Davide ha scritto:
Salve professore,
sono uno studente di quinta P.N.I. [...] Il tema che intendo trattare è "La Distanza" [...] soprattutto in ambito scientifico: ho intenzione di trattare i 3 principali sistemi di misurazione delle distanze nello spazio, vale a dire quello delle Cefeidi, della parallasse e del Red Shift. Vorrei che questi 3 argomenti [...] costituissero lo "scheletro" della mia tesina, in quanto poi vorrei ampliare il mio discorso introducendo cenni di astrofisica [...] e ricollegandomi, in fisica, alla teoria della relatività per cui le distanze si accorciano avvicinandosi alla velocità della luce. Volevo chiederle un parere sulla tesina, e rivolgerle un paio di domande:
1. Secondo lei, quali aspetti dell'astrofisica in particolare potrei toccare in relazione alle distanze nell'universo (non necessariamente ai tre metodi di misurazione)?
2. Come posso collegare la teoria della relatività alla misurazione delle distanze? Cioè: in che modo la teoria della relatività e in particolare l'accorciamento delle distanze influisce sulle misurazioni?
RingraziandoLa infinitamente fin da ora della cortese attenzione che mi riserverà, aspetto la Sua risposta.
Le mie risposte:
1. I tre metodi che citi sono solo alcuni di quelli che formano la cosiddetta cosmic distance ladder (scala delle distanze cosmiche). Se vuoi espandere questo argomento, che sconfina in modo naturale nella Cosmologia, possono esserti utili le seguenti indicazioni:
- una bella immagine che mette in relazione le distanze cosmiche con i metodi impiegati per misurarle
- la voce Cosmic distance ladder di Wikipedia
- una presentazione molto sintetica dei principali metodi di misura delle distanze The cosmic distance ladder (University of Mariland prof. Immler)
- un documento che illustra in modo sintetico e completo i principali metodi di misura delle distanze L' ABC delle distanze astronomiche. Il documento è parte di un tutorial di Introduzione alla cosmologia nel sito vialattea.net.
- le seguenti parti delle dispense di Astrofisica del prof. P. Monaco Dipartimento di Astronomia di Trieste (richiedono impegno ma puoi limitarti a coglierne gli aspetti essenziali) :La misura delle distanze in astronomia e La scala delle distanze cosmiche e l'espansione di Hubble
Un possibile legame con un tema di astrofisica è la scoperta negli anni Settanta da parte di Vera Rubin della cosiddetta materia oscura, cioè di una forma di materia che presenta interazione gravitazionale ma non elettromagnetica. (In realtà questo è un tema affascinante, che meriterebbe da solo una tesina…). Per comprendere la scoperta della Rubin basta una buona conoscenza della teoria della gravitazione di Newton e un po' di algebra.
Puoi cominciare a leggere la voce Dark Matter di Wikipedia … Se l'argomento ti interessa, puoi leggere l'articolo scritto da Vera Rubin La materia oscura nelle galassie a spirale Le Scienze agosto 1983. (Puoi cercare la rivista in qualche biblioteca, magari quella della tua scuola, oppure cercare nelle edicole Le Scienze 40 anni (€ 14,90) che contiene in 2 DVD tutti gli articoli pubblicati nella rivista dal 1968 al 2008)
Un altro tema affascinante (più impegnativo del precedente, e anch'esso meritevole di una tesina dedicata…) è il metodo di misura di distanze mediante le Supernovae Ia. Puoi trovare una semplice introduzione a questi metodi alla pagina I calibratori di distanza – le supernovae in galassie esterne
Le misure di distanze extragalattiche mediante SN Ia hanno permesso di fare una scoperta sensazionale: l'Universo sta accelerando!
Il sito del Supernova cosmology group High Redshift Supernova Search Supernova Cosmology Project è ricchissimo di informazioni e immagini e di puntatori ad articoli sul tema.
Se l'argomento ti incuriosisce, ti segnalo due articoli decisamente impegnativi - ma comunque abbordabili- di due dei più autorevoli ricercatori del campo:
- Robert P. Kirshner Supernovae, an accelerating universe and the cosmological constant .Nella prima metà Kirshner illustra il metodo di misura delle distanza, mentre nella seconda (sempre divulgativa, ma più tecnica perché affronta argomenti complessi) spiega come dai dati sulle distanze extragalattiche sia possibile stabilire che l’universo sta accelerando.
- S. Perlmutter Supernovae, dark energy and accelerating universe
2. Quando misuriamo la distanza fra noi e un punto -per esempio, una stella o il centro di una galassia- stiamo misurando la lunghezza propria L0 di un ipotetico "regolo" avente come estremi quel punto e la nostra posizione. Questo regolo è a riposo rispetto a noi, cioè non abbiamo alcun moto relativo rispetto ad esso. Quindi non c'è alcun effetto di contrazione. Questo effetto di contrazione sarebbe riscontrato da un astronauta che, muovendosi lungo il "regolo" con velocità v, ne misurasse la distanza: il risultato della sua misura sarebbe L0 [1-(v/c)2]1/2.
Concludendo: la teoria della relatività ristretta non presenta legami immediati con le misure di distanze che hai preso in considerazione.
Buon lavoro