Einstein aveva ragione. Adele La Rana Fondazione TERA & Università Sapienza di Roma & CERN Museo di Fisica di Napoli, 28 Gennaio 2016

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1 Einstein aveva ragione Adele La Rana Fondazione TERA & Università Sapienza di Roma & CERN Museo di Fisica di Napoli, 28 Gennaio 2016

2 2015: La Teoria della Relatività Generale compie 100 anni!

3 : 100 anni di Relatività Generale Albert Einstein ( ) a Berlino nel 1915 Novembre 1915: Einstein presenta in quattro lezioni (4, 11, 18 e 25 Novembre) la sua teoria della gravitazione all Accademia Prussiana delle Scienze a Berlino

4 La gravitazione di Newton Legge di gravitazione universale

5 La validità della descrizione newtoniana Per prevedere quando avverrà un eclisse di Sole o quando ripasserà la cometa di Halley o anche per programmare la traiettoria di un razzo non è necessario ricorrere alla teoria di Einstein: la gravitazione newtoniana descrive con grande precisione queste situazioni!

6 La validità della descrizione newtoniana Le equazioni della Relatività Generale si riducono alla legge di gravitazione di Newton nei limiti di velocità piccole rispetto a quella della luce ( km/s) e di gravità debole

7 Dove finiremmo senza la relatività?

8 Disorientati nello spazio

9 sulla Terra Fuori strada

10 Telescopio spaziale Hubble

11 Immagine ripresa da Hubble Space Telescope Un unico oggetto: Quasar distante 8 miliardi di anni luce Oggetto più vicino alla Terra: una galassia distante 400 milioni di anni luce

12 La croce di Einstein È un fenomeno predetto dalla Relatività Generale!

13 Quasar Galassia Casa 400 milioni di anni luce 8 miliardi di anni luce

14 La croce di Einstein Legge di gravitazione universale È un fenomeno che non è descritto dalla legge di Newton!

15 Treni di pianura

16 Treni di montagna

17 Niente massa, niente energia: spazio piatto A B Spazi Piatti: binari diritti

18 Cosa succede allo spazio in presenza di masse? S incurva!

19 La massa e l energia curvano la struttura dello spazio e del tempo Il tragitto più breve tra A e B B A è una curva!

20 Gli invisibili binari della gravità

21 Lente gravitazionale Reale Osservato

22 Quasar Galassia Casa Oggetto Lente Occhio

23 L anello di Einstein

24 Bolivia, Uyuni train cemetery, Foto di Gianni Battimelli

25 Siamo abituati? a sentir parlare di relatività ristretta Spazio piatto

26 A grandi velocità Velocità prossime a c, velocità della luce v Ferma In moto Contrazione delle lunghezze

27 A grandi velocità Velocità prossime a c, velocità della luce v Fermo Misura nel 1971: 60 x 10-9 s di ritardo Dilatazione dei tempi

28 Non solo un discorso di velocità, ma anche di masse Relatività generale Lo spazio s incurva!

29 Cosa succede al tempo in uno spazio curvo?

30 Empire State Building, NY Sulla superficie della Terra il tempo scorre più lentamente che a una certa altezza dal suolo

31 1 km 3 secondi avanti rispetto all orologio a terra ma dopo 1 milione di anni!

32 Il sistema GPS Global Positioning system Dove finiremmo senza la relatività? 24 Satelliti artificiali a circa km dalla superficie terrestre

33 Il sistema GPS

34 Il sistema GPS segnale emesso a t Distanza=velocità x intervallo di tempo segnale ricevuto a t 2 velocità del segnale = c

35 Orologi estremamente precisi Oscillazioni periodiche E 1 E 0 Oscillazioni meccaniche decine di oscillazioni al minuto Oscillazioni tra 2 stati energetici oscillazioni al secondo

36 E 1 E 0 Oscillazioni tra 2 stati energetici 1 secondo = oscillazioni tra due particolari stati dell atomo di cesio

37 Orologio atomico su satellite Sfasamento di 45 x 10-6 secondi al giorno! km Orologio atomico a terra 1 milionesimo di secondo di differenza tra i due orologi produrrebbe un errore nella posizione di 300 metri.

38 Orologi da Nobel Orologi che perdono 1 secondo ogni 3,7 miliardi di anni. David Wineland, Nobel per la fisica 2012

39 Orologi da Nobel 30 cm James Chou, NIST(Colorado), 2007 v = 10m/s Fermo In moto

40 Fin qui un quadro statico

41 Ma cosa succede se? Se la bambina salta, il gatto - suo malgrado - salterà!

42 Viviamo in un universo dinamico

43 Onde gravitazionali

44 Onde Elettromagnetiche Versus Gravitazionali velocità c Si propagano nello spazio, anche vuoto. velocità c Oscillano i punti stessi dello spazio.

45 Moti di cariche e moti di masse Moto cariche accelerate, emissioni incoerenti sovrapposte Moto coerente di enormi ammassi di materia orchestrale

46 Immagini e suoni Producono un immagine della sorgente. Danno una descrizione sonora della sorgente.

47 Onde Gravitazionali: come una sinfonia

48 Sistema binario di stelle

49 Chirp dallo spazio segnale Frequenza e intensità crescono nel tempo tempo (s)

50 Un osservazione sperimentale indiretta Riduzione Periodo orbitale (s) Misura periodo pulsar Curva prevista dalla Relatività Generale Hulse e Taylor, Nobel 1993 Anno

51 Bravi Hulse e Taylor, sì Ma è pur sempre una misura indiretta!

52 Il grande problema delle onde gravitazionali: la timidezza Le onde elettromagnetiche interagiscono molto con la materia! Le onde gravitazionali pochissimo: difficilissime da rivelare!

53 Oscillazioni dello spazio Onda gravitazionale Effetto piccolissimo!!!! tempo

54 Oscillazioni dello spazio tempo Onda gravitazionale

55 Oscillazioni dello spazio

56 A caccia di onde gravitazionali: Virgo (Italia-Francia) Specchi sospesi 3 km Interferometro Virgo, Cascina (Pisa)

57 A caccia di onde gravitazionali: Ligo (USA) Specchi sospesi 4 km Ligo, Hanford (Washington) Ligo, Livingston (Louisiana)

58 Finestre spalancate sull universo

59 Componendo le immagini

60 Onde Gravitazionali: instancabili viaggiatrici

61 A caccia di onde gravitazionali Interferometro spaziale e-lisa, 2034

62 Il lancio di LISA Pathfinder 3 Dicembre 2015: lancio di LISA Pathfinder a bordo del veicolo Vega VV06, dallo spazioporto dell ESA a Kourou (Guyana Francese)

63 LISA Pathfinder in una rappresentazione di computer grafica 63

64 Video-animazione Lisa Pathfinder Buon compleanno, Relatività Generale! 64

65 Grazie per l attenzione!

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68 Le quattro forze fondamentali Forza gravitazionale Forza elettromagnetica protone Forza forte neutrone Forza debole