una singolarità (a). Nella cosmologia

quantistica lo stato iniziale dell'universo non è necessariamente un punto (b). Secondo alcune ipotesi specifiche, l'universo avrebbeavuto inizio da una "calotta" perfettamente regolare anziche da un punto (c). Questo effetto di regolarizzazione avviene in un

tempo immaginario, sicchè non è in contradizione con i teoremi della singolarità che si riferiscono al tempo reale.Immediatamente dopo l'inizio quantistico, l'universo cominciò a evolvere in modo classico nel tempo reale

Dopo la totale evaporazione del buco nero universale che protegge con le sue virtù, la singolarità,essa diviene nuda. In queste condizioni la singolarità è instabile e da origine ad un esplosioned'energia che non ha paragoni, quest'esplosione si può chiamare" esplosione gravitazionale, omeglio Big Bang, Dopo questa prima esplosione, avviene in un epoca non molto distante dallaprima, una seconda esplosione, come riflesso della prima. Il falso vuoto formatosi dalle particellescaturite dal pre universo, essendo in un alto stato d'energetico, e venendo a contatto con il verovuoto d'altissima energia appena generato, da luogo all'esplosione inflazionaria.

Quest'esplosione inflazionaria, farà assottigliare le onde gravitazionali formate dal Big Bang efarà espandere l'universo in modo rapido in tutte la direzioni, un esempio visivo di questofenomeno può essere osservato facilmente in uno specchio d'acqua. Eseguiamo un piccoloesperimento, immetiamo dell'acqua in un contenitore aperto come una vasca e attendiamo che illiquido disperda la sua forza cinetica in modo da risultare completamente immobile, a questopunto versiamo al suo centro da una certa altezza una goccia d'acqua, cosa noteremo? Vedremo lagoccia increspare l'acqua con delle onde ma noteremo anche che essa, dopo esser entrata incontatto con l'acqua nella vasca innesca una sorta di contraccolpo che genera altre onde cheandranno a sommarsi alle precedenti ormai quasi esauste di energia cinetica, noteremo ch energiariprendera vigore in modo piu veloce rispetto a prima facendo in modo che le onde si propaghinoancora più lontano dal loro centro. Questa e l'inflazione. Oppure possiamo immaginare unpalloncino già gonfio, ma non troppo, se si aggiungesse velocemente altro gas esso siespanderebbe molto più velocemente rispetto a quanto facesse prima.

A causa della sua energia, la gravità era una forza a se. lpotizzando che la singolarità è un microsuper universo, il tempo e lo spazio erano molto diversi dai mezzi omogenei che rifluiscono inmodo continuo nella nostra esperienza. Un esempio è dato che oggi noi vediamo lo spazio tempocome un unica cosa, cioè essi sono strettamente legati uno con l'altro che non ci accorgiamo diquesta distinzione. Ammettiamo ora che in quella situazione particolare di energia infinita, iltempo esisteva ugualmente sotto una certa forma e lo spazio era come un derivato del tempo.Poiché non cera nulla con cui misurare distanze o intervalli di tempo, si potrebbe dire che tuttostava eccadendo simultaneamente e nello stesso luogo: solo le unità di Planck possono descriverequello che stava succedendo.

Ammettiamo che in ogni istante in un punto qualsiasi dello "spazio" potrebbe trasformarsi in unbuco nero microscopico, con una massa data dal valore unitario di Planck per la massa, uguale aquella di un piccolo granello di polvere.

Tale buco nero avrebbe un raggio dato dal valore molto piccolo di

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Planck per la lunghezza, il buco nero non dovrebbe durare allungo, esso evaporerebberapidamente nello "spazio" da cui si era formato e lo farebbe in un tempo di Planck. Ancora piùimportante è la lunghezza o distanza quantica di Planck. Fino a quest'ambito di distanza lo"spazio" era omogeneo e uniforme.

Una terza ipotesi che si è creata, dice che dopo l'evaporazione del buco nero universale cheprotegge la singolarità con le sue virtù, a causa della sua instabilità, essa riesce a generare da sestessa una sua forza opposta, l'anti gravità; è forse questa l'anti gravità che diceva Einstein ?.

Non appena è generata l'anti gravità, avviene una sorta di annichilazione che non è proprio unavera annichilazione ma piuttosto la chiamerei una 'spinta' che la curvatura gravitazionale subiscedalla sua controparte, dando origine cosi al Big Bang.

Un'ultima supposizione deriva dalla teoria dei quanti che suppone l'esistenza di universi paralleliovvero che il nostro non sia il solo universo esistente ma uno dei tanti, il Big Bang sarebbe potutoavvenire in questo modo: Due Universi paralleli, fluttuano uno affianco all`altro, l'innescoavviene quando per puro caso le due fluttuazioni si toccano anche solo in parte "due universicarichi di enegia quantica che si scontrano" e danno origine a due universi gemelli (cosi potrebbeessere nato anche il nostro ma quale sarà il suo gemello). Ma questo porta ancora ad un altro casoe se l'universo fosse apparso veramente dal vuoto più spinto, due pieghe del tempo si avvicinanoa tal punto da permettere la creazione di fluttuazioni di materia che ribolle a velocitàrelattivistiche ed in preve esplode (questo è il principo dell'effeto Casmir).

Il Big Bang ebbe inizio con la creazione simultanea di spazio, tempo e gravità.

La creazione dell'Universo diede origine alle quattro forze fondamentali della natura compresa lagravità. La teoria classica del Big Bang, lascia comunque inspiegate alcune particolarità, inquesta mia ricerca mi è sembrato che alcune delle domande lasciate irrisolte dalla teoria Del BigBang, vengano risolte, di seguito ho inserito alcune risposte trovate da questa mia ipotesi.

Subito dopo il Big Bang e quasi contemporaneamente all'esplosione inflazionaria, nell'universo acausa dell'enorme energie sprigionata dall'esplosione, si formarono particelle di materia e antimateria, con una percentuale di materia superiore alla controparte, ora da dove arriva questapercentuale dì materia in più?.

Ebbene queste materia in esubero arriva dal falso spazio vuoto generata al tempo del preuniverso.

Dopo il periodo in cui materia e antimateria si annichilarono. la percentuale extra che sopravvisseformò il nostro universo di materia visibile e non visibile, detta anche materia oscura.

Un ipotesi su l'eccesso di materia all'inizio dell'universo è descritto anche nella mia ipotesi sullamorte dell'universo.

Durante l'esplosione inflattiva, l`Universo era in rapida espansione e buona parte del plasmainiziava a raffreddarsi in modo molto rapido tanto da non potersi accoppiare in elementi piùcomplessi dando origine alla materia oscura e alla morfologia a bolle dell'universo.

Un altra ipotesi dice che, durante l'esplosione inflativa, si creò un "vento cosmico� che feceraffreddare l'universo molto velocemente, spostando le particelle in modo da non potersi piùaccoppiare e spostando parte di materia non ancora completamente raffreddata in zone periferichedando origine alla materia e alla morfologia a bolle dell'universo.

Il plasma non ancora raffreddato, con il passare del tempo si portò a temperature che permiseroalle particelle di potersi unire per formare gli atomi che oggi conosciamo, dando origine poi allenubi proto galattiche. Con il passare del tempo queste nubi iniziarono a contrarsi sotto l'effettodella gravità per formare stelle, e sempre per effetto gravitazionale queste proto galassie siattrassero l'una verso l'altra.

Queste nubi proto galattiche attraendosi tra loro interagiscono gravitazionalmente provocandoanche forze mareali, assumendo cosi delle morfologie secondo il tipo di interazione avuta, alcune

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diventano spirali, altre spirati barrate, altre ancora trovandosi in interazioni particolari insieme almezzo cosmico divengono galassie ellittiche, alcuni residui di interazioni potrebbero formaregalassie irregolari.

L'interazione tra galassie potrebbe dare inizio anche al moto di rotazione delle stesse.

Le rotazione potrebbe essere causata da un effetto di tipo "idrodinamico".

L'evoluzione di un campo scalare genera molti domini inflazionari, come rivela questa sequenza di immagini generate alcalcolatore. In quasi tutte le regioni dell'universo il campo scalare diminuisce (ed è rappresentato da depressioni e valli); altrove leflutuazioni quantistiche provocano la crescita del campo. In queste regioni rappresentate nell'elaborazione come picchi, l'universo

si espande rapidamente. Noi ci collochiamo in una delle valli, dove lo spazio non è più in inflazione.

Per esempio attorno alla nube galattica, si estende una 'nube' di materia oscura, che a causa delvento cosmico e degli effetti mareali causati dalle interazioni gravitazionali ruota su se stessa,questa sua rotazione fa si che, la proto nube inizi a ruotare su se stessa come se fosse trasportatadalle nube oscura; il suo moto di rotazione non è un moto classico causato dalle leggi di Newton,cioè dove il centro ruota più velocemente della periferia, ma in questo sistema le nube protogalattica ruota in modo che centro e periferie ruotino alle stessa velocità formando con il passaredel tempo le varie morfologie a seconda del luogo di dove si trovano.

Il primo Universo o meglio il principio vero e proprio potrebbe essere nato veramente dal nullacioè da fluttuazioni derivate dal vuoto.

