Discussione:Energia potenziale gravitazionale

Energia potenziale gravitazionale
Argomento di scuola secondaria di II grado
Materia	fisica
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Progetto Wikipedia e scuola italiana

Se si cancellano gli errori e tutto quello che non c'entra...

...resta solo la prima riga, quella che dice:

L'energia gravitazionale è l'energia associata ad un campo gravitazionale.

• Un po' poco per una voce di fisica. Qui di seguito riporto tutto il resto e spiego perché non va bene. Ma sia chiaro che questo non è il luogo per insegnare la fisica a chi non la sa, quindi non ho intenzione di mettermi a discutere oltre su quanto segue. Le mie osservazioni sono semplicemente la premessa di una successiva proposta di cancellazione di tutto il contenuto della voce.

Secondo la meccanica classica, tra due masse esiste energia gravitazionale potenziale. Questa energia è regolata dalla formula di Newton del prodotto delle masse fratto il quadrato della distanza.

• Sbagliato. Proporzionale all'inverso del quadrato della distanza è la forza, non l'energia.

Nella formula di Newton non compare il fattore tempo, per cui secondo la meccanica classica se una massa sparisce, cessa, attorno a questa e istantaneamente la forza generata;

• E questo varrebbe anche se nella formula di Newton comparisse anche il fattore tempo: infatti dipende dal concetto di "azione a distanza", non dalla dipendenza o meno dal tempo.

secondo invece la Relatività ogni forma d'energia crea un campo e questo ubbidisce alle leggi di Lorentz: La Relatività dà all'energia gravitazionale una velocità, quella della luce, e una particella, il gravitone;

• in Relatività, al contrario, ogni campo (materiale o di forza) contibuisce al tensore energia-impulso che figura nell'equazione del campo gravitazionale, tranne il campo gravitazionale stesso. Tant'è vero che la definizione stessa di "energia del campo gravitazionale" è uno dei problemi aperti della gravità relativistica (ed è risolto solo sotto una serie di ipotesi restrittive). Le leggi di Lorentz (quali?) non sono affatto equazioni di campo; un'energia non ha una velocità (l'energia non è un ente fisico, è una grandezza fisica: al limite si propaga con una certa velocità); il fatto che esista un quanto di campo graitazionale (il gravitone) è un concetto del tutto estraneo alla Relatività generale, che non è una teoria quantistica.

l'energia gravitazionale nasce perciò dalle onde gravitazionali.Da circa un secolo i laboratori di tante università sono alla ricerca della conferma delle previsioni di Einstein e ci sono prove indirette della loro presenza attraverso l'osservazione di due stelle di neutroni orbitanti l'una sull'altra. La loro evanescenza quantistica legata alla debolezza della forza gravitazionale a micro distanza fa si che per il principio di Bergmann ogni strumento diventa esso stesso componente dell'esperimento rendendo così impossibile il risultato.

• Cosa c'entrano adesso le onde gravitazionali? La frase sull'evanescenza quantistica e sul principio di Bergmann è proprio priva di senso. Da notare che finora non c'è ancora scritto cosa sia l'energia gravitazionale (in Relatività, specificamente).

L'energia gravitazionale agisce a distanza infinita e, come avviene anche per il campo elettromagnetico, l'intensità dell'interazione di massa diminuisce all'aumentare della distanza tra i corpi interagenti, con una legge della proporzionalità inversa al quadrato della distanza.

• Peccato che in Relatività l'azione a distanza proprio non esista. L'interazione newtoniana si ottiene come effetto classico per una opportuna classe di soluzioni delle equazioni di Einstein (le metriche di Schwarzschild).

Risultano forti indizi di correlazione perciò tra fotone e gravitone : medesima velocità relativistica , medesimo campo infinito d’azione, medesima massa nulla a riposo e medesima vita, praticamente infinita.( Carlo Baccigalupi, Settore di Astrofisica, SISSA, Trieste http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2009/Ucau090206d001/

• Nel linguaggio scientifico correlazione ha un significato preciso: qui si parla semplicemente di 'analogia'. Che in realtà si riduce al fatto che la masse di entrambe le particelle è nulla (il resto è una conseguenza). Viceversa, le due particelle hanno spin diverso, e oltretutto la relatività generale è una teoria non lineare, quindi per i gravitoni il principio di sovrapposizione vale solo in prima approssimazione. Alla faccia della somiglianza.

Ma mentre il fotone nasce soprattutto dall’interscambio leptonico - eccetto il processo di annichilazione e la transizione nucleare

• cavoli, sarà meglio che facciamo attenzione ogni volta che accendiamo una lampadina...

