ONDE GRAVITAZIONALI ECCOLE FINALMENTE!

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "ONDE GRAVITAZIONALI ECCOLE FINALMENTE!"

Leona Mariani
5 anni fa
Visualizzazioni

1 ONDE GRAVITAZIONALI ECCOLE FINALMENTE! Renzo Rancoita Claudio Papuzza 27/05/2016

2 Bibliografia Albert Einstein Autobiografia scientifica Boringhieri 1949 George Gamov Biografia della fisica Mondadori 1963 Giorgio Ferrero Elementi di calcolo Tensoriale Tirrenia 1966 Albert Einstein Opere scelte Boringhieri 1988 Enrico Persico Introduzione alla fisica matematica Zanichelli 1971 Ludovico Geymonat Storia del pensiero filosofico e scientifico Garzanti 1971 Emilio Segrè Personaggi e scoperte della fisica contemporanea Mondadori 1976 Paul C. W. Davies The search for Gravity waves Cambride 1980 Sean Carrol Lecture Notes on General Relativity University of California 1997 Tullio Regge La relatività di Eistein CD ROM Virt Lab- Zanichelli 1997 Donald Marolf Notes on Relativity and Cosmology Syracuse University 2001 Abraham Pais Einstein La biblioteca di Repubblica 2006 David Blanco Lacerna Einstein: la teoria della relatività RBA 2016

3 Indice 1. Gravità e Relatività 2. Onde e Onde Gravitazionali 3. Rilevazione di Onde Gravitazionali 4. Onde Gravitazionali come strumento analitico

4 Le Onde Gravitazionali sono un «balletto acrobatico» del quartetto: - Spazio - Tempo - Gravità - Inerzia

5 1 - relatività Spazio e Tempo Galileo (1632) Newton (1687) nei Principia z y x fisso C = 2 R = 3, scorre sempre per tutti in modo uguale A B C 2 = A 2 + B 2 Lo spazio e il tempo sono il palcoscenico (assoluto, immutabile) su cui si svolgono i fenomeni (la GEOMETRIA è la teoria dello spazio)

6 1 - relatività generale La Gravitazione Universale 1687 è la stessa forza! luna Forza v F = m v2 R F = m M G R 2 mela Isaac Newton 1667 Forza

7 1 - relatività generale Inerzia 1632 Galileo Galilei non c è un riferimento assoluto Isaac Newton 1667 i corpi si muovono a velocità costante finché non interviene una forza ad accelerarli massa forza F = m a accelerazione = variazione delle velocità a = v t R a = v2 R

8 1 - relatività generale Peso Massa e Gravità Lasciando cadere due corpi di diverso peso: Aristotele Cadono prima i corpi a peso maggiore Galileo I corpi cadono insieme (trascurando gli effetti dell aria) Esperimento fatto anche sulla Luna

9 1 - relatività generale Gravità e Accelerazione v forza La forza centrifuga simula la gravità

10 1 - relatività generale Accelerazione o Gravità? accelerazione? gravità? a g Aldo Gina

11 1 - relatività generale Accelerazione è Gravità Simulatore da Luna Park accelerazione apparente peso apparente peso reale sta frenando! 11

12 1 - relatività generale Curvatura v v = 0 v x g y x = c t y = ½ g t 2 correzione y = c 2 x 2 2 a y = R x 2 /2 1 R g c 2 raggio di curvatura curvatura 2 g c 2 raggio di curvatura

13 1 - relatività generale Geodetica retta R = = 0 r geodetiche (linee più corte) R curvatura 2 g c 2 g = M G r 2 G = [m 3 /s 2 kg] c = [m/s]

14 1 - relatività generale Relatività Generale La massa curva lo spazio-tempo e genera la gravità La gravità è un fatto geometrico A. Einstein 1915 m La geometrizzazione dello spazio implica che in presenza di gravità: Contrazione degli spazi Dilatazione dei tempi Curvatura dei raggi di luce. < 3, m g

15 1 - relatività generale Spazio Curvo geometria differenziale ds 2 = 4 1 g ij dx i dx j metrica g = g 11 g 12 g 13 g 14 g 21 g 22 g 23 g 24 g 31 g 32 g 22 g 34 g 41 g 42 g 43 g 44 d A d A = d j A j A dx j (g ij ) A x j Elvin Christoffel Bernhard Riemann R geodetica d 2 x dx dx d 2 = d d Gregorio 2 Ricci Curbastro 1 da 1-2 = R ijka k k R( ) curvatura Tullio Levi Civita

16 1 - relatività generale Curvatura Spazio Tempo La materia curva lo Spazio La curvatura dello Spazio indica alla Materia come muoversi

17 1 - relatività generale Verifica sperimentale in eclisse di notte A. S. Eddintong 29/ 05/1919 Brasile e Golfo di Guinea = 1.75