Queste fluttuazioni possono aver avuto origine in zone dì universo molto piccole, probabilmentedelimitate dalle misure di Planck, dove il vuoto formava delle forme di energia in misure dìPlanck, questa energia formava delle bolle che tendevano ad espandersi per poi ricomprimersil'espansione era data dalla quantità di energia sviluppata, ad ogni contrazione questa energiaveniva ad aumentare e ogni volta che questa energia tornava ad espandersi, la sua espansionediveniva sempre più ampia, e la sua contrazione impiegava un tempo più lungo per tornare al suoprincipio. Durante queste espansioni, queste bolle al loro interno contenevano particelle moltoesotiche che permettevano la contrazione del mini universo. Questo potrebbe essere stato l'inizioe il susseguirsi di molti Big Bang e Big Crunch dando una risposta all'esistenza di questo tipo diuniverso, questo determinerebbe che il nostro universo è ciclico.

E un caso che l`Universo abbia avuto un inizio e non abbia continuato ad essere solo vuotofluttuante?.

Oppure Dio ha giocato veramente a dadi con l'universo ?

O ancora, Dio ha dato il via e poi ha lasciato che tutto si evolvesse da solo con leggi da Luiintrodotte, lasciando cosi a noi il compito di scoprirle e capirle per permetterci di avvicinarci aLui ?

...La Genesi delle GalassieL'Universo come ho descritto poc'anzi è nato non da un'esplosione come a quelle o noi familiari,che partendo dal centro propagandosi verso la periferia, bensì da un'esplosione che avvennesimultaneamente in tutto lo spazio il quale ogni particella di materia cominciò ad allontanarsi

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molto rapidamente da ogni altra.

L'universo neonato dopo un'epoca di circa T.1/100 di secondo:

la materia scagliata dall'esplosione era formata esclusivamente da particelle elementari: elettroni,positroni, neutroni, fotoni e neutrini. La temperatura in quest'universo di particelle è di 10^11 °K,la densità di questo miscuglio è pari a 4 x 10 rispetto a quella dell'acqua.

T. + 1/10 di sec.

A causa della rapidissima espansione la temperatura scende a, 3 x 10^10 °K, dal punto di vistaqualitativo il contenuto dell'universo resta invariato: ovunque sciami di particelle elementari.

T. +1 sec. La temperatura scende a 10^10 °K, ancora troppo alta, tuttavia perché neutroni eprotoni possano legarsi stabilmente a formare nuclei atomici.

T. +14 sec. La temperatura scende a 3 x 10^9 °K, elettroni e positroni cominciano ad annichilarsi.

T.+ 3 min. La temperatura è scesa a 10^9 °K, circa settanta volte più alta che quell'esistenteall'interno del Sole. Ciò rende possibile la combinazione di protoni e neutroni che danno luogo anuclei complessi a partire da quello dell'idrogeno pesante o deuterio, che è formato da un protonee da un neutrone: a loro volta questi nuclei leggeri si fondono rapidamente in nuclei d'elio,formati da due protoni e due neutroni. Dopo qualche centinaio di migliaia d'anni la temperaturadell'universo scende al punto da permettere agli elettroni di unirsi ai nuclei formando i primiatomi semplici: quelli dell'idrogeno e dell'elio.

Da quel momento i primi gas d'idrogeno e d'elio cominceranno a condensarsi e sotto effetto dellagravità, si formeranno gigantesche nubi separate le une dalle altre.

Con il passare del tempo all'interno dì queste nubi ci furono delle condensazioni locali sparse quae la, che sotto l'effetto della gravità, innescarono i primi processi di fusione nucleare da dove poinacquero le prime stelle; sempre sotto l'influsso gravitazionale, queste proto galassie iniziarono eraggrupparsi e a formare degli insiemi.

Protogalassie che intergiscono ai limiti dell'universo

Qui saranno spiegate due ipotesi sulla formazione delle galassie, la prima afferma che lamorfologia delle galassie è data da un procedimento in varie fasi evolutive della galassia stessa;l'altra afferma che le galassie assumono e loro morfologie a causa d'interazioni che avvengono traloro e dal sito in cui questa avviene, entrambe le ipotesi hanno in comune il momento della

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“nascita” delle galassie ma poi si dividono nell'evoluzione e nell'invecchiamento.

Queste nubi proto galattiche attraendosi tra loro interagiscono gravitazionalmente provocandoforze mareali, cosi facendo assumono svariate morfologie, questo a secondo del tipo d'interazioneavuta, alcune diventano spirali, altre spirati barrate e altre ancora a causa di interazioni particolaridivengono galassie ellittiche e galassie peculiari, alcuni residui d'interazioni potrebbero formaregalassie irregolari. Queste interazioni innescano nella nube proto galattica una rotazione su sestessa.

Schema di una galassia

La rotazione della proto galassia è descritta dalle leggi dì Keplero, ossia più ci si allontana dalcentro e più la materia ruota lentamente.

Al centro della proto galassia cominciarono a scaturire grandi quantità d'energia e di luce pereffetto dei gas che si comprimevano sotto l'effetto della propria gravità, cosi facendo si formò unpiccolo nocciolo" potentissimo e caldissimo derivato delle equazioni. M=E/c^2 ed E= mc^2.

Nubi attorno ad un quasar

Questo "nocciolo" cominciò e girare su se stesso un po' più velocemente della proto galassia tantoche al suo interno si formarono stelle caldissime e vicinissime tra loro con distanze di qualche oraluce, consumando cosi in poco tempo il loro combustibile; una volta che il combustibile nuclearesi consuma le stelle danno origine a grandi esplosioni, dal gas che ne scaturisce si formano altrestelle che danno luogo a potentissime emissioni d'energia e d'onde radio; dando poi origine alsurriscaldamento dell'idrogeno e dell'elio, nel resto della proto galassia la formazione stellarecontinua a rilento rispetto al centro; questo potrebbe essere un modo di formazione di un quasaral centro di una proto galassia.

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Interazione di due proto galassie

Oppure la nascita di un quasar può essere causata dall'annichilazione tra materia e antimateria cheda origine a grandi quantità d'energia ed emissioni di onde elettromagnetiche di grandissimapotenza, rendendo poi cosi brillante il quasar a grandissime distanze. La (fabbricazione)dell'antimateria potrebbe essere causata anche da altri fattori, come per esempio dall'elevatarotazione del quasar che farebbe da acceleratore di particelle, trasformando la materia inantimateria, a causa dello scontro con atomi più pesanti riducendo la materia in particelle dicarica negativa; oppure essa potrebbe essere causata da un buco nero di notevole massa formatoda un'immensa quantità dì materia che si è compressa sotto la propria forza gravitazionale, oancora da una serie di buchi neri che fondendosi tra loro trasformano la materia in antimateria.Potrebbe darsi che all'interno dei quasar, la materia, ruotando velocemente su se stessa, attorno adun buco nero molto massiccio faccia da acceleratore di particelle, essa viaggiando a velocitàprossime a quella della luce a causa dell'elevata rotazione della materia fa si che non tutta lamateria cada nel buco nero ma che vada ed interagire con la materia del disco d'accrescimentodello stesso e una sua parte sia fatta rimbalzare verso l'esterno del quasar.

Reazioni di particelle elementari nell'universo primordiale.

Neutrini e anti neutrini interagiscono con elettroni e leptoni, del tipo m, con creazioni dei tipo:

e- + m+ ß à ne + nmne + m- ß à nm + e-nm + m+ ß à ne + e+

Quando i leptoni m, e poi gli elettroni si annichilarono scomparvero quasi completamente ereazioni del genere non poterono più avvenire, i neutrini quindi rimasero liberi disaccoppiati daglialtri componenti del fluido cosmico.

I neutroni decaddero in protoni con la relazione:

h ß à p + e- +n

Nell'universo primordiale i neutroni stavano scomparendo, quando intervennero a T.1 miliardo digradi le reazioni di sintesi a salvare i sopravissuti rinchiudendoli nei nuclei d'elio. La sintesidell'elio avvenne soprattutto con le reazioni seguenti:

p + n ß à d + gd + ok ß à He3 + n ß à He3 + p

He3 + d ß à n + He3

d è il simbolo del deutone nucleo del deuterio ): fu quest'elemento che avendo un energia dilegame cosi debole da essere dissociato dai fotoni, (la prima reazione vista va letta da destraverso sinistra), con temperatura superiore a 1 miliardo di gradi determinò l'inizio della sintesidell'elio a T~1 miliardo di gradi.

Intorno ai Quasar si sono osservate delle nubi che non contengono alcuna traccia d'elementi piùcomplessi dell'idrogeno e dell'elio come nel quasar 2345 + 007, l'interpretazione data diquest`oggetto, è che gli elementi più pesanti dell'idrogeno non si sono potuti sintetizzare in stelle,in quanto queste ultime non hanno ancora avuto il tempo di formarsi in numero sufficiente,

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questa potrebbe essere un esempio di galassia giovanissima ancora in formazione.

Durante la formazione del Quasar, come precedentemente ipotizzato, potrebbe svilupparsi percompressione della materia, un buco nero il quale forma un forte campo gravitazionale cherimane al centro del Quasar.

Buchi neri al centro della galassia

Se nei Quasar durante la loro formazione si fosse formato un buco nero, potrebbe spiegare lecause delle grandi quantità d'energia emanate. Il buco nero con la sua grande forza gravitazionalepotrebbe formare delle coppie di particelle e antiparticelle dove una parte di loro riesce a sfuggirealla gravità e a propagarsi nello spazio sfuggendo all'annichilazione con la sua contropartediventando cosi una particella reale, ed avere pertanto un�impronta della sua esistenza.

