Legge di Pulvirenti sulle distanze astronomiche

Big Bang, Energia oscura, gravitone

Domande esistenziali sull'Universo

In questo articolo risponderò a un altro gruppo di domande sull'Universo e parlerò ancora della Relatività Generale di Einstein

Elenco delle domande a cui risponderò:

  1. Big Bang?
  2. Energia oscura?
  3. Età dell'Universo?
  4. Dimensione dell'Universo?
  5. Max dimensione visibile dell'Universo?
  6. Relatività generale di Einstein?
  7. Equazione sul calcolo delle distanze

In questa trattazione ci saranno molti calcoli e formule, quindi, per i non addetti ai lavori conviene che guardino il video introduttivo; quello di approfondimento è più adatto agli esperti che non si accontentano delle parole.

Redshift (Spostamento verso il rosso)

E' lo spostamento verso il rosso delle righe di emissione degli elementi.

Può essere dovuto a uno di questi motivi:

  1. L'effetto Doppler dovuto all'allontanamento della sorgente
  2. L'espansione dell'Universo, la quale crea nuovo spazio tra sorgente ed osservatore, aumentando la lunghezza d'onda
  3. Effetti gravitazionali di corpi massicci, come quasar e buchi neri

Quello che analizzeremo è il secondo, quello che si supponeva fosse determinato dall'espansione dell'Universo

Siccome l'elemento più abbondante nell'Universo è l'Idrogeno (H), useremo una sua onda di emissione caratteristica che è di 656,3 nm.

Nuova Teoria sulla perdita di energia delle onde elettromagnetiche

Teoria: "Le onde elettromagnetiche emettono un pacchetto di gravitoni per ogni oscillazione completa.
Nello spazio vuoto, la perdita di energia della radiazione è dovuta all'emissione di gravitoni.
L'onda elettromagnetica, perdendo energia, aumenta la sua lunghezza d'onda."

La quantità di energia persa per ogni oscillazione è di: 9,20378016 * 10-33 eV

A parità di spazio percorso, due onde elettromagnetiche a diversa frequenza d'onda (energia), perdono la stessa % di energia.
Questo perché l'onda a frequenza più alta, oscillando più volte per il medesimo tragitto, emette più energia in valore assoluto, ma pari energia in percentuale.

1 Mpc (Mega parsec) ed energia del Gravitone
Grandezza Unità Valore Descrizione
Distanza percorsa Mpc 1 pari a 3,26 Myl (milioni di anni luce)
Lunghezza d'onda iniziale nm 656,30 Radiazione alfa dell'Idrogeno (H)
Lunghezza d'onda finale nm 656,46 si è allungata perdendo un pò di energia
Energia iniziale eV 1,889291
Energia finale eV 1,888868
Energia persa eV 0,000423 (% 0,024) Un neutrino ha un'energia intorno a 1 eV

L'energia persa attraversando oltre 3 milioni di anni luce di spazio, è davvero piccola anche in % (0,024);
da questo ne consegue che la luce può attraversare grandi spazi nell'Universo restando quasi costante energeticamente.

Curvatura dei raggi luminosi

La curva dei raggi luminosi adesso ha una spiegazione semplice.
I raggi luminosi si curvano perché vengono attratti dalla forza di gravità degli oggetti massicci, in quanto anche loro emettono gravitoni e quindi sono soggetti all'attrazione gravitazionale.
Essendo che le onde elettromagnetiche emettono pochi pacchetti di gravitoni rispetto alle masse, ed essendo molto veloci (viaggiano alla velocità della luce) la curva si evidenzia solo in presenza di grandi masse.

Questa è la curvatura che dovrebbero avere le onde elettromagnetiche, nel caso in cui la Relatività Generale di Einstein fosse vera.

Ne consegue che non è lo spazio a piegarsi, come fantasiosamente Einsten aveva pensato, ma è l'effetto dei gravitoni a curvarli.

Dimensione dell'Universo

Disegno dell'Universo

Secondo la scienza attuale, l'Universo avrebbe un raggio r = 47 Gyl (Miliardi di anni luce) e quindi un diametro d = 94 Gyl.

