Perché l'Universo è elettricamente neutro?
Aleph
chi te lo dice?"
Beh, usualmente cos� si assume, anche perch� da un lato non ci sono
osservazione che accreditino una carica netta, positiva o negativa, per
l'Universo globalmente inteso e d'altra parte in tutti i processi
d'interazione tra particelle elementari che conosciamo la carica elettrica
complessiva (algebricamente intesa) si conserva.
La neutralit� dell'Universo nel suo insieme impone dei legami strettissimi
e non banali tra attori diversi nel mondo delle interazioni fondamentali.
Ad esempio (limitandoci a considerare le particelle stabili o almeno a
vita media molto lunga) impone che per ogni protone nell'Universo esista
uno e un solo elettrone e quindi stabilisce anche (al tempo della
bariogenesi) un rapporto fisso e preciso tra alcune specie di quark
(adroni con carica frazionaria) e gli elettroni (leptoni), i quali sono
costituenti fondamentali del modello standard sensibili a interazioni
fondamentali differenti.
Arriviamo alle domande:
Esiste una simmetria (nel senso delle simmetrie discrete della fisica
delle particelle) o un superprincipio in grado di rendere conto della
neutralit� globale della materia? La supersimmetria, ad esempio, pu�
spiegare la neutralit� elettrica globale della materia? Oppure tale fatto
(se lo vogliamo considerare tale) lo dobbiamo considerare ad oggi come un
dato empirico ancora in cerca di una giustificazione?
Non so perch� ma questo fatto, l'Universalit� e la pervasivit� della
neutralit� (complessiva) della carica elettrica, proprio per via del suo
carattere fondamentale (e anche per l'identico abito formale delle leggi
di Newton e Coulomb), mi porta istintivamente a riconsiderare i tentativi
(peraltro falliti) fatti per primi da Kaluza e Klein, per ricondurre le
forze elettriche a effetti geometrici in spazi multidimensionali.
Saluti,
Aleph
--
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Elio Fabri
> La prima osservazione alla domanda posta in apertura potrebbe essere:
> "E chi te lo dice?"
Come *tutte* le affermazioni che capita di sentire sull'universo "in
toto".
> Beh, usualmente cos� si assume, anche perch� da un lato non ci sono
> osservazione che accreditino una carica netta, positiva o negativa,
> per l'Universo globalmente inteso
Nessuna osservazione puo' accreditare alcunche' sull'universo
"globalmente inteso", che non e' osservabile.
> Arriviamo alle domande:
>
> Esiste una simmetria (nel senso delle simmetrie discrete della fisica
> delle particelle) o un superprincipio in grado di rendere conto della
> neutralit� globale della materia?
Non vedo proprio come potrebbero...
Ma potrebbe anche essere una mia lacuna. Vediamo se qualcuno ha idee
diverse :)
--
Elio Fabri
La conoscenza viene da Papa Bondye, appartiene a tutti, e se non si
condivide si perde.
dumbo
"Aleph" <no_spam@no_spam.com> ha scritto nel messaggio
news:itsg4o$7pv$1...@news.newsland.it...
> Esiste una simmetria (nel senso delle simmetrie discrete della fisica
> delle particelle) o un superprincipio in grado di rendere conto della
> neutralit� globale della materia?
� una domanda che si pone nel caso di spazio
infinito, perch� in uno spazio riemanniano finito
e illimitato la risposta � nota: � la prima equazione
di Maxwell (teorema di Gauss) a imporre la neutralit�.
N� le osservazioni n� i modelli inflazionari escludono
la curvatura positiva dello spazio (anche se la divulgazione
insiste stranamente a dire che � piatto) quindi la risposta
potrebbe essere proprio questa: perch� l'universo � spazialmente
chiuso.
Ciao
Corrado
Re Bim
Aleph <no_spam@no_spam.com> ha scritto:
> La prima osservazione alla domanda posta in apertura potrebbe essere: "E
> chi te lo dice?"
>
Ti dir� di aver letto, in un libro che non trovo pi�, ma di cui ricordo
il titolo: "Teorie cosmogoniche rivali ", un fisico noto (Forse Bondi)
proporre un universo elettrico, in cui il valore assoluto della carica
dell'elettrone fosse di un fattore 10^10 minore di quella del protone.
Ci� potrebbe dar ragione all'espansione
ReBim
cometa_luminosa
> Aleph ha scritto:
> > La prima osservazione alla domanda posta in apertura potrebbe
> >essere: "E chi te lo dice?"
