Breve storia del tempo - Riassunto di Stephen Hawking
Dal Big Bang ai buchi neri
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Sinossi
Una breve storia del tempo è un riassunto conciso delle origini e della natura del nostro universo. Stephen Hawking guida i lettori attraverso l'evoluzione della nostra comprensione scientifica. Inizia con la legge di gravità di Newton nel 1600 fino alle moderne teorie sull'inizio dell'universo. Questo libro è una guida chiara e comprensibile all'universo. Dai buchi neri ai viaggi nel tempo, Stephen Hawking spiega alcuni dei misteri più essenziali del nostro universo.
La prospettiva di Stephen Hawking
Stephen Hawking è stato considerato uno dei più brillanti fisici teorici della storia. Il suo lavoro sulle origini e la struttura dell'universo, dal Big Bang ai buchi neri, ha rivoluzionato il campo. Hawking è nato a Oxford in una famiglia di medici. Hawking ha iniziato la sua formazione universitaria all'University College di Oxford nell'ottobre 1959. Ha ricevuto una laurea di prima classe in fisica. Poi, Hawking iniziò il suo lavoro di laurea al Trinity Hall, Cambridge, nell'ottobre 1962. Ha ottenuto il suo dottorato in matematica applicata e fisica teorica, specializzandosi in relatività generale e cosmologia, nel marzo 1966. È stato professore lucasiano di matematica all'Università di Cambridge tra il 1979 e il 2009. All'età di 21 anni, mentre studiava cosmologia all'Università di Cambridge, gli fu diagnosticata la sclerosi laterale amiotrofica (SLA). Parte della storia della sua vita è stata rappresentata nel film del 2014 La teoria del tutto.
Le teorie del passato possono predire il futuro
Stephen Hawking spiega ai lettori che una teoria è un modello che spiega accuratamente le osservazioni nel nostro ambiente. Le teorie più ampiamente accettate sono supportate da risultati coerenti attraverso diversi esperimenti. Queste teorie spiegano quindi come e perché le cose accadono nel nostro ambiente.
Hawking offre due vantaggi associati allo sviluppo delle teorie:
- Le teorie offrono una base agli scienziati per fare previsioni su eventi futuri. Hawking fornisce l'esempio della teoria della gravità di Newton. Questa teoria ha permesso agli scienziati di prevedere i futuri movimenti dei pianeti.
- Le teorie non sono mai completamente consolidate. Questo significa che possono essere continuamente migliorate man mano che emergono nuove prove. Questa natura confutabile è cruciale per lo sviluppo della nostra conoscenza.
Le teorie scientifiche ci permettono di dedurre la natura del nostro universo futuro. Tuttavia, è sempre in evoluzione e sempre più precisa nel prevedere il futuro.
La teoria della gravità di Newton ha significativamente evoluto la nostra comprensione
La teoria della gravità di Newton fu rivoluzionaria. Durante il 1600, la gente credeva che gli oggetti fossero naturalmente a riposo assoluto. Quindi, senza alcuna azione, l'oggetto sarebbe rimasto fermo. Newton ribaltò questa idea suggerendo che tutti gli oggetti dell'universo sono in costante movimento. Questa teoria fu sostenuta da Newton osservando i pianeti in continuo movimento l'uno rispetto all'altro.
Le tre leggi di Newton
Sulla base delle scoperte di Newton, ha sviluppato tre leggi:
- Tutti gli oggetti continueranno a muoversi in linea retta se non agiti da un'altra forza.
- Un oggetto accelererà ad un tasso proporzionale alla forza che agisce su di esso. Inoltre, maggiore è la massa di un oggetto, meno una forza influisce sul suo moto.
- Tutti i corpi nell'universo attraggono altri corpi con una forza proporzionale alla massa di ciascun oggetto.
La velocità della luce sfida la teoria di Newton
Poiché siamo in costante movimento rispetto ad altri oggetti, Newton ha descritto la velocità come relativa ad altri oggetti. Tuttavia, Hawking spiega che la nostra comprensione della velocità della luce ha messo in discussione questa parte della teoria di Newton. La velocità della luce deve essere sempre una costante e non relativa. È sempre di 186.000 miglia al secondo. La soluzione a questo buco nella teoria di Newton fu risolta all'inizio del ventesimo secolo da Albert Einstein. In particolare, la teoria della relatività di Einstein.
Il tempo non è fisso
La teoria della relatività si basava sulla teoria della gravità di Newton, rendendo conto che la velocità della luce è una costante. Einstein suggerì che le leggi della scienza sono le stesse per tutti gli osservatori in movimento libero. Quindi, questo spiega la costanza della velocità della luce. Non importa la velocità di un osservatore che si muove liberamente, la velocità della luce sarà la stessa. Il ragionamento dietro questo principio è che il tempo è relativo piuttosto che fisso.