La causa della luminosita intrinseca dei Quasar potrebbe essere fornita da esplosioni di enormiquantitativi di materia che sono trasformate in energia radiale. Oppure ancora una volta la causapotrebbe essere spiegata da un buco nero situato nel bel mezzo del Quasar che ingoierebbe lamateria circostante: grandi nubi di gas, polveri, e addirittura una gran quantità di stelle.Ipotizzando che il ragionamento del buco nero sia corretto, il quasar dopo un certo periodo che vada 2 a 2.5 miliardi d'anni dovrà esaurire le riserve di materia che lo circonda e quindi esaurirà lasua energia Quando arriverà la �crisi energetica�, la luminosità del quasar si abbasserà a valorinormali.

Il buco nero non trovando più sufficiente materia da ingoiare, giungera ad un momento di calma,iniziando ad evaporare, anche se questo durerà miliardi d'anni, accompagnerà la galassia che loospita per tutta la sua esistenza e oltre. Un buco nero che avrebbe la massa delle Via Latteavivrebbe circa 10^100 anni, pur non essendo immortale il buco nero è sicuramente l'oggetto piùlongevo della restante materia dell'Universo.

Queste mie considerazioni sulla formazione di buchi neri nei quasar, danno un'ideaapprossimativa di come questi oggetti abbiano iniziato la loro formazione. Nelle varie ipotesi quiformulate, personalmente ritengo quella dei buchi neri, la più valida.

Secondo alcuni studi, analizzando immagini del telescopio spaziale e non, un QSO sarebbecircondato de una corona di materia molto estesa composta da idrogeno. dove in futuro sìcondenseranno le stelle secondo l'equazione E = mc^2.

Quello che tuttora accade nei QSO, l'emissione di pennacchi di materia che partono dalla zonacentrale dell'oggetto e si spingono fino l'esterno potrebbero formarsi nel modo spiegato prima,ovvero, la materia all'interno del quasar ruotando ad altissima velocità andrebbe ad interagire conil materiale d'accrescimento del buco nero, dove una parte è catturata dallo stesso e una parte diessa è deviata verso l�esterno dalla stessa materia del disco di accrescimento.

Un'altra possibilità dì formazione di questi getti di materia potrebbe essere spiegata dalle altetemperature e contrazioni che avvengono nel quasar e cause di grandi pressioni che esistono nelproprio interno e della nascita di stelle o d'ammassi di stelle.

La materia circostante, il quasar quella che io ho chiamato corona a causa della rotazione dellaproto galassia inizierà e dare il via alla formazione di stelle.

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Il QSO 3C 273 potrebbe essere un valido esempio di ciò che è stato detto prima sui buchi nerivisto che il suo continuo sviluppo di esplosioni, danno origine a raggi x, dal quale si sollevanodue getti di materia che partono dal nucleo per arrivare a distanze di migliaia d'anni luce didistanza.

I QSO sono oggetti complessivamante piccoli, il loro diametro non supererebbe l'anno luce,probabilmente questi oggetti potrebbero essere il nocciolo del bulge della futura galassia.

Il nocciolo di galassia il quasar, per evolversi come galassia deve ruotare su se stessoaccumulando materia per aumentare di volume della massa e dare inizio al rigonfiamento dellezone centrali che poi sono denominate come bulge galattico, le zone più periferiche invece stannoiniziando a formare stelle e a dare forma alla galassia.

...La massa mancanteAlcune ricerche mi hanno portato a capire probabilmente un concetto molto importante sulproblema della massa mancante nell'Universo.

Come descritto in precedenza, la nascita dell'universo fu seguita da una seconda esplosione,quella inflazionaria, essa oltre ad espandere l'Universo lo fece raffreddare molto rapidamente, lapossibile onda d'urto creatasi, spazzò via gran parte della materia formatasi che si raffreddò ancorpiù velocemente, o addirittura si congelò.

A causa del rapido raffreddamento, l'energia e la radiazione cominciò a tramutarsi in particelle, inalcune zone però rimasero delle strane nubi giganti di materia dove iniziarono dei cambiamentirispetto alla materia congelatasi; le nubi cominciarono a ruotare e ad innescate processi nucleariche diedero origine alle galassie oggi a noi note.

Dopo l'esplosione del Big Bang, a T + 1/100 di sec., la materia fu scagliata in ogni direzione sottoforma di particelle elementari, elettroni positroni e altre.

La temperatura di questo miscuglio di particelle è di 10^11 °K, con una densità di 4 x 10^9 divolte rispetto alla densità dell'acqua.

Mentre la temperatura si abbassa iniziano le collisioni tra particelle e antiparticelle, durante lecollisioni di queste, ha inizio la fase d'annichilazione. Dopo la fase d'annichilazione, la materiache era di troppo, cominciò con il passare del tempo a condensarsi e a formare particelle semprepiù complesse fino a giungere agli atomi di H di He, che poi sotto effetto della gravità e d'altriprincipi fisici iniziarono a splendere le stelle nelle primissime proto galassie con le loro rispettivecorone d'idrogeno.

Le galassie per effetto della gravità si attrassero a vicenda formando ammassi e super ammassi.

La fisica afferma che all'inizio del Big Bang, insieme alla materia si formò dell'antimateria inquantità rigorosamente uguale, ciò è possibile da una fonte opportunamente energetica in virtùdell'equivalenza materia-energia ).

Ora l'Universo è costituito solo da materia, essa costituisce un ingrediente assai scarso nell'Universo, come materia visibile, lo dice la sua densità media vale a dire, un atomo

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d'idrogeno ogni metro cubo; e ancor più vale il confronto con la densità numerica dei fotoni checostituiscono la radiazione di 3 °K: 300 fotoni cm^-3. La proporzione numerica della materia èquindi di un atomo d'idrogeno ogni miliardo di fotoni.

Dunque l'Universo ha cominciato la sua esistenza con un'abbondanza di materia molto piccola.

Le fasi iniziali dell'Universo erano caratterizzate dall'alta densità fotonica corrispondenteall'altissima temperatura che originava materia e antimateria in uguale proporzione.

Si deve allora concludere che durante le primissime fasi evolutive, l'Universo conteneva materiae antimateria in uguale proporzione, corrispondente all'equilibrio statico con la radiazione, piùuna minima frazione di materia che è quella che sopravvive quando la temperatura si abbassa, e ilcampo fotonico non è più energeticamente capace di formare antimateria. Quando avvenne ildisacopiamento della radiazione dalla materia, quest'ultima formò ammassi di galassie, stelle epianeti, lasciando alcune particelle adroniche che non fecero in tempo a dare origine alle galassiea causa del rapido raffreddamento.

Secondo teorie fisiche che vedono dal punto di vista unitario la natura delle tre forzefondamentali debole, elettromagnetica e forte hanno portato un notevole contributo alchiarimento degli enigmi stessi e li hanno inseriti in modo naturale e profondo nell'ambito dellateoria del Big Bang. Esse mostrano la forza elettromagnetica e la forza debole che si unificano adenergie di 80 GeV, mentre per l'unificazione della forza forte occorrono energie dell'ordine di10^15 GeV; esse sono fuori da ogni dominio sperimentale attuale, ma per coloro che accettano lavalidità della teoria del Big Bang, fino a t. 10^-43 s., esse si realizzano al tempo cosmico 10^-33s. quando la temperatura è di 10^27 °K: a tali temperature si formano i cosiddetti bosoni X e X-,dando luogo a trasformazioni tra quark e leptoni, per questo non si può far distinzione tra quark eleptoni e neppure tra tipi d'interazione debole, elettromagnetica e forte che hanno la stessaintensità, c'è solo un tipo di particelle e d'interazioni rappresentate dai bosoni di scambio X e X- ilnumero uguale. Quando in seguito all'espansione, la temperatura scende sotto i 10^8 GeV, ibosoni X e X-decadono in due antiquark e in due quark, rispettivamente non possono esserericostituiti.

D'altra parte in virtù della simmetria CP, il loro decadimento avviene a tassi differenti anche se dipoco per questo la produzione di quark è leggermente più alta di quella degli antiquark. Cosi dauna situazione originariamente simmetrica tra materia e antimateria, si forma un'asimmetria che

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privilegia la materia.

I quark e gli antiquark, si combinano poi rispettivamente in barioni e antibarioni, ma i primi sonoin eccesso ai secondi; quando l'era adronica ha termine (t. 10^-4 s.), si stabilisce un Universo dimateria poiché gli antibarioni si annichilano con una corrispondente quantità di barioni, la qualein seguito si formeranno le galassie e le stelle; all'interno di queste ultime la materia è elaboratachimicamente formando gli elementi pesanti Si dimostra inoltre che il numero dei barionirimanenti sta a quello dei fotoni presenti nel rapporto compreso tra i e il secondo del valore dicerti parametri tipici della struttura teorica non ancora ben individuati. Come sì nota, il valoreosservato del rapporto 10^-8 10^-10) è ben compreso dentro i precedenti limiti, esso è perciòteoricamente ben inquadrato anche se non precisamente individuato.

Ciò che è fin d'ora apparso enigmatico nell'ambito della teoria del Big Bang, è il normalemanifestarsi delle profonde caratteristiche della natura al tempo cosmico i 10^-33 s. Taleosservazione riguarda le proprietà del vuoto. Come nelle Teoria della Relatività il valore di svolgeil ruolo di un'energia del vuoto e ha effetto di una forza repulsiva.