>
> Io farei un'obiezione piu' radicale: "che senso ha quell'affermazione?"
> Come *tutte* le affermazioni che capita di sentire sull'universo "in
> toto".
Pero', se invece di considerare *tutto* l'universo, se ne considerasse
solo una porzione, che contenga almeno quello osservabile, la domanda
avrebbe senso? Sarebbe possibile stabilire se c'e' una carica
elettrica globale?
--
cometa_luminosa
Aleph
> Aleph ha scritto:
> > La prima osservazione alla domanda posta in apertura potrebbe essere:
> > "E chi te lo dice?"
> Io farei un'obiezione piu' radicale: "che senso ha quell'affermazione?"
> Come *tutte* le affermazioni che capita di sentire sull'universo "in
> toto".
Il tuo dubbio mi sembra piuttosto estremo, e direi che se applicato
estensivamente, finirebbe per avere un effetto paralizzante in cosmologia,
scienza per cui l'oggetto principale di studio, per molti versi, � proprio
"l'Universo in toto" (dove con quest'espressione s'intende usualmente
l'Universo fisicamente osservabile).
La mia domanda � ricollegabile alla questione, per certi versi simile,
della prevalenza della materia sulla antimateria. Questione anch'essa
connessa alla considerazione dell'Universo "in toto" e considerata vieppi�
densa di significato oltrech� molto interessante.
squilibriochiarel
> > Beh, usualmente cos� si assume, anche perch� da un lato non ci sono
> > osservazione che accreditino una carica netta, positiva o negativa,
> > per l'Universo globalmente inteso
> Nessuna osservazione puo' accreditare alcunche' sull'universo
> "globalmente inteso", che non e' osservabile.
L'Universo osservabile (globalmente inteso) � osservabile per definizione
ed � l'unico Universo "globalmente inteso", che ha senso considerare.
popinga
> La prima osservazione alla domanda posta in apertura potrebbe essere: "E
> chi te lo dice?"
> Beh, usualmente cosi' si assume, anche perche' da un lato non ci sono
> osservazione che accreditino una carica netta, positiva o negativa, per
> l'Universo globalmente inteso e d'altra parte in tutti i processi
> d'interazione tra particelle elementari che conosciamo la carica elettrica
> complessiva (algebricamente intesa) si conserva.
Sull'assenza di osservazioni (sulla carica globale dell'Universo) ci
andrei cauto, cioe', credo non ci siano nemmeno osservazioni sulla sua
neutralita'.
> La neutralita' dell'Universo nel suo insieme impone dei legami strettissimi
> e non banali tra attori diversi nel mondo delle interazioni fondamentali.
> Ad esempio (limitandoci a considerare le particelle stabili o almeno a
> vita media molto lunga) impone che per ogni protone nell'Universo esista
> uno e un solo elettrone e quindi stabilisce anche (al tempo della
> bariogenesi) un rapporto fisso e preciso tra alcune specie di quark
> (adroni con carica frazionaria) e gli elettroni (leptoni), i quali sono
> costituenti fondamentali del modello standard sensibili a interazioni
> fondamentali differenti.
Un momento. Anche antiprotoni e positroni sono stabili. Assumendo
simmetria CP e/o conservazione del numero barionico, dovremmo a dire
che per ogni protone esiste un anti-protone, etc. Siccome queste
simmetrie sembrerebbero violate (almeno CP lo e' sicuramente), e
siccome non si osservano tracce significative di anti-materia
nell'universo, allora
si pensa che questi meccanismi di violazione avrebbero ridotto
fortemente l'abbondanza di antimateria presente in epoche
primordiali.
Per cui oggi diciamo che il numero di protoni bilancia sostanzialmente
il numero di elettroni; questa corrispondenza pero', non e' una
relazione esatta; credo sia data per buona in questo stadio evolutivo
dell'universo in cui si assume che l'antimateria residua sia
trascurabile. Ma potrebbe benissimo non essere cosi'.
> Arriviamo alle domande:
> Esiste una simmetria (nel senso delle simmetrie discrete della fisica
> delle particelle) o un superprincipio in grado di rendere conto della
> neutralita' globale della materia? La supersimmetria, ad esempio, puo'
> spiegare la neutralita' elettrica globale della materia? Oppure tale fatto
> (se lo vogliamo considerare tale) lo dobbiamo considerare ad oggi come un
> dato empirico ancora in cerca di una giustificazione?