Hawking usa un'analogia per spiegare questo punto. Immaginate che un lampo di luce venga emesso verso due osservatori. Uno di questi osservatori sta viaggiando verso la luce mentre l'altro sta viaggiando più velocemente nella direzione opposta. La velocità della luce rimane la stessa per ogni osservatore perché è costante. Tuttavia, il tempo è determinato dalla distanza percorsa divisa per la velocità. Quindi, i due osservatori percepirebbero la luce emessa in punti temporali diversi. Fondamentalmente, questo significa che nessuno dei due osservatori sarebbe errato nel registrare il momento in cui la luce è stata emessa per la prima volta. Invece, il tempo sarà relativo e unico per ciascuno degli osservatori.
Lo stato quantico ci aiuta a misurare le particelle
Tutta la materia è costituita da particelle. Quindi, per capire meglio l'universo, dobbiamo capire le particelle, compreso il loro comportamento e la loro velocità. Hawking spiega che le particelle sono particolarmente difficili da misurare. Più precisamente si cerca di misurare la posizione di una particella, più incerta diventa la sua velocità. Allo stesso modo, più precisamente si cerca di misurare la sua velocità, meno specifica diventa la posizione della particella. Questo fenomeno è stato scoperto negli anni '20 ed è chiamato principio di indeterminazione.
Per superare le limitazioni della misurazione delle particelle, gli scienziati hanno iniziato a misurare lo stato quantico delle particelle. Lo stato quantico combina molte possibili posizioni e velocità di una particella. Quindi, è attualmente impossibile per uno scienziato osservare l'esatta posizione e velocità di una particella. Invece, gli scienziati devono tracciare tutti i posti probabili in cui potrebbe essere e determinare quale di questi è più probabile. Questo richiede agli scienziati di osservare le particelle come se fossero onde.
La varietà di posizioni in cui una particella può apparire può essere tracciata come quella che sembra un'onda continua e oscillante. Le posizioni più probabili della particella si presentano dove gli archi e le depressioni sono conformi l'uno all'altro.
Oggetti massicci che curvano lo spazio-tempo causano la gravità
Hawking spiega che la gravità di oggetti massicci causa la curvatura dello spazio-tempo. Inoltre, masse enormi come il nostro sole alterano lo spazio-tempo. Immaginate l'analogia dello spazio-tempo come una coperta stesa e tenuta in aria. Posizionando un oggetto al centro della coperta, la coperta si incurverà e l'oggetto affonderà. Una volta prodotta questa curva, altri oggetti seguono queste curve nello spazio-tempo. Hawking spiega che questo avviene perché un oggetto percorre sempre il percorso più breve tra due punti. Con gli oggetti più grandi, questo è un'orbita circolare.
Lo spazio-tempo è la quarta dimensione del nostro mondo. I fisici usano lo spazio-tempo per descrivere gli eventi nell'universo. Per questi scienziati, un evento si verifica in una particolare posizione nello spazio e nel tempo. Gli scienziati devono considerare il tempo perché la teoria della relatività afferma che il tempo è relativo. Di conseguenza, è un fattore essenziale per descrivere la natura di un evento. Fondamentalmente, la nostra comprensione dello spazio-tempo ci ha permesso di sviluppare la teoria della gravità.
Stelle collassate possono produrre buchi neri
Le stelle hanno bisogno di enormi quantità di energia per produrre calore e luce. Inoltre, poiché spesso hanno una lunga durata di vita, questa quantità si accumula. Quando questa energia si esaurisce, la stella muore. La dimensione della stella determinerà poi il prodotto della sua morte. Per esempio, le stelle massicce producono buchi neri.
Hawking spiega perché la morte delle stelle giganti può produrre buchi neri. I buchi neri sono creati da questi eventi perché l'attrazione gravitazionale delle stelle massicce è così forte. Le stelle usano la loro energia per evitare di collassare a causa della forte attrazione gravitazionale. Tuttavia, una volta che la stella ha esaurito l'energia, inizia a collassare su se stessa. Tutta la materia circostante viene tirata all'interno verso un punto sferico infinitamente denso, chiamato singolarità. Questa singolarità è ciò che chiamiamo un buco nero.
L'attrazione di un buco nero è così forte che la luce si piega lungo di esso. Inoltre, la sua forte attrazione gravitazionale impedisce a qualsiasi cosa che attraversa un particolare confine intorno ad esso di fuggire di nuovo. Hawking nota che questo punto di non ritorno è chiamato orizzonte degli eventi. La luce è la cosa che si muove più velocemente nell'universo. Tuttavia, anche la luce non può sfuggire ai buchi neri. Poiché la luce non può sfuggire ai buchi neri, questo evidenzia un dilemma per osservarli. Tuttavia, gli scienziati cercano gli effetti gravitazionali sull'universo e i raggi X prodotti quando il buco nero risucchia e fa a pezzi la materia.
Il tempo può solo andare avanti
Hawking spiega in A Brief History of Time che l'espansione dell'universo permette al tempo di andare avanti. Tuttavia, diversi scienziati non hanno rinunciato alla possibilità che l'universo cominci a contrarsi e che il tempo cominci a scorrere all'indietro. Nonostante questo, Hawking sostiene che ci sono diversi forti indicatori che suggeriscono che il tempo può solo andare avanti.