Osservando a Teoria della Grande Unificazione delle forze fondamentali della natura, prevedeche ad energie specifiche di 1015 GeV, (ossia a temperatura di 10^27 °K che si realizzanonell'Universo al tempo cosmico t 10^-33 s ) può avvenire una particolare modifica della strutturadel vuoto, detta transazione di fase, Secondo il quale da certe caratteristiche tipicamentesimmetriche si passa ad altre asimmetriche. Nella Teoria Nascita dell'Universo si afferma che acausa del "falso vuoto", la quale si trova in uno stato altamente energetico, fa si, dopo unaseconda esplosione che quella regione si espanda.

Durante quest'espansione, la temperatura diminuisce rapidamente. Quando la transizione al vuotoasimmetrico è compiuta, è rilasciata una gran quantità di calore latente che corrisponde alladifferenza dei due stati di vuoto, cosi l'Universo si riscalda fin quasi alla temperatura di 10^27 °Ke quindi da inizio ella creazione di tutti i tipi di particelle connesse a tali temperature, come leparticelle X e X-, con il fondamentale ruolo da loro svolto agli effetti delle possibilità che nelmondo vi sia della materia , mentre l'espansione prende il suo ritmo normale corrispondente allabassa energia del "vuoto vero".

schema delle quattro forze della natura

In un epoca corrispondente ad uno spostamento verso il rosso di 10^10, quando l'Universo avevasolo pochi secondi di vita e la sua temperatura era di 10^10 Kelvin. i processi fisici erano mediatidalla forza debole. Questa forza regola certi processi di decadimento radioattivo, riguardanti ilneutrone libero o un neutrino. In epoche corrispondenti a spostamenti verso il rosso maggiori di10^10, la forza debole mantiene neutroni e protoni in equilibrio termico; il loro comportamentonon è per nulla determinato dallo loro storia, ma unicamente da un gruppo di leggi statiche basatesulle loro temperature.

La forza debole insieme al modello d'espansione del Big Bang, conduce alla previsione che

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l'abbondanza d'elio primordiale nell'Universo è compresa tra il 25 e il 30%.

Nei primi secondi dell'Universo nei quali le temperature e le energie delle particelle superano dimolto quelle raggiunte con i più potenti acceleratori costruiti dall'uomo, le densità è paragonabilealla densità del nucleo atomico, la forza predominante tra le particelle e la forze forte.

Quando la forza forte fa annichilare un protone e un antiprotone essa da origine a due fotoni d'altaenergia in moto in versi opposti.

Nel primo millisecondo di vita dell'Universo la temperature doveva essere talmente alta darendere molto efficaci sia l'annichilazione sia il processo inverso. le produzione spontanea dinucleoni e d'antinucleoni da fotoni.

Le forze debole e forte si unirono a temperature altissime.

RAGGI Dl AZIONE E LE INTENSITÀ

RELATIVE DELLE FORZE

Quando l'universo nacque vi esistevano quark e antiquark, quello che rimase dell'annichilazionediede origine in piccola parte alla materie luminosa che noi oggi vediamo e in gran parte allamateria oscura che originò le noci di quark formando la massa oscura e i componenti dellamateria adronica, come i protoni, gli elettroni e altre particelle. Per spiegare più dettagliatamenteil discorso cosmologico delle noci dì quark, è necessario illustrare uno dei capitoli più importantidella più recente fisica delle interazioni fondamentali, quello denominato dall'acrostico QCD( Quanto Cromo Dinamica).

Le interazioni descritte dalla QCD sono le cosiddette "interazioni forti", una delle quattro forzefondamentali della natura.

Schema di un protone e/o un neutrone

L'idea chiave della QCD è che le particelle fondamentali delle interazioni forti non sonodirettamente osservabili; esse sono denominate Quark o Partoni e vivono appunto in unacondizione che è definita "di confinamento" o meglio di "sbarramento". Solo stati legati di questiPartoni sono direttamente sperimentabili, questi stati legati possono essere di due categorie; seformati da un quark e un antiquark sono chiamati mesoni; se formati da tre quark di colorediverso sono detti barioni. Sia i mesoni sia i barioni, sono indicati con il nome di adroni, cioèparticelle sperimentali soggette ad interazioni forti. La caratteristica di questi adroni è di avere unnucleo duro, una zona centrale impenetrabile ed altri adroni. L'interpretazione che da la QCD delnucleo duro è che si tratta della zona nella quale i quark "orbitano" " uno attorno all'altro. Cercaredi comprimere adroni dando loro meno spazio di quello richiesto dai rispettivi nuclei duri avrebbecome unico risultato quello di spezzarli nei loro componenti elementari nei quark. Il fenomeno èanalogo a ciò che accade se si cerca di comprimere una sostanza al dì là del proprio volumeoccupando delle molecole. Come è noto le dimensioni tipiche delle molecole sono di 10^-7 cm)mentre le dimensioni dei nuclei degli atomi componenti (10^-73 cm ) più piccole. Al suo internoun sistema molecolare è quasi totalmente "vuoto" ma il volume molecolare è necessario agarantire l'identità, l'esistenza della molecola stessa.

L' equazioni dinamiche prescrivono che quel volume resti disponibile, altrimenti la molecolaperde la sua identità chimica. E' per questo che in un certo senso, tutti i corpi sono quasi

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perfettamente vuoti. anche quelli più duri e compatti. La loro durezze e compattezza è assicuratafinché permangono le caratteristiche chimiche delle sostanze che li compongono. Per una ragionesimile, anche gli adroni sono duri e compatti, ma si pensa essenzialmente vuoti.

Nel loro spazio interno si muovono quark. la cui dinamica prescrive l'esistenza del volumeproprio di mesoni e barioni. Quello che sperimentalmente diviene il nucleo duro. C'é tuttavia unadifferenza sottile fra i due casi, che si rivela alla fine determinante. Le forze che tengono legati glielettroni in una molecola sono di carattere elettromagnetico. Il loro agente è il fotone, il quanto diradiazione. I fotoni possono percorrere distanze enormi senza essere sostanzialmente alterati,come dimostra la luce che ci giunge dai corpi celesti più distanti. Le forze che tengono legati iquark in un adrone sono invece di natura Quanto Cromo Dinamica il loro agente è chiamatogluone. è un quanto assai simile al fotone, tranne che per una caratteristica: il fotone non hacarica elettrica, il gluone invece ha carica quanto cromo dinamica in oltre egli è colorato e quindiè esso stesso sorgente dì ulteriori gluoni. In sostanza finché la densità dei quark è elevata ad ungluone compie solo un breve tragitto da un quark all'altro, il suo comportamento non si discostamolto da quello del fotone. Se invece un gluone deve percorrere una lunga distanza, allora esso si"ricorda" del propio colore, ed è una catastrofe perché genera altri gluoni che a loro volta fannoaltrettanto e cosi via.

Per questo i quark devono avere tra loro distanze molto brevi e se il loro numero è basso ( per cuideve esistere necessariamente un largo spazio tra loro) essi dovranno riunirsi in piccoli gruppicapaci di neutralizzare a vicenda il proprio colore, in modo da non apparire colorati all'esterno.Le possibilità sono allora due: o sistemi contenenti un quark di ciascuno dei possibili colori,sistemi detti "bianchi",o sistemi colore anticolore, che danno assieme il "nero". Rispettivamentesono i barioni e i mesoni. Cosi il lussureggiante mondo colorato della QCD resta confinato inminuscoli ambiti discreti e all'esterno rimane una modesta realtà in bianco e nero. Notando chequesta dinamica permette agli adroni di avere una massa più grande dei quark componenti. Unnucleo atomico ha una massa minore della somma delle masse dei nucleoni che lo compongono.Il difetto di massa è ciò che gli permette di stare legato. Per decomporlo bisogna fornirgli unenergia capace di superare il difetto di massa.

Nel caso dì adroni e partoni, invece non c'è problema di difetto di massa. Anche se i partoni sonoleggeri e l'adrone è massiccio, esso non si può decomporre, altrimenti si alzerebbero i veli suicolori che devono restare definitivamente protetti. Attualmente i quark sono confinati negliadroni.

Ritornando alla storia della nascita dell'universo secondo la teoria del Big Bang, il numero diparticelle relativistiche per unità di volume è in funzione unicamente della temperatura e vacrescendo con T3 (temperatura assoluta).

Le distanze tra particelle sono quindi inversamente proporzionali alla temperatura assoluta T ebasterà quindi andare abbastanza indietro nel tempo, essere abbastanza vicini al Big Bang perchéle distanze medie tra quark " liberi" diventano anche minori di quelle che ci sono oggi tra i quark"confinanti", che popolano gli adroni. La temperatura critica Tc, al disopra della quale i quarksono confinanti è dell'ordine di 2x10^12 °K .

L'universo passò presumibilmente attraverso questa temperatura circa (10^-5 s.dopo il Big Bang.Si tratta di un tempo piccolo ma anche cosi trascurabile, ove si consideri che particelle chevivono 10^-10 s. L'Universo al momento della transizione da quark in adroni che contano per laformazione delle noci di quark.

