La Gravitazione: Da Aristotele alle Onde

Gravitazionali

MichelePunturoINFNPerugia

•  Interazionenucleareforte,che6eneuni6iquarkeinucleoni

•  Interazionenuclearedebole,cheentraingioconeidecadimen6radioa<vi

•  Interazioneele>romagne6ca,checara>erizzagliatomielemolecole

•  Interazionegravitazionale:?M.Punturo-MasterClass2016 2

Aristotele(384-322A.C.)

“Ilmotoversoilbassodiunamassadioroodipiombo,odiqualsiasialtrocorpo,dotatodi

peso,ètantopiùvelocequantomaggiorisonole

suedimensioni”

Ipse Dixit

De>agliodallaScuoladiAtenediRaffaelloSanzio(1509).M.Punturo-MasterClass2016 3

Galileo,agliarres6domiciliariadArcetri(1636,villaGioiello),portòacompimentolasuaoperapiùimportante,“Dialogosopraiduemassimisistemidelmondo”,pubblicatadueannidoponellaci>àprotestantediLeiden:

Aristoteledice“Unapalladiferrodicentolibbre,cadendodall’altezzadicentobraccia,arrivainterraprimacheunadiunalibbrasiascesadiunsolbraccio;iodicoch’ell’arrivanonellostessotempo;voitrovate,nelfarnel’esperienza,chelamaggiorean6cipadueditalaminore,cioèchequandolagrandepercuoteinterra,l’altraneèlontanaduedita:oravorrestedopoquestedueditaappia3arlenovantanovebracciadiAristotele,eparlandosolodelmiominimoerrore,me3erso3osilenziol’altromassimo

GalileodifrontealSant'UffiziodipintodiJoseph-NicolasRobert-Fleury

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1971-Apollo11–ComandanteDavidSco>

M.Pun

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Na6onalPortraitGallery:NPG2881

PhilosophiaeNaturalisPrincipiaMathema<ca(1687),gravitazioneuniversaleleggidelmoto,

meccanicaclassicaprogressodellateoriaeliocentricasistema6zzazionematema6cadelleleggidiKeplerosulmovimentodeipiane6Studiodelleorbiteelli<che,iperbolicheeparaboliche.

HypothesisofLight(Ipotesisullaluce)del1675),sviluppòilcalcoloinfinitesimalestabilìuncambiofissofralasterlinael'onciad'oro,epiùchealtromorìvergine!

EpitaffiodiAlexanderPope:«Lanaturaeleleggidellanaturagiacevanonascostenellano>e;Diodisse:«CheNewtonsia!»,elucefu»

Isaac Newton (1642-1727)

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La gravitazione di Newton

•  NelsistemasolarelateoriadiNewtonrappresentaunabuonaapprossimazione.

•  Datouncorpodimassam’chesimuoveconvelocitàvintornoadunamassacentralem,l’approssimazionenewtonianaèbuonase:

2rmmGF′⋅−= ( )

rmmGrV′⋅−=

( ) 22

cmGrcmrV >>⇒′<< e cv <<

•  Se m è il sole m=MΘ=2·1033g, si ha Gm/c2=1.5km, condizione ovviamente soddisfatta in ogni caso pratico

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LuigiGalvani1737-1798

AlessandroVolta1745-1827

HansChris6anØrsted1777-1851

MichaelFaraday1791-1867

GeorgeOhm1789-1854 JamesClerckMaxwell

1831-1879HeinrichRudolfHertz

1857-1894

XVIII-XIX secolo, i padri dell’elettromagnetismo

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Crisi

+genialitàdiAlbertEinstein=Teoriadella

rela6vitàristre>a

MeccanicaNewtoniana

Ele>romagne6smo

1905-AnnusMirabilis:•  Tesidido>orato:“Nuovadeterminazionedelledimensionimolecolari”

•  Sviluppisulmoto“Browniano”•  “Sull'ele>rodinamicadeicorpiinmovimento”(Rela6vitàRistre>a)

•  Effe>oFotoele>rico(PremioNobel)

AlbertEinstein1879-1955

Svolta

E=mc2

M.Pun

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MaallaTeoriadellaRela6vitàRistre>amancalagravitazione.

CarlFriedrichGauss1777-1855

BernhardRiemann1826-1866

1915–LaTeoriadellaRela6vitàGenerale:Lospazio-tempononèpiùpia>oo“cartesiano”maècurvatodallapresenzadellemasse.“Lagravitàèunfa>oregeometrico”

Relatività Generale

Credit:LIGO/T.Pyle

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Geometria curva = Forza?

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F

ArthurEddington1882-1944

1919-Eclissidisole

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1916–OndeGravitazionali

IntegrazioneApprossimatadell’equazionedicampodellagravitazione

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Caricaele>ricaaccelerata

Ondaele>romagne6ca

Massaaccelerata

Ondagravitazionale

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DistanzaTerra-SolevariataperladimensionediunatomoM.Punturo-MasterClass2016 15

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Cosa significa 10-19m?

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mm(10-3m)

mm(10-6m)

nm(10-9m)

pm(10-12m)

fm(10-15m)

am(10-18m)

Humancells(7-30 mm)

Hydrogenatom(0.1 nm)

Protonradius(1 fm)

Quark“size”(1 am)In1kmsizedetector

DLa>esoinVirgo~10-19m

Terrestrial Detectors

GEO, Hannover, 600 m

aLIGO Livingston, 4 km

AdV, Cascina, 3 km

aLIGO Hanford, 4 km

Advanceddetectors2015-2025

~2018~2022

2015

2016

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Dataexchange:aGWDnetwork!

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Principio funzionamento GWD •  Ilprincipiobaseèl’interferometrialaser

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14 Settembre, 2015 – 11:50:45 CET

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Numerical relativity waveform predicton for a system with parameters consistent with those recovered from GW150914

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2Buchineriaven6unolamassacirca29volteilnostrosole,l’altro36volte…distan6dallaterra1.3miliardidianniluce…collidevanodopounadanzafrene6ca…ruotandol’unointornoall’altroametàlavelocità

dellaluceM1=29,M2=36→M1+M2=65

Mabuconeroprodo>ohaunamassadi62soli…e3massesolarisonoconver6teinpuraenergia

gravitazionale:E=mc2Nell’ul6mafrazionedellacollisione,lapotenzaemessaèparia100.000miliardidimiliardidisoli

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Una nuova era dell’astrofisica

BigBang

Supernovaexplosion

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END

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