Non la vedrei in questi termini. A livello di singoli processi fisici,
c'e' la conservazione della carica che e' qualcosa di piu' di un dato
empirico; e' associata (per il teorema della Noether) alla simmetria
di gauge locale, che e' alla base di tutte le teorie di campo. Quindi
non solo la supersimmetria, ma anche il modello standard o
l'elettromagnetismo, per dire.
Se diamo questa simmetria per buona, ne discende che la carica totale
dell'Universo si conserva. Cioe' la caria dell'Universo di "oggi", e'
la stessa di quello di un attimo dopo il Big-Bang.
A mio avviso, la domanda e' ricondotta in "perch� l'Universo e' *nato*
elettricamente neutro?".
La risposta semplice e' immaginare il Big Bang come una fase in cui si
passa dall'assenza di materia (quindi assenza di particelle cariche)
alla produzione rapida di tutte le particelle, nel rispetto della
conservazione della carica.
Forse esistono risposte piu' elaborate. Certo uno puo' anche pensare
che l'Universo sia partito da una asimmetria netta di carica: in tal
caso, anche l'asimmetria materia-antimateria potrebbe essere
facilmente ricondotta ad una asimmetria iniziale, arbitraria, senza
nemmeno invocare le condizioni di Sakharov.
Aleph
> "Aleph" <no_spam@no_spam.com> ha scritto:
...
> > Esiste una simmetria (nel senso delle simmetrie discrete della fisica
> > delle particelle) o un superprincipio in grado di rendere conto della
> > neutralit� globale della materia?
> � una domanda che si pone nel caso di spazio
> infinito, perch� in uno spazio riemanniano finito
> e illimitato la risposta � nota: � la prima equazione
> di Maxwell (teorema di Gauss) a imporre la neutralit�.
Bisognerebbe essere sicuri che l'invarianza di gauge
dell'elettromagnetismo vale sempre indipendentemente dal valore della
temperatura.
E' stato ipotizzato che in passato potrebbe non essere stato cos�.
http://prd.aps.org/abstract/PRD/v47/i8/p3144_1
> N� le osservazioni n� i modelli inflazionari escludono
> la curvatura positiva dello spazio (anche se la divulgazione
> insiste stranamente a dire che � piatto) quindi la risposta
> potrebbe essere proprio questa: perch� l'universo � spazialmente
> chiuso.
Vale a dire che la neutralit� dell'Universo "implicherebbe" che esso �
spazialmente finito?
Mi sembra un po' forte come affermazione e non riesco a coglierne appieno
la necessit�.
Comunque se nell'Universo globale l'antimateria � minoritaria e se la
carica globale � nulla (conservata) significa che la conservazione della
carica elettrica (e la simmetria di gauge dell'elettromagnetismo ad essa
collegata) � un principio pi� forte di quelli collegati alla simmetria di
coniugazione di carica insieme alla simmetria di parit�.
dumbo
"Re Bim" <20186i...@mynewsgate.net> ha scritto nel messaggio
news:201106281...@mynewsgate.net...
>
> Aleph <no_spam@no_spam.com> ha scritto:
>
>> La prima osservazione alla domanda posta in apertura potrebbe essere: "E
>> chi te lo dice?"
>>
> Ti dir� di aver letto, in un libro che non trovo pi�, ma di cui ricordo
> il titolo: "Teorie cosmogoniche rivali ", un fisico noto (Forse Bondi)
s�, � un vecchio libro divulgativo ma fatto bene, degli anni
sessanta o settanta. Il titolo esatto � " Teorie cosmologiche rivali " ;
c' � un capitolo intitolato "un universo elettrico" , col modello
che hai detto.
> un fisico noto (Forse Bondi)
se ricordo bene era Lyttleton. Forse tutti e due.
>proporre un universo elettrico, in cui il valore assoluto della carica
> dell'elettrone fosse di un fattore 10^10 minore di quella del protone.
