Singolarità gravitazionale

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Universo
Big bang manifold (it).png
Struttura a grande scala dell'universo
Singolarità gravitazionale
Inflazione cosmica
Varianza cosmica
Universo di de Sitter
Effetto visivo di un buco nero situato davanti ad un campo di stelle

Una singolarità gravitazionale è un punto dello spaziotempo in cui il campo gravitazionale ha tendenza verso un valore infinito. Inoltre, secondo alcune teorie fisiche sull'origine dell'universo, l'universo stesso potrebbe avere avuto inizio con una singolarità gravitazionale (il Big Bang) e potrebbe finire con essa (il Big Crunch).

Le singolarità sono possibilità previste dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein nel caso in cui la densità della materia raggiunga valori così elevati da provocare un collasso gravitazionale dello spaziotempo. Tale singolarità risulterebbe avvolta da un buco nero caratterizzato da un orizzonte degli eventi oltre il quale ogni indagine risulta impossibile.

Ai fini della dimostrazione dei teoremi sulle singolarità di Penrose–Hawking, uno spaziotempo con una singolarità si definisce come quello che contiene una geodetica che non si può estendere in maniera liscia[1][2]. Si ritiene che la fine di tale geodetica sia appunto la singolarità. Questa è una diversa definizione, utile per le dimostrazioni dei teoremi.

I due tipi più importanti di singolarità spaziotemporali sono le singolarità di curvatura e le singolarità coniche.[3] Le singolarità si possono dividere anche a seconda se siano coperte da un orizzonte degli eventi oppure no (singolarità nude).[4] Secondo la relatività generale, lo stato iniziale dell'universo, al principio del Big Bang, era una singolarità. Sia la relatività generale che la meccanica quantistica falliscono nel descrivere il Big Bang,[5] ma, in generale, la meccanica quantistica non ammette che le particelle occupino uno spazio più piccolo delle loro lunghezze d'onda.[6] Un altro tipo di singolarità prevista dalla relatività generale è all'interno di un buco nero: qualsiasi stella che collassi oltre un certo punto (il raggio di Schwarzschild) formerebbe un buco nero, dentro al quale sarebbe formata una singolarità (coperta da un orizzonte degli eventi), mentre tutta la materia affluirebbe in un certo punto (o in una certa linea circolare, se il buco nero sta ruotando).[7] Questo sempre secondo la relatività generale senza la meccanica quantistica, che vieta alle particelle simili a onde di entrare in uno spazio più piccolo della loro lunghezza d'onda. Queste singolarità ipotetiche sono conosciute anche come singolarità di curvatura.

Tante ipotesi sfruttate soprattutto dalla fantascienza sono nate attorno alle singolarità ed al loro comportamento: comunicazione con altri universi paralleli, scorciatoie per raggiungere distanze incommensurabili, macchine del tempo.

Molti ricercatori ritengono che una teoria unificata della gravitazione e della meccanica quantistica (la gravità quantistica) permetterà in futuro di descrivere in modo più appropriato i fenomeni connessi con la nascita di una singolarità nel collasso gravitazionale delle stelle massicce e l'origine stessa dell'universo.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Emmanuel Moulay, The universe and photons, FQXi Foundational Questions Institute. URL consultato il 26 dicembre 2012.
  2. ^ S. W. Hawking e G. F. R. Ellis, The Large Scale Structure of Space Time, Cambridge, Cambridge University Press, 1994, ISBN 0-521-09906-4.
  3. ^ Claes Uggla, Spacetime singularities in Einstein Online, Max Planck Institute for Gravitational Physics.
  4. ^ (EN) Patrick Di Justo e Kevin Grazier, The Science of Battlestar Galactica, New York, John Wiley & Sons, 2010, p. 181, ISBN 978-0470399095.
  5. ^ Stephen Hawking, The Beginning of Time in Stephen Hawking: The Official Website, Cambridge University. URL consultato il 26 dicembre 2012.
  6. ^ Ernest Zebrowski, A History of the Circle: Mathematical Reasoning and the Physical Universe, Piscataway NJ, Rutgers University Press, 2000, p. 180, ISBN 978-0813528984.
  7. ^ Eric Curiel, Peter Bokulich, Singularities and Black Holes in Stanford Encyclopedia of Philosophy, Center for the Study of Language and Information, Stanford University. URL consultato il 26 dicembre 2012.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Hermann Bondi, La relatività e il senso comune, Bologna, Zanichelli, 1963
  • Sean M. Carroll, Spacetime and Geometry: An introduction to General Relativity. Spacetime and Geometry, Addison-Wesley, 2004. ISBN 0-8053-8732-3
  • Rodolfo Damiani, La Relatività, lo spirituale nella scienza, Barzago, Marna, 2005. ISBN 88-7203-295-4
  • Arthur Stanley Eddington, Spazio, tempo e gravitazione: la teoria della relatività generale, Torino, Bollati Boringhieri, 2003. ISBN 88-339-0287-0
  • Albert Einstein, Come io vedo il mondo. La teoria della relatività, Collana Grandi Tascabili Newton Compton, Bologna, Newton Compton Editore, 1975
  • Misner, Thorne, & Wheeler: Gravitation, Freeman, 1973
  • Wolfgang Pauli, Teoria della relatività, Torino, Bollati Boringhieri, 2008. ISBN 978-88-339-1864-8
  • Tullio Regge, Spazio, tempo e universo: passato, presente e futuro della teoria della relatività, Torino, Utet, 2005. ISBN 88-7750-945-7
  • Bertrand Russell, L'ABC della relatività, prefazione di Piergiorgio Odifreddi, Milano, Tea, 2008. ISBN 978-88-502-0648-3
  • Bernard F. Schutz, A First Course in General Relativity, Cambridge University Press, 1985. ISBN 0-521-27703-5
  • John Stewart, Advanced General Relativity, Cambridge University Press, 1993. ISBN 0-521-44946-4
  • Kip S. Thorne, Charles W. Misner, John A. Wheeler, Gravitation, San Francisco, W. H. Freeman, 1973. ISBN 0-7167-0344-0
  • Robert M. Wald, General Relativity (1984), University of Chicago Press. ISBN 0-226-87033-2
  • Steven Weinberg, Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity, J.Wiley, 1972. ISBN 0-471-92567-5
  • Clifford M. Will, Theory and Experiment in Gravitational Physics, Cambridge University Press, 1993. ISBN 0-521-43973-6
  • R. Oliveri, "La teoria della relatività e le sue interpretazioni filosofiche", Ennepilibri

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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