venerdì 21 giugno 2019

Le grandi domande della vita: Il giorno più lungo

In questa edizione estiva, oltre a celebrare il solstizio d'estate, un paio di domande sulla nascita dell'universo e un'annosa questione legata ai rapporti evolutivi tra uomini e donne.
Il solstizio d'estate
Oggi alle 17:54 è iniziata l'estate astronomica. Durante il solstizio d'estate, le ore di luce sono massime: il Sole è visibile nel cielo dall'alba al tramonto per all'incirca 15 ore, 6 minuti e 30 secondi. Da domani in poi le ore di luce andranno via via diminuendo in maniera sempre più impercettibile fino all'equinozio d'autunno, quando le ore diurne e quelle notturne dureranno 12 ore ciascuna. La diminuzione delle ore diurne continuerà fino al solstizio d'inverno, che quest'anno cade il 22 dicembre, quando saranno le ore notturne a raggiungere la loro durata massima. Dal solstizio d'inverno le ore di luce ricominceranno ad aumentare fino al successivo solstizio d'estate, passando nel frattempo per l'equinozio di primavera che, come quello d'autunno, è definito dalla durata di 12 ore ciascuno per notte e dì.
La principale causa dell'alternarsi delle stagioni sulla Terra è l'inclinazione dell'asse terrestre rispetto al piano di rotazione. Questo, infatti, risulta inclinato di circa $23.4^\circ$ rispetto alla perpendicolare al piano. Questo vuol dire anche che i due emisferi nord e sud sperimentano stagioni opposte uno rispetto all'altro, mentre i punti in cui il Sole sorge e tramonta ogni giorno si spostano nel corso dell'anno e non sono mai esattamente a est e ovest tranne che in due giorni all'anno.
Di riti e celebrazioni legate al solstizio d'estate il mondo è decisamente pieno: in questa sede mi limito semplicemente a ricordare che in Italia il solstizio d'estate è legato alla figura di San Giovanni Battista, che in effetti viene festeggiato il 24 giugno. Questa scelta è ovviamente dovuta all'obiettivo non solo di sovrapporsi, ma far dimenticare i riti pagani precedenti all'avvento della chiesa cattolica. La festa del solstizio, infatti, sembra durasse dai 3 ai 4 giorni e nell'antica Roma culminava proprio il 24 giugno con la festa del Natalis Solis Invicti, la festa dell'invincibile sole nascente(1).
Il centro dell'universo
Adrian Fartade sul suo AstroCaffé ha da poco cercato di rispondere proprio all'annosa domanda sul centro dell'universo. Il video ve lo metto alla fine della sezione, ma nel frattempo andiamo a vedere la risposta. Partiamo dalle basi.
Secondo la teoria del Big Bang, la materia era tutta concentrata in un punto di densità infinita, ovvero in una singolarità, proprio come quella che si trova al centro di un buco nero. Ovviamente se il parallellismo è corretto, questo vuol dire che la fisica dei primissimi istanti dell'universo è a noi completamente ignota, e questo in parte potrebbe spiegare perché la costante di Hubble calcolata dalla radiazione cosmica di fondo sia così differente rispetto a quella calcolata con le cefeidi, per esempio. Questa, però, è un'altra storia, che magari proverò a raccontare in altra occasione. Torniamo alla nascita dell'universo.
A un certo punto il precario equilibrio viene rotto e lo spaziotempo inizia a espandersi, la temperatura media si abbassa e le particelle iniziano a legarsi tra loro: i quark formano i nucleoni e quindi gli altri barioni; protoni e neutroni formano i nuclei atomici; i protoni iniziano a catturare gli elettroni per formare gli atomi di idrogeno, i più facili da realizzare, ed eventualmente anche qualche atomo di elio, giusto un po' più complicato.
La radiazione prodotta durante quella che è detta era della ricombinazione è quella che oggi osserviamo come radiazione cosmica di fondo e ci racconta che l'universo non era così omogeneo come vorrebbe la teoria: sebbene queste disomogeneità erano estremamente piccole, ancora non è chiaro come si sono generate e soprattutto se sono veramente sufficienti per spiegare l'universo così come lo vediamo oggi.
Il vero problema che però assilla soprattutto i non addetti ai lavori è quello del centro dell'universo: se lo spaziotempo si è espanso da un punto in cui tutta la materia era concentrata, allora l'universo dovrebbe avere un centro. Le osservazioni, però, ci dicono che tutti i punti si allontanano uno dall'altro alla stessa velocità e che al massimo si può parlare di centro dell'universo osservabile, che coincide con il punto di osservazione, e non di centro dell'universo. Il modo volgare di raccontare tale affermazione è dire che tutti i punti dello spaziotempo sono centro di espansione dell'universo stesso.
Il che, lasciatevelo dire, è una semplificazione fatta perché la matematica, e in particolare la geometria, è difficile! Eppure l'universo un centro geometrico ce l'ha.
Supponiamo di avere una superficie sferica. A un certo punto inizia a espandersi a causa della pressione interna (che potrebbe essere stata generata, ad esempio, da una rottura della simmetria). La superficie della sfera è una forma geometrica bidimensionale che si espande in uno spazio tridimensionale che viene creato man mano che la sfera si espande. Per gli abitanti della superficie della sfera le zone a loro circostanti si allontanano da loro e una rispetto all'altra tutte alla stessa velocità media, quindi concludono che non esiste alcun punto speciale. Il che è vero per quel che riguarda la superficie della sfera. Se però prendiamo la sfera come oggetto tridimensionale, quindi includendo anche il suo interno, il punto speciale esiste, ed è proprio il centro della sfera. Questi, però, è irraggiungibile per gli abitanti della superficie, perché, essendo esseri bidimensionali, per raggiungerlo dovrebbero potersi muovere anche nella terza dimensione, cosa che per loro è impossibile. Gli abitanti della sfera, infatti, vengono trascinati dallo spaziotempo lungo questa direzione, quindi essi dovrebbero in qualche modo bucare la superficie ed entrare nell'universo.
Trasportiamo questa analogia al nostro universo: noi viviamo sulla superficie tridimensionale di un universo a 4 (quattro!) dimensioni. E per noi la quarta dimensione spaziale è il tempo. Quindi per determinare la posizione del centro, ovvero per poter entrare nell'universo, dovremmo viaggiare nel tempo, ovvero tornare alle posizioni precedentemente occupate dalla superficie su cui viviamo. La radiazione cosmica di fondo è un modo per compiere questo viaggio indietro nel tempo, ma non sufficientemente indietro da osservare l'istante iniziale dell'espansione cosmica. In ogni caso possedere l'informazione della coordinata temporale non ci permetterebbe di visualizzare la posizione geometrica del centro dell'universo, perché per noi esseri tridimensionali è impossibile visualizzare uno spazio con una dimensione in più rispetto alla nostra.
Sempre restando al Big Bang, c'è una domanda interessante sul nulla che precedeva il Big Bang, cui ho in qualche modo fornito una risposta in precedenza. Visto che ci sono, si può vedere la faccenda in maniera leggermente differente. Partiamo da questa semplice constatazione: prima del Big Bang le particelle erano prive di massa. Quindi, per quel che ne sappiamo, l'universo prima dell'espansione dello spaziotempo era un mare infinito di particelle che si muovevano alla velocità della luce all'interno di uno schiumeggiare quantistico. A un certo punto la precaria simmetria su cui si reggeva tale schiuma quantistica viene a rompersi: spunta all'interno dello spaziotempo il bosone di Higgs che acquista massa e dà inizio al meccanismo che permette a tutte le particelle di acquisire a loro volta massa. In questo momento lo spaziotempo inizia a espandersi.
Quindi, più che altro, non è che prima del Big Bang non c'era nulla, ma semplicemente l'universo era solo energia.