18 1- relatività e gravita Lente Gravitazionale osservazione h immagine galassia immagine massa osservatore

19 1- relatività e gravita Mi sento invecchiata di un miliadesimo di secondo in più di voi Stazione Spaziale 6 mesi a 400 km di altezza a velocità di 8 km/s

1- relatività e gravita il GPS Glogal Positioning System 24 satelliti h = 20000 km g = g 0 /10 t = + 45 s x, y z

20 1- relatività e gravita il GPS Glogal Positioning System 24 satelliti h = km g = g 0 /10 t = + 45 s x, y z per i GPS commerciali precisione: 10 m v = 4 km/s t = - 7 s t tot = + 38 s a giorno trascurandolo: errore 10 km/giorno

22 2 onde vibrazione di un rebbio Onde v = pressione densità pressione alta pressione bassa ONDA ACUSTICA Le onde sono generate da accelerazione di forze - - Ey Bx z cariche oscillanti (dipolo elettrico) ONDA ELETTROMAGNETICA E campo elettrico B campo magnetico z c E polarizzazioni

23 2 onde gravitazionali Onde Gravitazionali Esplosione o Collasso di grandi Masse Onda Gravitazionale L accelerazione di grandi masse genera perturbazione dello spazio onde gravitazionali che si propagano a velocità della luce

24 2 onde gravitazionali Onda Gravitazionali y x vibrazione delle masse (accelerazione di quadrupolo) R R R R z c = h cos[w(z/c t )] h = 2 G Q.. R c 4 due polarizzazioni.. d Q = 2 M L dt 2 2 quadrupolo (accelerazione di quadrupolo di massa) h + h x h f khz

25 2 onde gravitazionali Spazio Tempo ct x y z ct x y z Spazio vuoto lontano da masse ct ct x y z -1+ u Vicini a masse non troppo grosse x y u = 2 M G R c 2 z ct x y z ct x y z a b 0 0 b 1-a b = 2 G Q.. R c 4 Q = M L 2 (quadrupolo) Spazio perturbato da una piccola onda gravitazionale: a e b diverse polarizzazioni

26 2 onde gravitazionali Onda Gravitazionali c spazio- tempo non perturbato onda gravitazionale perturbazione dello spazio - tempo

28 3 rivelazione onde da x da y Interferometro buio specchio luce L [4 km] frange di interferenza specchio LASER specchio semitrasparente

29 3 rivelazione onde Rivelatori Onde Gravitazionali VIRGO Cascine Pisa laboratorio ricerca onde gravitazionali

30 3 rivelazione onde Interferometro LIGO Hanford Washington Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,

31 3 rivelazione onde Interferometro Ligo Livingston Louisiana

32 3 rivelazione onde Misura y x x < y L perturbazione x > y z Non perturbazione x = y onda di deformazione f 1 khz h 10-21

33 3 rivelazione onde Eccola! 14/ 09 /2015 alle ora italiana Annuncio ufficiale 11/02/2016 rotazione fusione smorzamento secondi h = L L M. energia rilasciata come onde gravitazionali = 2 M.

34 3 rivelazione onde onda gravitazionale Triangolazione c Con più stazioni è possibile triangolare e risolvere con precisione da direzione di arrivo dell onda gravitazionale ritardo di ricezione

35 3 rivelazione onde Programma Lisa Laser Interferometer Space Antenna Sviluppo in 10 anni R = 150 milioni km 5 milioni km km

37 4 onde gravitazionali come analisi Generazione di Onde Gravitazionali Accelerazioni di grandi masse Esplosioni di supernova Buchi neri in vibrazione Sistemi binari massivi Galassie in formazione Big Bang

38 4 analisi Sonda ad Onde Gravitazionali Le Onde Gravitazionale non sono perturbate da altri fenomeni fisici stelle e materia polveri e gas c radiazione elettromagnetica temperatura Big Bang interazione particelle

39 4 analisi I Big Bang la radiazione si raffredda accensione delle stelle Plasma opaco universo trasparente + - R l Universo diventa buio T 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, spettro di fondo radiazione fossile tempo in milioni di anni

40 tempo di Planck un deci milionesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo Inflazione radiazione fossile Raggio T [K] analisi R[m] Temperatura atomo ? l Universo si espande più velocemente della luce secondi Occorre nuova teoria (Relatività + Meccanica Quantistica) oggi

41 No! È solo l inizio!

Documenti analoghi

OMAGGIO ALLA RELATIVITÀ CHE HA COMPIUTO 100 ANNI. Idee, modelli, teoria

OMAGGIO ALLA RELATIVITÀ CHE HA COMPIUTO 100 ANNI Idee, modelli, teoria 2016 cpapuzza@yahoo.it Claudio Papuzza Bibliografia Albert Einstein Autobiografia scientifica Boringhieri 1949 George Gamov Biografia