In genere però, la grandezza dell'Universo e delle galassie più lontane, non viene indicata come intervallo di spazio, ma come distanza nel tempo. Così facendo l'Universo sarebbe grande circa 13,7 Gy (Miliardi di anni) e le prime galassie sarebbero nate circa mezzo miliardo di anni dopo.

Chiaramente questo è sbagliato e lo dimostrerò.


UDFj-39546284

Prendiamo i due oggetti celesti più lontani mai osservati (reperibili tramite il catalogo NED: http://ned.ipac.caltech.edu/ ),
i quali hanno un Redshift di 11,9 e vediamoli nel dettaglio.

Grandezza / nome Unità Valore Descrizione
UDF12 39546284 (UDFj-39546284) z 11,9 Sorgente di raggi gamma più lontana
UDF12-3954-6285 z 11,9 Galassia più lontana
Lunghezza d'onda iniziale dell'H nm 656,3 energia iniziale 1,889 eV
Lunghezza d'onda finale nm 8466 nella banda dell'infrarosso
Energia iniziale eV 1,889
Energia finale eV 0,146
Energia persa eV 1,743 pari al 92,25 %
Distanza Gyl 36,4
Radiazione di fondo e grandezza dell'Universo

Grandezza / nome Unità Valore Descrizione
Radiazione di fondo mm 1,9 da 1 mm in poi siamo nella banda delle Onde radio
Energia iniziale eV 1,889 supponendo che provenga dall'H
Energia finale eV 0,000663 pari allo 0,035 %
Energia persa eV 1,888628 pari al 99,965 %
Distanza Gyl 113,3 fino a un max di 131 Gyc per la radiazione più debole

La radiazione di fondo dovrebbe indicare la posizione dello strato d'idrogeno che avvolge l'intero Universo.
Il valore di maggiore intensità si situa a 113 Gyc (λ = 1,9 mm), mentre l'estremo più distante a 131 Gyc (λ = 5 mm).
Può darsi che tale idrogeno sia in continua formazione e che l'Universo sia in crescita, ma soltanto dai bordi in poi.

Onda radio percepibile
Grandezza / nome Unità Valore Descrizione
Lunghezza dell'onda radio km 12756 Diametro della Terra
Energia finale eV 9,7 *10-11 energia dell'onda radio
Distanza Gyl 337 Max distanza da cui percepiamo la radiazione dell'H

Ipotizzando che l'onda radio più lunga che possiamo percepire è quella pari al diametro della Terra (in realtà si potrebbe allungare ancora il filo curvandolo); la massima distanza che possiamo scrutare nell'Universo è superiore alla dimensione attuale dell'Universo intero (diametro).

Distanza massima per una radiazione elettromagnetica dell'H
Grandezza / nome Unità Valore Descrizione
Energia iniziale eV 1,889 supponendo che provenga dall'H
Energia finale eV 10-32 pari all'energia dell'ultimo gravitone che emetterà
Distanza Gyl 1060 Da oltre questa distanza, non possono arrivarci i fotoni emessi dall'H a 653 nm

Se l'Universo sta crescendo, a noi potrebbero giungere fotoni emessi dall'H che si trova a una distanza max di 1060 miliardi di anni luce.
Siccome le ultime oscillazioni di tale radiazione, avrebbero lunghezze d'onda pari a 10 Gyl (miliardi di anni luce) noi non li potremmo mai percepire.

Universo osservabile

La luce blu emessa dalle stelle giovani, può essere osservata fino a una certa distanza.
Nel grafico indica in quale banda dello spettro tale radiazione viene osservata.
Con i telescopi nel visibile possiamo arrivare a 5 Gyc (miliardi di anni luce); nell'estremo infrarosso fino a 108 Gyc, con le microonde fino a 206 Gyc, con le onde radio fino a 1000 Gyc, a 1063 Gyc la radiazione elettromagnetica si esaurisce completamente.

La radiazione di fondo dello spazio, che si trova nelle microonde, ci dice che il confine dell'Universo si situa tra i a 113 Gyc e i 131 Gyc, quindi, il diametro dell'Universo dovrebbe essere al max di 262 Gyc.