Quando nel suo processo di raffreddamento l'Universo giunse alla temperatura Tc cominciò latransizione di fase di prim'ordine: bolle di adroni nucleano nel continuo di quark, un po' comegoccioline d'acqua che si formano nel vapore d'acqua divenuta satura per l'abbassarsi dallatemperatura. I due processi in realtà sono molto simili; nel caso cosmologico il raffreddamento èdovuto all'espandersi dell'Universo. Una differenza sostanziale tra i due casi sta però nella densitàrelativa delle due fasi tra cui si svolge la transizione: mentre il vapore d'acqua (fase di alta

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temperatura ) è notoriamente meno denso dell'acqua liquida (fase di bassa temperatura).L'opposto accade per la transizione da materia di quark (fase di alta temperatura ) a ordinariamateria adronica (fase di bassa temperatura ). Quindi quando inizia la transizione quark adroni viè forte richiesta di nuovi volumi, per allocarvi la materia adronica via via prodotta, a spesedell'ultra densa materia di quark.

Questi volumi sono forniti dall'espansione dell'Universo.

Il punto sostanziale è che a temperature maggiori di Tc. all'espansione dell'Universocorrispondeva necessariamente una decrescita della temperatura, durante la transizione latemperatura rimane costante, al valore critico Tc e l'espansione è consentita dalla forte decrescitadi densità al passeggio tra materia di quark e materia adronica.

La transizione procede con l'ingrossarsi delle bolle adroniche. un po' alla volta esse tendono adoccupare una porzione sempre più grande del volume totale, finché finalmente vengono incontatto tra loro. E' opinione ormai diffusa che la "masse mancante", quella che può essererivelata da dirette osservazioni, non sia che una modesta frazione della massa totaledell'Universo.

Tale opinione si basa anzitutto su valutazioni di carattere dinamico. L'equilibrio gravitazionale disistemi stabili, vengono messe ha confronto con l'energia cinetica potenziale.

Il quadro che ne risulta è abbastanza sconcertante a partire dai "dintorni" solari, la dinamicanewtoniana prescrive l'esistenza di una massa di almeno 3 volte superiore a quella che vediamoconcentrata nelle stelle. Ma questa "massa mancante" va crescendo via via che si consideranoscale maggiori.

Su scale galattiche essa potrebbe essere di 7-8 volte maggiore rispetto alla massa luminosa; suscala degli ammassi e dei super ammassi si giungerebbe a un fattore 10 circa. Supponiamo che lemassa luminosa sia idealmente distribuita in modo omogeneo nel cosmo, si arriva a una densitàmedia l lum 3 x 10^-31 gr/cm^3 circa. Occorre cioè un cubo di lato pari a circa centomila Kmperché la materia che si trova ammonti complessivamente a 1 gr.

Questa "densità critica" lc dipende unicamente della costante di gravitazione universale e dalparametro di Hubble H che fornisce il rapporto (costante) tra la velocità con cui si allontanano danoi le galassie più lontane e la loro distanza. Poiché H ci è noto a meno di un fattore 2, la densitàcritica lc (che è proporzionale al quadrato di H) risulta incerta per un fattore 4, essendo compresatra 0.5 e 2x10^-29 gr/cm^3. Il rapporto lc/l. lum risulta allora grosso modo compreso tra 30 e100; se per il momento immaginiamo che la densità dell'Universo sia lc dovrebbe allora esistereuna massa oscura pari almeno a 30 volte quella luminosa. Apparte criteri estetici esistono serieragioni connesse ai meccanismi cui si fa appello per giustificare l'omogeneità e l'isotropiadell'Universo. Per ritenere che la densità media dell'Universo non dovrebbe discordarsi molto dalvalore critico lc. Passando da scale di massa "piccole" a scale sempre più grandi fino ad arrivarealla scala dell'Universo nel suo insieme, la presenza di "massa oscura"sembra più rilevante.

Struttura attuale dell'Universo

Su scala cosmica si arriva a ritenere che la massa luminosa sia solo un 3% della massa totale,questo equivale a dire che il 97% (circa ) della materia che riempie l'Universo è in forma che non

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possiamo vedere direttamente.

Si noti bene questa percentuale e la si confronti con quella ricavata per la massa che oggi nelcosmo dovrebbe trovarsi sotto forma di "noci di quark",la coincidenza è quasi eccessiva.

La proprietà che le noci di quark hanno per essere compatibili con i dati osservativi e sperimentaliè quella dì non essere molto appariscenti. di non farsi notare.

Al momento della formazione la distanza media tra noci doveva essere di un centimetro.Risalendo questa distanza fino all'epoca attuale, si ricava una distanza media di 10^12 Km, suscala astronomica non è un granché, si tratta all'incirca di 1/15 della distanza Terra-Sole, in modoun po', paradossale la densità, in numero alle noci è di n = 10^-36 cm^-3.

Ciò permette di calcolare la massa di ciascuna noce se esse devono provvedere a formare unadensità medie ~c pari a circo 10C~gr/cmi risulta che le noci avrebbero una massa di: Mn =(10^-29/10^-36) gr =10^7 gr = 10 tonnellate. Anche se la densità delle noci fosse quella dellemateria ordinarie, potremmo quindi vederle solo se ci fossero drammaticamente vicine. Il numerodi quark contenuto in una noce media sarebbe enorme : in una noce ce ne starebbero circa 10^30.

Tutta a distanza tra due quark vicini non dovrebbe superare i 10^-12 10^-13 cm, per le questioniconcernenti il confinamento ne risulta che il diametro di una noce di quark sarebbe dell'ordine diun decimo di millimetro. Una massa di 10 tonnellate concentrata in un granello di polvere, puòsembrare un oggetto abbastanza pericoloso da cui stare alla larga. Le noci di quark non si rendonovisibili perché non riflettono quantità apprezzabili di luce stellare (al massimo potrebberoricevere sulla loro modesta sezione di un centesimo di mm^2). La possibilità che essi irradinospontaneamente può essere facilmente esclusa, dal momento che avrebbero potuto farlo per tuttala storia dell'Universo e avrebbe quindi da molto tempo esaurito la propria energia.

Diffusione elastica di neutrini o protoni o neutroni e la sua interpretazione in termini di quark.

(A) diffusione elastica neutrino-protone (B)SIZE=4diffusione elastica neutrino-neutrone (C)diffusione elastica di un neutrino e un quark u^+2/3 in un protone (D) diffusione elastica di unneutrino e di un quark d^-1/3 notare la relazione che avviene per mezzo dello scambio di unipotetica particella Z°.

Le noci di quark e le altre particelle, non sarebbero riuscite a formarsi o ad evolversi in particellepiù complesse rimanendo allo stato "primitivo" e a causa della continua espansione universale sisarebbero raffreddate, rimanendo "senza" energia cinetica per muoversi, queste noci di quark,neutrini protoni e altre particelle che non sono riuscite ad evolversi, potrebbero dare un grancontributo sulla densità e massa dell'Universo sul valore critico di W.

Questa ipotesi sulle noci di quark e altre particelle "fredde", da origine e due ipotesi, la prima fasupporre che potrebbe trattarsi di materia stabile che è rimasta li dall'inizio del raffreddamentodell'Universo e sempre rimarrà fino a che l'Universo non inizierà a decadere su se stesso. Questaipotesi l'ho chiamata ( massa mancante stabile). La materia adronica non si conserva ma continuaa rigenerarsi con eventuali esplosioni galattiche, espulsioni di materia da parte dì galassie inagonia, urti tra galassie e collisioni tra atomi, che anche urtandosi tra di loro non perdono le loroproprietà, anzi vengono rigenerate; questa proprietà di ritornare alla forma originale è dovuta allaperdita di energia che è in eccesso per tornare allo stato di energia minima, ( questa capacitàviene spiegata efficacemente dalla meccanica quantistica).

La massa mancante dunque potrebbe essere formata da particelle primitive dissociate formata damesoni, neutroni, neutrini. quark, che decadono tranne i quark, sempre in particelle più piccolecome particelle sub atomiche, cioè la massa mancante può essere composta da tutte le particelleche furono "scartate" prima e durante la formazione delle galassie lasciandoci materia atomicacon massa e non. Una buona parte di questa massa mancante o materia oscura è formata de circail 60 -70% di materia protonica, ( si sa che il protone come e conosciuto ora, per "evoluzione" oper fase di eccitamento ha attirato un elettrone dando origine ad un atomo di idrogeno) il protoneha in media una vita molto lunga circa 10^31 di anni dopo di che decade in pà p+ p- m+.

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Tabella di composizione dei quark

Queste particelle atomiche, protoni e neutroni e altre svanirebbero poco a poco dall'Universodecadendo in altre particelle che a loro volta decadono fino a scomparire del tutto. A ognidecadimento viene sviluppata una certa energia di fotoni gamma che potrebbero dare origine( una volta combinatosi ) a raggi cosmici o a radiazione di fondo (non udibili ). Il decadimento diparticelle atomiche e sub atomiche, farebbe sembrare la materia oscura (se fosse possibile vederlada vicino), come un insieme di bolle di sapone che scoppiano una ad una, cioè come particelleatomiche che decadono e avendo vita breve ( eccetto il protone), tulle queste particellescompaiono poco a poco decadendo in altre particelle. Cosi l'Universo potrà andare avanti fino ache i protoni non inizieranno a decadere, forse addirittura l'Universo riuscirà ad assorbirli unavolta che esso si contrarrà su se stesso.

Questa potrebbe essere un'eventuale ipotesi di una massa mancante in costante movimento edeccitamento, che io chiamo (massa mancante in movimento).

I neutrini sono le particelle più comuni nell'Universo, superando di numero tutte le altre; ineutrini continuando a formarsi per il decadimento di altre particelle potrebbero superarecollettivamente la masse delle stelle dominando in tal modo la gravità dell'Universo.