Perché agli uomini piacciono le scollature
In realtà dovrei dire i muscoli che si intravedono grazie alle scollature, ma credo che il senso sia abbastanza chiaro. La domanda, in effetti, è spuntata un po' di tempo fa nelle storie di Ilaria Mencarelli e vista la stagione estiva con una produzione di scollature abbastanza importante, mi sembrava una buona idea provare a fornire uno spunto per una possibile risposta, che evidentemente coinvolge la teoria dell'evoluzione.
Secondo quanto scrive Bridget Axel, le spiegazioni sono molte e nessuna veramente definitiva. La spiegazione più curiosa è quella dell'utilità per i bambini: i cuccioli avevano, cioé, qualcosa cui aggrapparsi mentre la madre se ne andava in giro alla ricerca di bacche e radici.
Un'altra spiegazione interessante lega il seno alla necessità di avere delle riserve di energia, un po' come le gobbe dei cammelli. L'uso principale di tale grasso è evitare il surriscaldamento. La motivazione per cui tale grasso non si è accumulato anche negli uomini nella stessa zona è dovuto sempre al fatto che il compito di trasportare e nutrire la prole nel primo periodo di vita era affidato alla madre.
Quale che sia l'uso iniziale dei seni, questi hanno innegabilmente attirato l'attenzione dei maschi, diventando degli elementi di selezione sessuale. Non dimentichiamo che le mammelle sono, nei mammiferi, il primo sistema di nutrimento per i cuccioli, quindi le loro dimensioni sono un ottimo indicatore per capire chi potrebbe essere il miglior individuo con cui procreare.
Con l'evoluzione sociale e culturale questo è passato da atto utile alla conservazione della specie a momento di condivisione e di piacere, però l'evoluzione culturale non coincide con quella biologica: abbiamo ancora tutta una serie di istinti che ci portiamo dall'epoca delle caverne e questi vengono immediatamente notati quando lo sguardo dei maschi indulge in maniera piuttosto evidente in estate sulle scollature femminili.
La cosa, però, potrebbe essere un po' più complicata di così e coinvolgere anche la chimica del piacere, come si fa notare su live science, ovvero che in qualche modo anche le donne hanno fatto sì che tale attegiamento maschile non sia andato a scomparire. Anche in questo caso, quale che sia la risposta, il meccanismo che ha guidato e continua a guidare i nostri comportamenti è uno solo: l'evoluzione, cui, come tutti gli animali, siamo soggetti.
  1. via meteoweb.eu 

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