Rumore, Indeterminazione e Cosmologia

Volevo prendere spunto dall’osservazione di ci vorrebbe il blog più orientato verso il sole e meno sul clima per postare questo articolo “di ampio respiro”.
Anche qui, lo so, rischio la lapidazione da parte degli ortodossi ma… Ma devo dire che non tutte le conclusioni che esporrò sono le mie. Anzi, L’ispirazione mi venne nel lontano 1987, studiando l’esame di elettronica .
Il docente aveva tenuto una bella serie di lezioni dul “rumore” nei dispositivi .
Per “rumore” in questo caso si intende tutto ciò di caotico che va a disturbare il “segnale” che si intende misurare . Ci aveva illustrato il “rumore termico” (quello dovuto all’agitazione temica degli elettroni), il rumore “shot” (quello dovuto al fatto che elettroni e lacune si ricombinano – se ben ricordo -) e poi aveva concluso con in rumore “flicker” che aveva definito “cosmologico”….. Per capire la battuta devo spiegarvi che il rumore porta con se, inevitabilmente, dell’energia e puo’ essere classificato a seconda dello spettro che questa energia ha per le farie frequenze. Ad es. un rumore “bianco” (come nell’immagine) ha uno spettro “piatto” e la sua energia e’ praticamente la stessa per tutte le frequenze (ad un certo punto , ad alte frequenze, cade a zero perche’ alrtimenti trasporterebbe una energia infinita). Il rumore Fliker e’ un rumore di tipo 1/f : la sua ampiezza aumenta man mano che la frequenza si avvicina a zero. Anche in questo caso il buon senso (!) farebbe supporre che l’ampiezza dello spettro, ad un certo punto, sia destinata a cadere a zero, perche’ la funzione 1/f, per f che tende a zero, implicherebbe una energia infinita. Invece… Invece tutte le misure fatte mostravano che la tendenza si mantiene. Pensate che non e’ assolutamente facile misurare frequanze molto basse . Per il semplice motivo che richiede tempi MOLTO LUNGHI (la frequenza è l’inverso del tempo…). Per misurare la “frequanza zero” occorre attendere un tempo infinito! Negli anni ’80 la miglior misura che si aveva era equivalente ad una frequenza di quasi 10 anni ed aveva richiesto un paio di anni per essere eseguita (da qualche parte devo ancora avere l’ingiallita fotocopia dell’articolo ).

Al che il professore, con aria sorniona, ci aveva detto “Non e’ ancora ben nota la causa del Flicker noise. Quello che si sa e’ che eventi a bassa frequenza portano con se energia sempre più grande…”

e si era lanciato in una elenco inquietante

“Terremoti” … “Vulcani” … “Supernovae” …

Chiaramente la lezione ci aveva lasciato un po’ perplessi ma… una spiegazione abbastanza approssimata e legata a quelle che i fisici amano chiamare “le leggi di natura” si può tentare.

Come al solito mi tocca partire da lontano… Ma questa volta non troppo…

1927. Nell’ambito della formalizzazione della meccanica quantistica W. Heisenberg (con N.Bohr) introduce il principio che porta il suo nome (principio di indeterminazione di Heisenberg) . Essendo una formalizzazione il principio appare come “effetto della teoria” ma, come per molte cose, è possibile vederla anche in un altro modo…La teoria e’ congegnata per spiegare quella che, a tutti gli effetti e’ una “legge di natura” . La legge suona più o meno così : « non è possibile conoscere simultaneamente la velocità e la posizione di una particella con certezza ». Si puo’ arrivare a conoscere, ad es., la velocità di un elettrone in modo precisissimo, ma allora si perderà completamente la misura della sua posizione. . La forma matematica (semplicissima) del principio e’ la seguente :

\Delta x\Delta p \ge \frac{\hbar}{2}

Il valore di h”tagliato” e’ molto piccolo. Nella vita di tutti i giorni non capiterà mai di oltrepassare il limite della disequazione… Capita se traffichiamo con le particelle, con gli atomi,con le cose molto piccole.