I neutrini possono venire rigenerati da esplosioni immani di galassie come in M 82 come legalassie di tipo M 87 cioè con l'espulsione di materia dalla galassia.

Il processo di decadimento del protone può distruggere i neutroni, anche se molti di questisoccomberebbero al processo più convenzionale del decadimento b.

Ogni protone che decade lascia la sua carica elettrica a un positrone, che è la controparte diantimateria dell'elettrone. Poiché in principio c'erano nell'Universo un numero quasi identico dielettroni e positroni, finisca con il condurre virtualmente alla scomparsa di tutti gli elettronidell'Universo. Il continuo prodursi di particelle può essere causato da continui scontri tra fotoniche scontrandosi danno origine a particelle come dice l'equazione M = E / c^2

Dunque ogni fotone che si scontra produce particelle e le corrispettivo anti particelle ritornandopoi a fase dì energia a causa dell'annichilazione; l'energia prodotta mette in movimento o stato dieccitazione le particelle vicine provocandone il decadimento, ciò potrebbe avvenire anche per ilprotone. Questo potrebbe fare aumentare la probabilità di una massa mancante in movimento.

• Temperatura e densità dei neutrini.

Finché si conserva l'equilibrio termico, il valore totale della quantità nota come (entropia) rimanefissa . Ai nostri fini l'entropia per unità di volume s, è data con un approssimazione adeguata allatemperatura T da

S a NtT^3

dove Nt è il numero efficace di specie di particelle in equilibrio termico la cui temperatura disoglia sia inferiore a T. Al fine di mantenere costanti l'entropia totale, deve essere inversamente

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proporzionale al cubo delle dimensioni dell'Universo. Se quindi R è la distanza tra ogni copia diparticelle tipiche, allora

SR^3 a NtT^3 R^3 =costante

subito prima dell'annichilazione di elettroni e positroni (a circa 5 x 10^3 °K), i neutrini e gli antineutrini erano già usciti dall'equilibrio termico col resto dell'Universo, cosiche le uniche particelleabbondanti in equilibrio erano gli elettroni, i positroni e i fotoni, il numero totale di specie diparticelle prima dell'annichilazione era

Nprima =7/2 + 2 =11/2

dopo l'annichilazione di elettroni e positroni, le uniche particelle rimaste in abbondanzanell'equilibrio erano i fotoni, Il numero efficace di specie di particelle era allora semplicemente

Ndopo = 2

della conservazione dell'entropia segue che

11/2(TR)^3 prima = 2( TR)^3 dopo

Ossia il calore prodotto dall'annichilazione di elettroni e positroni aumenta la quantità TR di un fattore

(TR )dopo/( TR) prima = [11/4]^1/3 = 1.401

Prima dell'annichilazione di elettroni e positroni, la temperatura dei neutrini Tn

era uguale alla temperatura dei fotoni T. Dopo di allora, Tn cala semplicemente come l/R, cosiche per tutti i tempi successivi TnR fu uguale al valore TR prima dell'annichilazione:

(TnR )dopo = (TnR )prima = ( TR )prima

concludo che una volta terminato il processo di annichilazione la temperatura dei fotoni èsuperiore alla temperature dei neutrini di un fattore

(T/T )dopo = (TR )dopo/( TnR)dopo = [11/41]^1/3 =1.401

benché usciti dell'equilibrio termico, i neutrini e gli anti neutrini continuano a dare un importantecontributo alla densità di energia cosmica. Il numero efficace di specie di neutrini e anti neutrini è7/2, ovvero 7/4 del numero efficace di specie dei fotoni di un fattore ( 4/11) il rapporto delledensità di energia di neutrini e anti neutrini e quella dei fotoni è pertanto

Un/Ug = 7/4 [4/11]^4/3 =0.4542

La legge di Stefan, Boltzmann ci dice che a una temperatura fotonica T, la densità di energia dei fotoni è

Ug = 7.5641 x 10^-15 erg/cm^3 x [T(°K)]^4

La densità di energia totale dopo l'annichilazione elettrone positrone è pertanto

U = Un + Ug = 1.4542 Ug = 1.100 x 10^-14 erg/cm^3 [T(°K)]^4

possiamo commutare questo risultato in una densità di massa equivalente per il quadrato delle velocità della luce e troviamo

U/c^2 122 x 10^-35 grlcm^3 x [ T(°K)]

La scomparsa dell'Universo potrebbe avvenire in modo che, scomparsa la materia luminosa erimanendo i vari buchi neri causati da morti stellari e collassi di centri galattici, la loro forzagravitazionale da origine a anti particelle che scontrandosi poi con particelle di ordinaria materiadanno origine a fotoni di luce e gamma; i buchi neri inizieranno ad attrarsi e vicenda a cause dellagravità che a quell'epoca si presenta corre un enorme distorsione dello spazio tempo, essiinizieranno a fondersi uno nell'altro dando origine ad un super e massivo buco nero universale,l'energia sprigionata dall'annichilazione verrà risucchiata dal buco nero universale. L'origine diparticelle di antimateria a cause di un grande "campo" gravitazionale del tipo buco nero gigante

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super massiccio:

ò (p,E) = 1/(2p)^2 ò F (x,t).exp [ipx, - iEt]. d^4 x

ò (p,-E) = 1/(2p)^2 ò F (x, -t). exp [ip.x � iEt]. d^4 x

Reazioni di particelle elementari nell'universo primordiale- Neutrini e anti neutrini interagisconocon elettroni e altri leptoni per esempio del tipo creativo

e+ m ß à ne + nm

ne +m ß à nm +e-

nm + m+ ß à ne + e-

Quando i leptoni e poi gli altri elettroni si annichilarono e scomparvero quasi completamentereazioni del genere non poterono più avvenire; i neutrini quindi rimasero liberi disacoppiati daglialtri componenti del fluido cosmico. I neutroni decadono in protoni con la reazione

n ß à p + e- + n

L'evoluzione termica dell'Universo può essere rappresentata come funzione del numero di fotoniper barione, essa è una misura dell'entropia: il numero di possibili stati di un sistema.

LA MORTE DELL'UNIVERSO(la morte termica proposto dalle ipotesi genesi delle galassie e massa mancante)

La stesura delle mie due ipotesi mi ha portato a capire probabilmente come potrebbe avvenire lafine del nostro Universo

Secondo queste mie ipotesi noi, viviamo in uno spazio tempo finito, ognuno in modo separatodall'altro, in un dato futuro e in condizioni fisiche molto particolari in cui si troverà lo spaziotempo, esso smettere di essere una cosa sola separandosi in due entità distinte.

Come dice l'ipotesi genesi delle galassie, dopo che buona parte della loro massa sarà "evaporata",il resto della galassia sarà inghiottita dal rispettivo buco nero centrale, esso inghiottirà tutta lamateria esistente nel bulge e poi poco a poco anche i resti dell'evaporazione precedente, fino ache al posto della galassia rimarrà solo il buco nero con massa relativamente gigantesca edentropia maggiorata dall'origine; dunque tutte le galassie tranne le irregolari di tipo magellanico,diverranno buchi neri enormi.

(Da una raffigurazione "artistica") si può notare che l'Universo si distorce in modo moltoprofondo, notare che ciò che dovrebbe raffigurare la struttura dello spazio tempo è del tuttodistorta a causa delle grosse masse presenti a quell'epoca date da enormi buchi neri causati dallamorte delle galassie che poi fondendosi l'una con l'altra in un punto qualsiasi dell'Universo, fino adare "vita" ad un buco nero d'enormi dimensioni; come dice equazione:

M = E/c^2 à E = mc^224 | P a g i n a

Questo accadrà quando l'Universo avrà raggiunto la sua massima espansione, che sarà delimitatadal collasso galattico e dalla materia oscura, in quel periodo cesserà di espandersi e inizierà econtrarsi.

Si sa che i buchi neri hanno una vita relativamente lunga se lasciati a se, e che poi evaporano.Essi però si attrarranno a vicenda finché si fonderanno l'uno con l'altro, nel frattemporisucchieranno energia e materia esistente nell'Universo.

Da calcoli eseguiti con la legge di Hubble Rz = Hd e/o H = Vd, l'età dell'Universo sembra esseredi 19983x 10^6 d'anni e ha avuto un inizio d'espansione ìnflazionaria, ed una velocità di299792.458 Km/s, che poi sarebbe rallentata con il raffreddamento dell'Universo a causadell'espansione.

Durante la sua fine che avverrà per contrazione, esso inizierà a riscaldarsi a causa di materiaassorbente che si riscalda poco a poca durante a contrazione, l'Universo inizierà a divenire piùdenso di quanto non lo fosse prima.

Perché l'Universo si contragga, la sua densità deve essere superiore o uguale a s =1 questo potràsuccedere nel periodo in cui oltre a collassare e a formare buchi neri densi e super massicci, cisarà anche un ripetuto e massiccio decadimento dei protoni che danno origine a particelle piùpesanti che potranno aumentare di quel poco la densità dell'Universo facendolo contrarre. Aquell'epoca le particelle, diverranno più leggere ma molto energetiche; intanto la contrazionedell'Universo sarà cosi iniziata e non sarà più arrestata, (Come prevedono anche le mie ipotesi).

Il diagramma indica le fasi finali del collasso dell'universo chiuso ripercorrendo all'incirca le stesse fasi della sua espansione se non vi fossero glieffetti dei buchi neri.