- il gravitone emergerebbe dallo scambio barionico del nucleo atomico dove si concentra oltre il 99,9 per cento della massa e proporzionalmente alla massa, vengono mediati più gravitoni che risulterebbero dei bosoni vettori di gouge. Come dice Gino Isidori dei Laboratori Nazionali di Frascati, INFN,(http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2009/Ucau090901d001 ) non c'è una sostanziale differenza fra fotoni e gravitoni:

• La frase di Isidori (tratta da un contesto puramente divulgativo) è estrapolata da una risposta a una domanda, e ha senso solo in relazione alla domanda. Peraltro, io la trovo alquanto imprecisa, e non credo proprio che lui si esprimerebbe in questo modo nella voce di un'enciclopedia.

entrambe viaggiano alla velocità della luce (nel vuoto), entrambe sono responsabili di una forza che ha un raggio d'azione infinito, ed entrambe coprono distanze incommensurabili nei loro viaggi nell'universo ( non occorrono fonti perchè sono concetti accertati e presenti in tutti i testi di Fisica ) Il principio della conservazione dell'energia richiede che questa energia di campo potenziale gravitazionale sia sempre negativa.

• Ma si può sapere di quale energia gravitazionale si sta parlando qui? Se qualcuno riporta qui la citazione precisa della frase di Guth, magari si capisce. Ma ho l'impressione che chi ha messo la citazione l'abbia semplicemente copiata da qui, e non abbia consultato quella fonte. Il fatto che l'energia gravitazionale sia negativa, nella teoria newtoniana, dipende solo dal fatto che decresce con la distanza dal centro della forza, e dovunque si decida di mettere lo zero (che per un'energia è sempre convenzionale), a una certa distanza diventa comunque negativa. In altri termini, l'energia potenziale del campo gravitazionale non è limitata inferiormente (e infatti i sistemi di masse gravitanti non ammettono configurazioni di equilibrio stabile), In campo relativistico invece la cosa è completamente differente, ma qui siamo proprio su un altro pianeta.

Natura dell'energia gravitazionale

Per Galilei e Newton la forza gravitazionale era un tipo di energia istantanea che non aveva bisogno di intermediari per agire da un corpo all’altro. Newton infatti nella sua formula non inserisce il tempo ma semplicemente le masse e la loro distanza.

$F=GMm/d^{2}$

• Aridàgli. Visto che questa è un'enciclopedia, è troppo pretendere che non si confonda forza con energia? La formula della forza è pure sbagliata: a differenza dell'energia, la forza è una gradezza vettoriale, non scalare.

Secondo invece la Fisica relativistica einsteniana ogni forza è generata da un campo e ogni campo energetico deve rispettare le equazioni di Lorentz e quindi non può esistere l’istantaneità ma una qualsiasi forma di energia per agire su un’altra particella ha bisogno di un tempo. Einstein applicando alla forza gravitazionale la trasformazioni del gruppo di Lorentz e il concetto di spaziotempo di Minkowski , lo studioso che per primo affermò che il tempo e lo spazio si potevano annullare singolarmente e perché il concetto potesse continuare a vivere occorreva unirle nella nuova definizione di spazio-tempo, considera il campo gravitazionale uno spazio simile a quello elettromagnetico e per conseguenza ha bisogno di una particella mediatrice – il gravitone o gravifotone – in grado muoversi alla velocità di 300.000 km/s.

• Questa sarebbe la versione più dettagliata di quanto già scritto più sopra, suppongo. Tutto questo è una caricatura di quello che uno troverebbe su un testo divulgativo scadente. Dico caricatura perché è scritto in un linguaggio che sarebbe eufemistico definire impreciso, con l'aggiunta di una ricostruzione (di cosa disse Minkowski e di cosa fece Einstein) che sarebbe eufemistico definire fantasiosa.

• Quello che segue, che è stato verosimilmente preso di peso da un'altra voce, ha solo un difetto: non c'entra assolutamente nulla.

le trasformazioni di Lorentz assumono la forma:

[...]

• Il seguito riattacca col tono - diciamo fantasioso - di prima:

Il conflitto relativistico nasce poi quando nella Relatività Generale si considera il campo gravitazionale non più un vero campo di forza ma un sistema, unico in tutta la storia della scienza, capace di modificare il tempo e lo spazio, secondo il modello matematico di Minkowski e quindi non necessità più di nessuna particella mediatrice. E’ pur vero che in matematica si possono percorrere più strade per raggiungere il medesimo risultato ma è anche vero che le due interpretazioni negano o ammettono una particella energetica, in questo caso il gravitone. Secondo perciò la Fisica classica se un corpo sparisse all’istante cesserebbe anche la forza di attrazione che questo genera; secondo invece la Relatività Generale, la forza continuerebbe ad agire fino all’esaurimento della sua corsa verso le altre masse.In pratica se sparisse il Sole, la Terra si accorgerebbe dell’assenza della forza gravitazione della nostra stella dopo circa otto minuti e mezzo, il tempo cioè che le particelle della gravitazione dal Sole raggiungono la Terra.