Mi direte… dove ci vuoi portare…

Be. Ci sono formulazioni alternative della disequazione esposta. Una è la seguente :

\Delta E\Delta t \ge \frac{\hbar }{2}

Non e’ possibile definire con precisione piccola a piacere e contemporaneamente l’energia ed il tempo.

Ma guardatela bene… Da un punto di vista cosmologico.

Se ci avviciniamo al punto in cui il tempo “comiciò a scorrere” (?t che tende a zero) , dovremo, per rispettare la formula, avere a disposizione un’energia che … tende all’infinito….

Io lo chiamo BIG BANG.

E voi?

Luca Nitopi

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36 pensieri su “Rumore, Indeterminazione e Cosmologia

  1. fabiov :scusate ho dimenticato la fonte:
    meteo3Bhttp://www.3bmeteo.com/news-meteo/anomalia+record-+-0-505-c+a+maggio

    La CDG fatica a raggiungere l”europa.Questo fa si che si generi un surplus di calore nella fascia intertropicale atlantica.L”indice AMO e positivo, ma poi bisognerebbe come sempre verificare come effettuano i rilevamenti.Cio che e” evidente a tutti che comunque siamo di fronte ad un”anomalia pesantissima lungo tutto il percorso della CDG.siamo ancora sotto gli effetti del NINO,ma tra alcuni mesi l”Atlantico subira gli effetti raffreddanti della NINA.Con il risultato che le anomalie positive rientreranno in gran parte mentre quelle negative si appesantiranno ulteriormente.Cio fara si che il NAO andra in forte negativita e le conseguenze le vedremo durante l”inverno.http://www.osdpd.noaa.gov/data/sst/anomaly/anomwne.gif

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  2. ice2020 :Intanto al noaa come di consuetudine doenicale, continuano a pomapre il SN (oggi 49!!!) ed anche il sidc nn è da meno, ieri 32 ed oggi 21!
    Mentre il flusso ancora nn riesce a sfondare gli 80, ormai è dall’8 maggio che nn ci riesce!
    Continuiamo pure così!
    W la cpntinuità col passato!
    Come mnadare all’aria 200 anni di rilevazioni!

    Simon no problems lascia che gonfino il gommone.Tanto poi si sgonfia da solo http://daltonsminima.wordpress.com/2010/06/13/rumore-indeterminazione-e%c2%a0cosmologia/#comments

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  3. Questo mese a causa di questi conteggi alterati rischia di superare febbraio come SN ma essere notevolmente più basso di solar flux!

    Ma pensano che siamo scemi ann rendercene conto?

    Capisco che devono accontentare un pò utti, da quelli dell’ipcc alle assicurazioni, ma quando è troppo è troppo!

    Simon

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  4. L’infinito è un concetto mentale, la natura lo rifiuta, come tu stesso ricordi, le frequenze alla fine cadono, non puoi avere energia infinita, si viola una legge della natura: la conservazione.

    E così vale per tutti gli altri “infiniti”, singolarità compresa.

    Ogni volta che da un modello esce un infinito vuol dire che il modello incontra una parte della realtà che esso stesso non è in grado di descrivere.

    Ci troviamo di fronte ad un qualcosa che fa cadere il modello, e dunque una cosa molto interessante XD

    Il big bang è una di queste, in quell’istante il tempo e lo spazio cessano di esistere per qualsiasi modello, si tocca l’infinito, la curvatura infinita, l’energia infinita. Il modello cade.

    Non sappiamo cosa sia, ma sappiamo che qualcosa c’era, che ha lasciato degli effetti ben visibili e che è dannatamente interessante XD

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  5. cmq volevo dire a Nitopi, che poretto in questo momento starà pensando che nessuno ha letto il suo articolo ( capita anche a me 😀 )
    stiamo parlando di fisica abbastanza complicata, è normale che in pochi rispondano, visto che siamo in pochi a capirla.

    riguardo al Big Bang
    non sono ben esperto di queste cose, ma penso c’entri qualcosa la radiazione fossile.
    ho qualche appunto su una conferenza fatta da Margherita Hack a Bologna, ma in questo momento non li trovo tutti.
    c’è scritto che la teoria del big bang fece seguito alla studio sugli spettri di assorbimento delle nebulose, ne sai qualcosa?