Conclusione

Le domande che hanno ricevuto una risposta sono:

  1. Big Bang?
    non è mai avvenuto, in quanto le galassie non si stanno all'ontanando tutte, le une dalle altre;
  2. Energia oscura?
    non esiste, in quanto l'Universo non si sta espandendo in modo accelerato, ma sono le onde elettromagnetiche che perdono energia propagandosi nello spazio.
    Un'energia (oscura) con le caratteristiche ipotizzate (aumenta di intensità nel tempo) era già assurda immaginarla.
  3. Età dell'Universo?
    non meno di 115 miliardi di anni, tempo che ha impiegato la radiazione di fondo a raggiungerci;
  4. Dimensione dell'Universo?
    diametro intorno a 260 Gyl (miliardi di anni luce)
  5. Max distanza scrutabile?
    è pari a 337 Gyl di raggio, con onde radio lunghe come il diametro della Terra;
  6. Max distanza percorribile dalla luce?
    per la radiazione dell'H è di 1060 Gyl, ben superiore all'intero diametro (230 Gyl).
  7. Relatività generale di Einstein?
    viene confutata per l'ennesima volta, in quanto la curvatura dei raggi luminosi non è dovuta alla piega dello spazio-tempo, ma all'attrazione gravitazionale delle onde.

By Alessandro Pulvirenti (01/05/2019) valori aggiornati il 22/10/2020

Dubbi...

Facciamo l'avvocato del diavolo sollevando vari dubbi:

  1. Se la radiazione di fondo non fosse emessa dall'H?
    allora l'Universo avrebbe un raggio sicuramente superiore ai 113 Gyl, ma con un massimo non ancora individuato.
    Potrebbe esserci energia che proviene dall'esterno dell'Universo... (chi c'è li fuori?)
  2. Come fai a essere sicuro che le onde elettromagnetiche emettono gravitoni?
    - perché la loro energia è compatibile con la forza di gravità;
    - perché la curvatura dei raggi luminosi è un ulteriore conferma che essi sono soggetti alla forza di gravità;
    E se anche non emettessero gravitoni, tutti i ragionamenti sulle distanze resterebbero validi, perché le onde perdono comunque energia attraversando lo spazio.
  3. Come fa la massa ad essere trasparente alla forza di gravità (la gravità non si può schermare con una massa)?
    Poste due masse da 1kg a una distanza di 1 m l'una dall'altra, i gravitoni assorbiti da una massa ed emessi dall'altra sono solo 1 ogni 6,7 miliardi che la attraversano.
  4. Un solo gravitone viene emesso per ogni oscillazione di un'onda elettromagnetica?
    No, un pacchetto di gravitoni.
    Il numero preciso non è stato ancora calcolato.
  5. Come mai nessuno ha mai detto/pensato che le onde elettromagnetiche potessero emettere dei gravitoni?
    Perché la loro energia è così piccola che non è rilevabile negli esperimenti.
    Si può sapere della loro presenza solo indirettamente così come avviene per i neutroni e per i neutrini.
  6. Ma non era solo la massa ad esercitare una forza di gravità?
    La massa è energia; le onde elettromagnetiche sono energia radiante, quindi anche quest'ultime sono soggette alla forza di gravità emettendo gravitoni.
    La vera forza di gravità si manifesta tra due entità composte di energia (sia che siano radianti come le onde, che sotto forma di massa).
  7. le onde elettromagnetiche perdono energia?
    La vecchia teoria che prevedeva che le onde elettromagnetiche possano percorrere distante indefinite senza perdere energia è sbagliata.
    Difatti, lo spostamento verso il rosso, cioé una riduzione della frequenza e quindi di energia, è già una dimostrazione che le onde elettromagnetiche possano perdere energia.
Calcoli

Legenda

  • E: energia dell'onda all'emissione (partenza)
  • Eg: energia persa dall'onda ad ogni oscillazione
  • Ef: energia dell'onda quando arriva a noi (finale)
  • h: costante di Planck
  • c: velocità della luce nel vuoto
  • u: 1 s3/m2 (convertitore di unità di misura)
  • λ: lunghezza d'onda
  • Dmax: distanza massima consumando tutta l'energia
  • Df: distanza ancora percorribile dall'onda quando arriva da noi (finale)
  • D: distanza percorsa dall'emissione (partenza) a quando arriva a noi (finale)
  • n: numero di oscillazioni max che l'onda elettromagnetica può fare perdendo tutta la sua energia
  • nf: numero di oscillazioni che l'onda elettromagnetica potrebbe ancora fare quando arriva a noi