• C'è da chiedersi come mai nessuno ha mai fatto l'esperimento di far sparire istantaneamente una massa, per vedere se la forza di gravità cessa di botto o no. (Già. Peccato che esista una legge di conservazione della massa-energia, che impedisce di fare un esperimento simile)

Alla luce dei risultati di questi ultimi anni possiamo affermare che il gravitone esiste e che si tratta di un bosone a spin 2.

• Di questi ultimi anni? Che il campo gravitazionale abbia spin 2 lo si sa da settant'anni (W.Pauli and M. Fierz, Proc. Roy. Soc. ( London) A73, 211 (1939)); che esista il gravitone, è un'altra questione. Come tutti sanno (persino gli spettatori di Voyager, credo) al momento non esiste una teoria completa e coerente della gravità quantistica, e inoltre non sono ancora state osservate direttamente onde gravitazionali. Considerato che il gravitone è un quanto di onda gravitazionale... Segue altro pezzo copiato senza nessuna attinenza con l'argomento:

Spazio euclideo e metrica di Lorentz

Nello spazio euclideo, cioè nel calcolo dello spazio ordinario, la metrica delle distanze viene così formulata

[...]

Le leggi fisiche devono essere perciò invarianti in riferimento a tali trasformazioni. Non è solo il tempo che varia ma anche la massa cambia col moto dell’osservatore e tende all’infinito se la sua velocità si avvicina a quella del fotone.

• Segue considerazione che non discende in nessun modo da quello che è stato appena scritto:

Possiamo così dire in sintesi che “La presenza di materia-energia in un certo spazio-tempo, genera un campo di forza gravitazionale, e le sue variazioni sono percepite in ritardo nello spaziotempo” circostante. Siamo perciò di fronte ad una proprietà di covarianza generale.

• La covarianza generale è un'altra cosa. Segue ulteriore pezzo messo lì, suppongo, per accreditare le considerazioni precedenti. Peccato che non ci sia il minimo riferimento all'energia gravitazionale.

Buchi neri e metrica di Schwartzchild

La formulazione tensoriale di Einstein è abbastanza complessa e solo in pochissimi semplici casi esistono le esatte soluzioni alla equazione di campo gravitazionale e queste sono le soluzioni di Schwartzchild, Kerr, e Reissler Nordstrom. Sono tutte soluzioni delle equazioni per un campo gravitazionale nella regione che circonda una massa a simmetria sferica. Nel primo caso, non rotante, nel secondo, rotante, nel terzo, dotata anche di carica elettrica. Queste soluzioni sono valide ovunque, salvo a distanze enormi dalla massa dove coincidono con le equazioni di campo classico di Newton.

• (NB L'ultima affermazione è molto imprecisa)

La metrica di Schwartzchild (simmetria sferica e statica) ha la forma seguente:

[...]

L'esistenza di un raggio di "non-ritorno" per la luce è suggerito anche dal semplice calcolo basato sulla teoria gravitazionale di Newton: ad un raggio r, la velocità di fuga da una massa M per una particella lanciata verso l'alto è v = √GM/ r / Poiché questa espressione è indipendente dalla massa della particella, possiamo sperare che si applichi anche al caso della luce. Per v = c, otteniamo quindi un raggio di "non-ritorno" dato da r = 2GM/c². Questo risultato fu ottenuto molto tempo fa da Michell e da Laplace, i quali ipotizzarono che una stella sufficientemente massiccia e compatta potrebbe apparire nera (Michell, 1784; Laplace, 1796). Per stranamente questo risultato è in perfetto accordo con il calcolo relativistico .

• Non è affatto strano che il risultato coincida, dato dalla metrica di Schwarzschild si ricava, come limite, proprio il potenziale newtoniano generato da una distribuzione sferica di massa M. Ma, ancora una volta, che c'entra con l'energia? Il bello è che la metrica di Schwarzschild è proprio uno dei casi classici a cui si applica la definizione di energia del campo gravitazonale più usata dai relativisti, la cosiddetta energia ADM (che tra l'altro è positiva, non negativa). Ah, saperlo!...