Secondo studi approfonditi le composizione locale dell'Universo chiuso o aperto sono pressochéidentiche fino ad un punto limite dove uno si contrae e l'altro sì espande per sempre, le mie dueipotesi prevedono un Universo che tende a chiudersi e ad essere ciclico. In un universo chiuso oaperto. ci sono sei transizioni importanti, dopo di che i due tipi di' Universo convergono insistemi diversi.

la prima è che entro 10^40 anni dal Big Bang tutte le stelle avranno esaurito il combustibile, cioèl'idrogeno che è trasformato in elio nel nucleo di una stella per la maggior parte della suaesistenze. Una volta consumata la maggior parte del combustibile, la stella si dilata di moltevolte, le sue dimensioni iniziali e diventa una gigante rossa, in questa fase della sua esistenzal'elio viene solitamente trasformato in carbonio e in elementi più pesanti. Queste reazionitermonucleari sono efficaci transizioni a senso unico: l'idrogeno viene trasformato in elio, l'elio incarbonio e il carbonio in elementi più pesanti in una serie che in genere termina con il ferro.

Il nucleo del ferro a un'energia totale per unità di massa inferiore a quella di qualsiasi altronucleo, in modo tale che, una volta raggiunto il "limite del ferro" l'energia dell'Universoimmagazzinata come combustibile nucleare sarà stata interamente liberata. La velocità con laquale viene consumato il combustibile nucleare di una stella dipende dalla massa della stella, piùtale massa è grande, più rapidamente brucia e minore di conseguenza è la sua vita.

Per esempio il Sole consumerà la maggior parte del suo idrogeno entro 10 miliardi di anni circa,successivamente fluttuerà rapidamente di dimensioni, brucerà alcuni degli elementi più pesanticon una rapidità prodigiosa, ma per un tempo relativamente breve e in fine collassera in una

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piccola nana bianca che si raffredderà lentamente per poi divenire una nana nera, le stelle piùpiccole attraverseranno tutti questi stadi in un arco di tempo molte volte più lungo della vita delSole, ma alla fine raggiungeranno anch'esse il limite del ferrò. Si noti che se l'esaurimento delcombustibile nucleare è il primo evento di rilievo nel futuro dell'Universo chiuso o aperto che sia,esso si verificherà in un epoca lontanissima dalla nostra. Le ultime stelle cesseranno di brillaresolo quando l'Universo avrà un età 10000 volte superiore a quella attuale.

Il secondo evento importante è che tutte le stelle perderanno i loro pianeti. Se una stella con unpianeta viene avvicinata da un'altra stella entro il raggio dell'orbita planetaria, l'orbita verràsensibilmente deformata dalla distorsione dello spazio tempo causata dalla stella che passa al suointerno, facendo cosi disperdere il pianeta nello spazio. il tempo medio d'attesa di un tale incontrodipende della densità delle stelle in una data regione, dall'area delle orbite planetarie e dellavelocità relativa delle stelle.

Le densità delle stelle si può esprimere in funzione dal volume nel quale esiste le probabilità ditrovare almeno una stella.

Una stella che si muove nello spazio con un pianeta traccia un volume cilindrico le cuidimensioni dipendono dall'area dell'orbita del pianeta e dalla velocità della stella. L'intervallomedio tra i due incontri di stelle è uguale al tempo necessario a finche il volume del cilindroraggiunga una dimensione pari al volume nel quale ci si può aspettare una stella.

Le terza transizione previste è il risultato di incontri stellari ancor più ravvicinati, i loro effettisono evidenti su scala galattica. Quando due stelle si avvicinano tra loro, interazionegravitazionale può trasferire energie cinetica da una stella all'altra. Se l'incontro è abbastanzaravvicinato, una stella può acquistare tanta energia da raggiungere la velocità necessaria persfuggire alla galassia. Dato che nell'interazione si conserva energia, la seconda stella deve perdereenergia cinetica e come risultato si lega più strettamente al nucleo della galassia. Il processo puòessere chiamato evaporazione galattica, poi che le interazioni stellari riproducono su grandissimascala le interazioni delle molecole che evaporano della superficie di un liquido. (Una cosa similesuccede anche nell'interazione tra galassie).

Uno scambio di energia di questo tipo può anche far sfuggire dalla galassia una trazione di gasinterstellare.

Le energie delle particelle libere non si conservano in un universo chiuso. A causa dell'espansione e della contrazione cosmica di un tale universo ifenomeni che dipendono dalla distanza variano nel tempo. Allo stesso modo in cui la distanza tra due punti sulla superficie di un pallone aumentao diminuisce, quando il pallone si gonfia o si sgonfia. Così la lunghezza d'onda di un fotone aumenta durante l'espansione e diminuisce durante la

contrazione. L'energia del fotone è proporzionale all'inverso della lunghezza d'onda e quindi l'energia del fotone emesso diminuisce durantel'espansione e aumenta durante la contrazione. Quando la lunghezza d'onda del fotone è minore di quella all'istante della sua emissione, l'universo

nell'insieme acquista energia. L'energia addizionale potrebbe originare una nuova successiva espansione.

Dopo evaporazione di circa il 90% della massa della galassia, il campo gravitazionaletrascinerebbe le stelle e la polvere rimanenti, in un nucleo sempre più denso. E' probabile (comedice l'ipotesi genesi delle galassie,, che le galassie contengano un buco nero centrale supermassiccio).

Se oggi questo buco nero non esistesse, il nucleo galattico crescerebbe ancora, diventando26 | P a g i n a

talmente denso che la gravità vincerà la resistenza offerta dalla pressione del gas e il nucleocollasserà comunque in un buco nero super massiccio. I calcoli indicano che l'evaporazione dellestelle e il collasso delle galassie dovrebbe completarsi dopo circa 10^18 anni.

La quarta e la quinta transizione che può dare un Universo chiuso sono effetti cosmologiciritardati previsti dalla maggior parte dei modelli di grande unificazione della fisica delleparticelle, tali effetti non diventano importanti fino a quando l'Universo non avrà un età 100 voltemaggiore di quella in cui le galassie collassano. L'obbiettivo delle teorie di grande unificazione èdi presentare una spiegazione che comprenda la forza forte, debole ed elettromagnetica tra leparticelle elementari. come spiega l'ipotesi sulla massa mancante dell'Universo ), alle energiarelativamente basse raggiungibili nei laboratori terrestri, le tre forze appaiono del tutto diverse,ciò nonostante, le suddette teorie le descrivono come manifestazioni di una sola interazione la cuiunità si può percepire all'energia corrispondente e una temperatura dell'ordine di 10^27 °K. A talestraordinaria temperatura, particelle, quali quark, che "sentono" la forza forte si possonotrasformare in particelle quali l'elettrone e il positrone. che ha energie minori sentono le forzadebole ed elettromagnetica.

A temperature inferiori tali cambiamenti di identità diventano altamente improbabili, ma possonoancora verificarsi occasionalmente, il protone può decadere se suoi tre quark costituentisubiscono una trasformazione.

Secondo la maggior parte delle teorie di grande unificazione, tutti i protoni dovrebbero decaderedopo un periodo di 10^30 10^32 anni, un tasso di decadimento di almeno un protone all'anno;dovrebbe perciò essere registrato in qualsiasi aggregato che contenga 10^32 protoni, quale unamassa d'acqua che pesa circa 160 tonnellate. Se il protone è suscettibile di decadimento, ilprocesso avrà un effetto significativo sulle stelle che non sono state catturate da buchi nerigalattici. Tali stelle sono le sole che sfuggono per evaporazione; il decadimento dei protoni e deineutroni in esse le manterrà notevolmente più calde del mezzo interstellare circostante.Ammettendo una vita media del protone di 10^30 anni il tasso di decadimento di una tipica stellacon le stesse dimensioni del sole è di circa 10^27 all'anno. Ogni decadimento di un protone daorigine a uno sciame di elettroni, positroni, neutrini e fotoni energetici. Tutte le particelle figlie,tranne i neutrini, vengono assorbite dalla stella e questa energia mantiene calda la stella. Si puòdeterminare l'esatta temperatura della stella durante l'era di decadimento dei protoni cheuguagliano il tasso di irraggiamento di energia termica da parte del decadimento. In questo statodi equilibrio, la temperatura dipende dalla massa della stella, dalla superficie dalla quale puòessere irraggiato il calore e dall'energia di riposo e della vita media del protone. La temperatura diequilibrio è di 100 Kelvin per le stelle morte con maggior massa è di circa 3 Kelvin per le stellepiù grandi con minor massa. Le stelle si raffredderanno alla loro temperatura di equilibrio in circa10^20 anni e da quel momento in poi la loro temperatura si manterrà presso che costante fincheverso un periodo di tempo di 10^30 sarà decaduta la maggior parte dei protoni.

Il bagliore stellare é freddo, ma non, in confronto alla temperatura della radiazione di fondoresidua del Big Bang; la temperature di fondo dipende dai particolari dell'espansionedell'Universo. Se la densità dell'Universo è minore di quella critica, la temperatura dellaradiazione di fondo sarà scesa a 10^-20 K entro 10^30 anni. Se invece la densità è esattamenteuguale a quella critica l'Universo si sarà espanso più lentamente e la temperature delle radiazionedi fondo sarà scesa a 10^-13°K. Cioè la temperatura sarà da 13 a 20 ordini di grandezza inferiorealla temperatura delle stelle morte.

Il decadimento del protone de un via al cambiamento della costituzione dei gas interstellari, cheevaporano prima che le galassie collassino.