    poi ho che le ricostruzioni fatte tramite le analisi di ricostruzione della “vita” dell’universo non ci permettono di andare a “vedere” prima dei 400mila anni dopo il big bang per via della ionizzazione dei gas che non permisero alla luce di passare.
    tra i 3 e gli 8 minuti le particelle elementari formarono i protoni e i neutroni, prima era impossibile per via dell’energia troppo elevata, per questo lo studio dei neutrini è importante, e qui si va sull’infinitamente piccolo.

    poi bisognerebbe andare ad approfondire l’argomento energia oscura e dell’accelerazione dell’espanzione dell’universo, e qui è infinitamente grande

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  6. Ciao!
    Scusate se rispondo a tarda ora ma sono stato indaffarato oggi…

    L’articolo non aveva grosse pretese scientifiche … Solo dare qualche spunto di discussione…

    Solo una risposta ad Elmar …

    “Per il problema dell’indeterminazione partirei dalla teoria che dice che il tempo è quantificato. Il quanto di tempo più piccolo possibile si chiama “tempo di Planck” ed è uguale a 5,391 E-44 secondi.”

    Si… No… Non lo so …. il “principio di indeterminazione” io lo metto tra le cosiddette “leggi di natura” (insieme al “nulla può andare più veloce della luce” ed amenità simili) Tempo di Plank, Lunghezza di plank, Massa di plank …. ..
    Ti faccio la considerazione di un altro mio vecchio professore (buonanima) che ci diceva ” se dovessi scommetere che cosa sara’ valido in Fisica da ora a cent’anni, punterei tutto sulla relatività speciale e nulla su quella generale….” parafrasando … io punterei tutto sull’indeterminazione nella sua espressine generale e nulla su molte sue derivazioni …. Chiaramente, mia opinione…

    Pero’, pensadoci, sarebbe bello ed elegante che in una delle regole che governano l’universo fosse scritta anche la sua orgine 8)

    Ciao
    Luca

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  7. @Fabio … Tutto giusto….
    Ma, come faceve notare anche Elmar, si tratta di disquisire su tempi dell’ordine mooooolto piu’ piccolo….

    Ci sarebbe da parlare anche delle cosiddette “fluttuazioni del vuoto” e del “livello energetico del vuoto” ma sono cose che ho poco studiato …

    Ciao
    Luca

      (Quote)  (Reply)

  8. nitopi :
    @Fabio … Tutto giusto….
    Ma, come faceve notare anche Elmar, si tratta di disquisire su tempi dell’ordine mooooolto piu’ piccolo….
    Ci sarebbe da parlare anche delle cosiddette “fluttuazioni del vuoto” e del “livello energetico del vuoto” ma sono cose che ho poco studiato …
    Ciao
    Luca

    L’energia di punto zero è molto interessante, si basa appunto sulla indeterminazione, nel vuoto c’è sempre un minimo di energia, data dalla formazione e annichilimento quasi istantaneo di particelle virtuali (rimando a wikipedia per i dettagli)

    Il bello è che ha effetti reali XD

    http://it.wikipedia.org/wiki/Energia_di_punto_zero

    effetto più rilevante:

    http://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Casimir

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  9. oddio l’energia di punto zero è una di quelle cose su cui andrei coi piedi di piombo, è fisica teorica allo stato puro e si può dire tutto e il contrario di tutto.

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  10. @ andreabont

    All’effetto Casimir non ci credo. Attribuisco l’adesione tra due lastre a forze di Van der Waals.

    Per me nella fisica c’è molta speculazione. Tornerei al metodo di Galileo Galilei: Una verità è confermata in maniera riproducibile da esperimenti p osservazioni. Applicando questo principio, ci sono un infinità di cose che decadono.

    Occorre tenere presente che la matematica non necessariamente descrive la natura. Qualsiasi risultato che produce ha bisogno di essere filtrato con il prinicpio di Galileo Galilei.

      (Quote)  (Reply)

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