(1) L'energia di un'onda in base alla lunghezza d'onda


(2) Ricaviamo la lunghezza d'onda dipendente dall'energia


n = E / Eg

(2b) Il numero n di oscillazioni totali che un'onda può fare, prima di perdere tutta la sua energia è pari all'energia totale della radiazione E fratto l'energia persa per ogni oscillazione Eg = 10-32eV (per la precisione Eg = 9,65 * 10-33 eV)

(3) La distanza massima percorribile è data dalla sommatoria di tutte le lunghezze d'onda di ogni oscillazione.
Siccome le onde, perdendo energia, aumentano la loro lunghezza d'onda;
per sapere la distanza totale, dobbiamo sommare tutte le lunghezze d'onda che sono crescenti, man mano che perdono energia.


(4) h, c ed Eg: essendo delle costanti, si possono raggruppare in una costante K.


(5) La costante K, si può portare fuori e moltiplica una Serie armonica (1/i).
La serie armonica è circa uguale al logaritmo naturale di n (numero oscillazioni totali).


(6) La costante K, si può portare fuori e moltiplica una Serie armonica (1/i).
La serie armonica è circa uguale al logaritmo naturale di n (numero oscillazioni totali).


(7) Per le proprietà dei logaritmi, la differenza dei logaritmi si può esprimere come il logaritmo della frazione dei loro argomenti.


n è dato dall'energia iniziale dell'onda, fratto l'energia persa dall'onda ad ogni oscillazione.


nf è dato dall'energia finale dell'onda, fratto l'energia persa dall'onda ad ogni oscillazione.


(8) Sostituendo e semplificando...


(9) Sotto il logaritmo resta il rapporto tra l'energia iniziale dell'onda e quella finale.


(9a) Sapendo che l'energia di un'onda elettromagnetica è data dalla costante di Plank (h) per la frequenza della radiazione.


(9b) Andando a sostituire e semplificando


Ricordandoci a cosa equivale il redshift usando le frequenze


(9c) Otteniamo che: il rapporto tra l'energia iniziale e quella finale è pari a (z + 1).


Sostituendo il rapporto delle energie con (z + 1), otteniamo la formula finale.

1a legge di Pulvirenti sul calcolo delle distanze astronomiche

La distanza degli astri dipende dal redshift z secondo questa equazione.


5uc3 Unità Descrizione
1,3472 * 1026 m metri
1,4240 * 1010 y l anni luce
14,240 G y l miliardi di anni luce
4366 Mpc Mega parsec

5uc3 è una costante che rappresenta una distanza.
Precedentemente veniva indicata con K, ma poi bisognava specificare come calcolarla.



A parità di spazio percorso, due radiazioni a diversa frequenza d'onda, perdono la stessa percentuale di energia e quindi hanno lo stesso redshift.
Il redshift è indipendente dalla frequenza dell'onda considerata.

Es: se due onde, una con frequenza doppia dell'altra (e quindi con energia doppia): la prima, oscillando il doppio delle volte rispetto alla seconda, per il medesimo tragitto, emette il doppio di energia in valore assoluto, e quindi la stessa percentuale di energia.

Confronto tra la legge di Hubble e la legge di Pulvirenti

La legge di Hubble aveva dei problemi intrinsici:

I corpi celesti più lontani osservati (con z = 11.9) superano di 12 volte la velocità della luce.

Per ovviare a questa assurdità, si è ipotizzato (anzi affermato) che tale velocità era dovuta all'espansione dell'Universo, quindi era lo spazio che si dilatava.
Assurdo! Nessuna radiazione può superare la velocità della luce nel vuoto.

Si cercò di limitare la linearità della Legge di Hubble utilizzando la Relatività di Einstein, complicando ulteriormente la situazione.


Con la mia legge sulla degradazione fotonica, non c'è bisogno d'inventarsi cose assurde.

Nel grafico accanto si può osservare come a parità di z le distanze ottenute sono più realistiche.

Il corpo celeste più lontano osservato (z = 11.9) con la legge di Hubble lineare (senza correzioni) disterebbe oltre 170 Gyl (miliardi di anni luce), mentre con la mia legge sulla degradazione fotonica, la distanza risulta essere di 36,4 Gyl.