All'interno di una stella un positrone liberato dal decadimento di un protone incontra subito unelettrone e le due particelle si annichilano. L'annichilazione produce altri fotoni e riscalda lastella.

Nello spazio intergalattico, la densità della materia è cosi bassa che è estremamente improbabile

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che positroni ed elettroni entrino in collisione.

In effetti entro l'anno 10^30 un universo aperto con densità inferiore a quelle critica sì saràespanso a più di 10 volte le sue dimensioni attuali e a distanza media tra un elettrone e unpositrone nel mezzo interstellare sarà dello stesso ordine di grandezza delle dimensioni dellanostra galassia. Il mezzo interstellare diviene perciò un gas estremamente rarefatto formato decirca l'1% dei protoni di oggi.

Gli eventi associati al decadimento del protone si saranno rivelati quando l'esistenzadell'Universo avrà raggiunto i 10^32 anni, un arco di tempo 100 volte superiore alla vita mediadel protone. A questo punto nell'Universo restano il gas rarefatto di elettroni e positroni, i fotoni ei neutrini emessi in varie epoche precedenti e i buchi neri super massicci. Fotoni e neutrini sono iresidui del Big Bang, dal tempo in cui le stelle splendevano, dal decadimento dei neutroni eprotoni attraverso la storia, e del decadimento finale di stelle morte. Un aspetto curioso di unUniverso chiuso è che, anche se l'energia si conserva localmente, la massa o l'energia totaledell'Universo non si conserva. Per una data dimensione dell'Universo l'energia totale durante lacontrazione è maggiore che durante l'espansione. Si consideri un fotone emesso dal Sole verso lospazio intergalattico. Il principio di conservazione viene soddisfatto durante l'emissione perchél'energia trasportata dal fotone è esattamente bilanciata da una piccolissima diminuzione dellamasse del Sole. Mentre l'Universo si espande la lunghezza del fotone aumentaproporzionalmente, con il risultato che la sua energia diminuisce. Quando l'universo si contrae,diminuisce anche la lunghezza d'onda del fotone, la sua energia per conto aumenta. Alla fine lalunghezza d'onda del fotone diviene interiore a quella che il fotone possiede all'istantedell'emissione quindi il fotone ha acquistato energia senza alcuna corrispondente perdita di massao di energia in altre regioni. L'Universo si mantiene perciò più caldo durante a contrazione chenon durante l'espansione. I fotoni che danno maggior contributo all'energia supplementare sonoquelli emessi quando l'Universo si trova alle sue massime dimensioni o quasi, dato che tali fotonisubiranno la massima contrazione. Gli eventi più importanti durante le fase di un Universochiuso, seguono la stessa successione degli eventi di un Universo aperto, mentre i fotoniacquistano energia durante la contrazione, essi riscaldano le stelle morte, provocando in tal modol'inizio di una loro rapida combustione, esplosione o evaporazione.

Il risultante "brodo" di particelle continuerebbe a ripetere le varie fasi dell'espansione, se nonfosse per gli effetti dei buchi neri. All'aumentare della densità i buchi neri ingoiano materia e sifondono quando si scontrano

Si può calcolare che in un universo con un buco nero super massiccio per galassia, le stelle mortevengono inghiottite dai buchi neri e subito dopo si spezzano e de esse comincia ad evaporaremateria. Alla fine tutti buchi neri si fondono in un solo grande buco nero con entropiaelevatissima, cosi facendo rimane il nulla per poi dare nuovamente inizio a un universo. E peròpossibile che prima che la densità diventi infinita un qualcosa induca ad un inversione di marcia efaccia si che l'universo torni ad espandersi, da questo, si potrebbe dedurre che il nostro Universosia ciclico L'energia acquistata dai fotoni durante ogni periodo di contrazione potrebbeconservarsi nell'inversione di marcia con ogni successivo ciclo, cosi facendo l'Universodiventerebbe più grande, per una data temperatura, di quanto non lo fosse nel ciclo precedente,esso impiegherebbe un tempo maggiore per giungere alle sue massime dimensioni.

Se l'universo è ciclico e se le reazioni mediate dalle alte temperature esistenti, all'inizio di ogniciclo potrebbero dare origine ed un eccesso di particelle, oggi osservato; da questo si può trarreun importante conclusione. L'evoluzione dell'Universo dall'inizio di ogni inversione, fino allaformazione e alla dissoluzione delle galassie seguirà lo stesso corso di eventi durante ogni cicloTuttavia all'allungarsi dei cicli i fenomeni descritti per i successivi stadi diventeranno importanti.Per esempio nel primo ciclo in cui la fase di espansione dura più di un decimiliardesimo della vitadel protone, l'energia acquistata durante la fase di contrazione sarà dominata dai fotoni emessi nelcorso del decadimento del protone cicli successivi possono perciò diventare più lunghi di unfattore pari a 1000 anziché di un fattore soltanto di 2 circa, dagli effetti di raggruppamento di

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buchi neri potrebbero risultare fattori di espansione perfino maggiori, dell'ordine di 10^12.L'universo quando si contrarrà e i buchi neri si fonderanno gli uni con gli altri, daranno origine aun buco nero di enormi proporzioni, da li poi scaturirà di nuovo il tutto e il nuovo universo siespanderà di un fattore da 2 a 1000, ciò dipenderà da quanta energia avranno i fotoni e dal"numero" di ciclo in cui si trova ora il nostro Universo.

L'universo può essere ciclico. Visto che la densità della materia è sufficiente a chiuderlo.

Il diagramma indica le fasi finali del collasso dell'Universo chiuso, ripercorrendo all'incirca lestesse fasi della sua espansione, se non vi fossero gli effetti dei buchi neri.

Circa 20 miliardi di anni prima del Big Crunch, il collasso gravitazionale completo di un universochiuso. L'universo si contrarrà in un volume nella quale la sua densità sarà la stessa di oggi.Mentre la contrazione continuerà i fotoni diventeranno più energetici e l'Universo si scalderà;circa un milione di anni prima del Big Crunch i fotoni dissoceranno gli atomi di idrogenointerstellare nei loro elettroni e protoni. Un anno prima invece, la temperatura all'esterno dellestelle diverrà maggiore di quella interna e le stelle inizieranno a spaccarsi.

Circa nello stesso tempo i buchi neri super massicci cominceranno ad inghiottire il materialestellare restante, come pure altra materia e radiazione. Circa tre minuti prima, i super buchi nericominceranno ha raggrupparsi, questo loro raggruppamento è rappresentato dalla contrazionedella superficie di una sfera, che corrisponde alla contrazione dello spazio. La variazione didensità e di raggio dell'Universo, indica una funzione del tempo che è stata calcolatanumericamente applicando le equazioni di Einstein.

Le energie delle particelle libere non si conservano in un universo chiuso. A causa dell'espansionee poi della contrazione cosmica di un tale universo i fenomeni che dipendono dalla distanzevariano nel tempo, allo stesso modo in cui la distanza tra due punti sulla superficie dì un palloneaumenta o diminuisce quando il pallone si gonfia o si sgonfia. Così a lunghezza d'onda di unfotone aumenta durante l'espansione e diminuisce durante la contrazione.

L'energia del fotone è proporzionale all'inverso della lunghezza d'onda, quindi l'energia del fotoneemesso diminuisce durante l'espansione e aumenta durante la contrazione.

Quando la lunghezza d'onda del fotone è minore di quella all'istante delle sua emissionel'universo nell'insieme acquista energia. L'energia addizionale potrebbe originare una nuovasuccessiva espansione.

L'universo può essere ciclico visto che la densità della materia è sufficiente a chiuderlo ( Comespiega l'ipotesi sulle massa mancante ) e i processi fisici che permettono all'universo di "invertirerotta", cioè e ha espandersi nuovamente. Dato che nella fase dì contrazione si acquista energia,ogni nuovo ciclo ha una fase di espansione più unga della precedente.

Il periodo di espansione dovrebbe aumentare di un fattore 2 circa, durante il prossimo ciclodell'universo, supponendo che l'espansione attuale continui per circa 100 volte l'attuale etàdell'universo. La durata dei cicli successivi potrebbe aumentare di fattori maggiori.

Il processo fisico di contrazione è la stessa gravità. In aiuto ad essa viene anche la materia oscurache con la sua massa aiuta la gravità a rallentare l'espansione dell'universo.

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Schema di come avviene la fusione tra buchi neri

In conclusione quando l'universo si contrae, i buchi neri si fondono l'uno con l'altro il lorovolume non diviene come si potrebbe pensare il doppio, ma diviene quattro volte più grande dicome era in origine, questo se due buchi neri possiedono massa e dimensioni identiche. Durantela loro fusione i due oggetti emanano una grande quantità di energia che va ha scaldare l'universo,ma come emanano energia ne attraggono o trattengono dalla fusione una quantità di energia pari aquella rilasciata; la continua fusione dei buchi neri permettono agli stessi di raggiungere la stessagrandezza o quasi dell'universo che vi sarà a quell'epoca, ridando poi origine al tutto.

..RingraziamentiDedico questo mio Manoscritto, ai miei genitori che nonostante le fatiche con noi tre fratelli e unsolo stipendio, non ci hanno mai fatto mancare niente e ci hanno sempre incoraggiato ed aiutatoin tutto. Ringrazio mio Padre, per il debito che si è preso in carico nell' acquistare il mio primotelescopio. Un grazie anche a mia madre per la pazienza dimostrate nel mio continuo avantiindietro durante le osservazioni e il disordine creato in camaretta dai vari appunti e disegni.

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