> Ci� potrebbe dar ragione all'espansione
la proposta non ha avuto successo perch� (o meglio: anche
perch�) le misure di laboratorio dimostrano che la differenza
di carica fra elettrone e protone, se non � zero, � molto pi�
piccola di quella richiesta dal modello.
ciao,
Corrado
Giorgio Bibbiani
> Ti dir� di aver letto, in un libro che non trovo pi�, ma di cui
> ricordo il titolo: "Teorie cosmogoniche rivali ", un fisico noto
> (Forse Bondi) proporre un universo elettrico, in cui il valore
> assoluto della carica dell'elettrone fosse di un fattore 10^10 minore
Un fattore 10^-10 (e non 10^10 ;-) e' comunque tanto, in effetti
allora sarebbero evidentissime forze elettrostatiche repulsive
macroscopiche nella materia anche non ionizzata, Bondi ipotizzava
una possibile differenza di un fattore 2 * 10^-18 tra la carica
del protone e quella dell'elettrone:
http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/53460/RLE_QPR_059_VII.pdf?sequence=1
sperimentalmente pero' il limite e' piu' stringente ed e' attualmente
almeno minore di 10^-21, v. ad es.:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0370269384917520
Ciao
--
Giorgio Bibbiani
dumbo
news:iud9ni$cfl$1...@news.newsland.it...
> dumbo ha scritto:
>> "Aleph" <no_spam@no_spam.com> ha scritto:
...
>> > Esiste una simmetria (nel senso delle simmetrie discrete della fisica
>> > delle particelle) o un superprincipio in grado di rendere conto della
>> > neutralità globale della materia?
>
>> in uno spazio riemanniano finito e illimitato la risposta
>> è nota: è la prima equazione di Maxwell (teorema di Gauss)
>> a imporre la neutralità.
>
> Bisognerebbe essere sicuri che l'invarianza di gauge
> dell'elettromagnetismo vale sempre indipendentemente dal valore della
> temperatura.
> E' stato ipotizzato che in passato potrebbe non essere stato così.
>
> http://prd.aps.org/abstract/PRD/v47/i8/p3144_1
scurdammoce 'o passato
(e grazie del link).
>> quindi la risposta potrebbe essere proprio questa:
>> perchè l'universo è spazialmente chiuso.
>
> Vale a dire che la neutralità dell'Universo "implicherebbe" che esso è
> spazialmente finito?
no, il contrario: la finitezza implica la neutralità.
E' per la topologia dello spazio chiuso, vedi per
esempio Landau, Teoria dei Campi, nel capitolo
sulla cosmologia con volume spaziale finito.
Se le osservazioni danno carica zero, allora una
possibile (non necessariamente l' unica) spiegazione
è la curvatura positiva.
ciao,
Corrado
Aleph
> "Aleph" <no_spam@no_spam.it> ha scritto:
...
> Se le osservazioni danno carica zero, allora una
> possibile (non necessariamente l' unica) spiegazione
> � la curvatura positiva.
Qualcosa (di poco conclusivo) sulle osservazioni:
http://www.universetoday.com/71726/astronomy-without-a-telescope-a-universe-free-of-charge/
popinga
> Bisognerebbe essere sicuri che l'invarianza di gauge
> dell'elettromagnetismo vale sempre indipendentemente dal valore della
> temperatura.
> E' stato ipotizzato che in passato potrebbe non essere stato cos�.
In effetti le simmetrie, i principi e tutta la fisica che conosciamo
potrebbero non essere veri alla scala di Plank... a quanto ne so
(quasi nulla) si tratta di una materia del tutto aperta alla
speculazione.
> > N� le osservazioni n� i modelli inflazionari escludono
> > la curvatura positiva dello spazio (anche se la divulgazione
> > insiste stranamente a dire che � piatto) quindi la risposta
> > potrebbe essere proprio questa: perch� l'universo � spazialmente
> > chiuso.
>
> Vale a dire che la neutralit� dell'Universo "implicherebbe" che esso �
> spazialmente finito?
> Mi sembra un po' forte come affermazione e non riesco a coglierne appieno
> la necessit�.
Manno', tu hai chiesto quali condizioni potrebbero implicare la
neutralita' dell'universo, e dumbo ti ha risposto che questa puo'
essere garantita dalle equazioni di maxwell in una geometria chiusa.
Ma cio' non implica il viceversa. Anzi direi che cio' non aggiunge
nulla alla nostra conoscenza dell'universo.
> Comunque se nell'Universo globale l'antimateria � minoritaria e se la
> carica globale � nulla (conservata) significa che la conservazione della
> carica elettrica (e la simmetria di gauge dell'elettromagnetismo ad essa
> collegata) � un principio pi� forte di quelli collegati alla simmetria di
> coniugazione di carica insieme alla simmetria di parit�. �
Si'. questo e' sicuro (a prescindere dalla cosmologia).
Sbagliero', ma credo che la conservazione di carica sia "forte" almeno
quanto il teorema CPT.