Le frecce del tempo
La seconda legge della termodinamica si chiama entropia. L'entropia suggerisce che il disordine tende ad aumentare con il tempo. Il disordine generalmente non si riordina spontaneamente, suggerendo che il tempo può solo andare avanti. Per esempio, una tazza rotta non si riordina spontaneamente. Questa è la freccia termodinamica del tempo. Allo stesso modo, svilupperete un ricordo di questa tazza rotta. Tuttavia, prima di questo evento, non sareste in grado di ricordare la sua futura posizione sul pavimento. Questa è la freccia psicologica del tempo. Infine, la freccia cosmologica del tempo si riferisce all'espansione dell'universo. Man mano che l'universo si espande, l'entropia aumenta.
Supponiamo che il disordine nell'universo raggiunga il suo punto massimo. In quel caso, l'universo potrebbe iniziare a contrarsi, invertendo la freccia cosmologica del tempo. Tuttavia, non lo sapremmo perché gli esseri intelligenti possono esistere solo quando il disordine aumenta. Questo perché ci affidiamo al processo di entropia per scomporre il nostro cibo in energia. Di conseguenza, il tempo potrebbe un giorno muoversi all'indietro. Tuttavia, non saremo lì a vederlo.
Le quattro forze fondamentali
La gravità è una delle forze fondamentali dell'universo. Tuttavia, Hawking descrive altre tre forze fondamentali dell'universo.
Forza elettromagnetica
Le forze elettromagnetiche possono essere osservate su tutte le particelle con cariche elettriche. Questo include elettroni e quark. Inoltre, queste forze creano eventi come un magnete che si attacca ad un frigorifero. Queste forze possono essere attrattive o repulsive. L'attrazione si verifica tra particelle caricate positivamente e negativamente. Al contrario, la repulsione si verifica quando due particelle ugualmente cariche si incontrano. Hawking sottolinea che questa forza è molto più forte della gravità e ha un impatto anche sugli atomi più piccoli.
Forza nucleare debole
La forza nucleare debole agisce su tutte le particelle che compongono la materia. Questa forza è considerata debole perché può esercitare la forza solo a brevi distanze. La forza nucleare produce radioattività. Ad energie più alte, la forza della forza nucleare debole aumenta fino a raggiungere la forza elettromagnetica.
Forza nucleare forte
Questa forza nucleare può legare protoni e neutroni nel nucleo di un atomo. Allo stesso modo, può legare piccoli quark all'interno di protoni e neutroni. La forza nucleare forte differisce da quella debole perché si indebolisce alle energie più alte.
Grande energia di unificazione
Esiste uno stato di alta energia chiamato energia di grande unificazione. Questo stato si verifica quando tutte e tre le forze raggiungono la stessa forza. Così facendo, diventano aspetti diversi di un'unica forza. Hawking suggerisce che questa forza unitaria potrebbe aver giocato un ruolo significativo nella creazione del nostro universo.
Come è avvenuto il Big Bang?
Gli scienziati sono quasi completamente d'accordo sul fatto che il big bang sia avvenuto. Tuttavia, molti scienziati non sono d'accordo su come il big bang sia avvenuto. Ci sono due importanti teorie su come il big bang possa essere avvenuto.
Il modello del Big Bang caldo
- L'universo è iniziato con dimensioni zero ed era infinitamente caldo e denso.
- Il big bang ha prodotto l'espansione, che successivamente ha raffreddato la temperatura dell'universo. La ragione di questo raffreddamento è che la temperatura si è diffusa ulteriormente.
- Nelle prime ore di questa espansione, la maggior parte degli elementi attuali dell'universo sono stati creati.
- I corpi più grandi all'interno dell'universo hanno iniziato a ruotare a causa della gravità, il che ha creato le galassie.
- Nubi di gas di idrogeno ed elio hanno poi iniziato a collassare all'interno di queste galassie. Questo collasso, associato ad una collisione di atomi, ha creato reazioni di fusione nucleare. Queste reazioni furono l'origine delle stelle.
- La morte e il collasso di queste stelle crearono enormi esplosioni stellari che espulsero altri elementi nell'universo. Questi elementi hanno contribuito a creare altre stelle e pianeti.
Il modello inflazionistico
- L'energia dell'universo primordiale era così alta che le forze delle tre forze di cui si è parlato sopra erano uguali.
- Con l'espansione dell'universo, queste tre forze hanno sviluppato forze diverse. Questo avvenne rapidamente.
- Con le forze che si dividono in forza, un'enorme quantità di energia è stata rilasciata.
- Il rilascio di energia ha creato un effetto antigravitazionale.
- L'effetto antigravitazionale ha fatto sì che l'universo si espandesse ancora più rapidamente.
Citazione conclusiva
"Se esiste davvero una teoria unificata completa che governa tutto, presumibilmente determina anche le vostre azioni. Ma lo fa in un modo che è impossibile da calcolare per un organismo complicato come un essere umano. La ragione per cui diciamo che gli esseri umani hanno il libero arbitrio è perché non possiamo prevedere cosa faranno".
- Stephen Hawking
Valutazione
Valutazione di StoryShots: 4.4/5
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