• • Conclusioni: la mia impressione è che chi ha scritto tutto questo non abbia proprio idea di cosa significhi in fisica la parola energia (tant'è che parla di "campo energetico", come se fosse una voce di parapsicologia), e confonda i concetti di forza di gravità, campo gravitazionale e energia gravitrazionale: per cui qualsiasi cosa c'entri più o meno direttamente con la gravità c'entra con l'energia gravitazionale. Invece non è così. Su en:wiki la voce corrispondente è uno stub che almeno dà un'idea del fatto che il concetto ha una sua definizione precisa, che deve essere approfondita. Se si vuole mantenere una voce con questo nome qui su it:wiki, bisogna ripristinare la stretta traduzione dello stub in inglese, e aspettare che qualcuno che conosce questi argomenti abbia il tempo di ampliarla. Chiedo quindi il consenso per procedere in questo modo. --Guido (msg) 22:20, 2 nov 2009 (CET)

pareri

sono d'accordo con te --ignis (aka Ignlig) Fammi un fischio 14:41, 3 nov 2009 (CET)

D'accordo con l'intervento di Guido, allo stato attuale è da riscrivere da zero. Ho visto la versione inglese, ma è davvero minima, mentre quella in francese sembra ben fatta. Se vuoi inizio a scrivere una prima traduzione in una mia sandbox (qualche ricordo di francese ce l'ho ancora). Restu²⁰ 16:46, 3 nov 2009 (CET)

La voce francese parla solo dell'energia potenziale gravitazionale in senso newtoniano. Nulla di male, ma non è un concetto così cruciale. Viceversa, per il contesto relativistico bisognerebbe fare riferimento alla voce inglese en:Mass in general relativity (nelle teorie relativistiche "massa" e "energia" di un campo sono concetti strettamente correlati, e infatti in quella voce si parla di "energia ADM" e di "energia di Bondi" - non questo Bondi, per l'amor di Dio). C'è anche la voce en:Landau-Lifshitz_pseudotensor. Solo che sono molto tecniche, e anche solo per tradurle ci vuole qualcuno che conosca bene al materia (io stesso non ho mai lavorato su questo problema: i miei vicini di stanza sì, però loro non sono wikipediani). Inoltre, una volta tradotte, non so che ci possa capire un non-esperto. A naso, proporrei di ampliare un po' lo stub inglese nella parte newtoniana, e lasciare in prima battuta il poco che c'è sulla parte relativistica. Se poi trovo una fonte utile ci ripasso. L'importante è che la voce non resti com'è ora... --Guido (msg) 19:34, 3 nov 2009 (CET)

Allora se vuoi si può prendere la parte riguardante l'energia newtoniana da quella francese e dare almeno la definizione di energia relativistica data in quella inglese. Solo per non avere uno stub dove si dice poco di tutte e due, ma almeno avere una voce dove si approfondisce un poco l'energia gravitazionale classica e si dice la definizione corretta di energia gravitazionale relativistica. Può essere una buona idea, o è meglio tradurre solo quella inglese? Restu²⁰ 17:19, 4 nov 2009 (CET)

Direi che va benissimo usare la voce francese per la parte newtoniana. Confesso che la voce francese l'ho solo scorsa alla veloce, ma a occhio mi sembrava ragionevole: solo un po' limitata come ambito, e in quell'ambito anche troppo dettagliata (più da manuale di fisica che da enciclopedia, ma è una questione di gusti). Il fatto è che in questi giorni su WP mi sto occupando di un'altra cosa, e non riesco a star dietro a due questioni così diverse allo stesso tempo. Il bello è che mi pare di ricordare che in un mio lavoro di parecchi anni fa c'era pure qualcosa sul problema dell'energia nelle teorie relativistiche, solo che quel pezzo l'aveva scritto l'altro autore del lavoro... --Guido (msg) 18:36, 4 nov 2009 (CET)

Non ti preoccupare, ognuno ha le sue gatte da pelare :-). Allora ho messo giù qualcosa nella mia sandbox. Segnalo che le parti della voce francese che mi sembravano eccessive le ho nascoste, ovviamente se ho tagliato troppo si può togliere il nascosto e lasciare visibile che traduco. Per quanto riguarda la parte inglese, non l'ho tradotta tutta e ho paura di aver tradotto male la prima parte, poiché ho capito davvero poco di quello che c'è scritto. Sinceramente non so bene cosa sia un tensore, figuriamoci cos'è uno pseudotensore :-D (tra l'altro non esiste la voce, quindi non si può proprio approfondire). Ovviamente un aiuto su quella sezione è assai gradito, sono comunque poche righe. Restu²⁰ 21:50, 4 nov 2009 (CET)

Guido, forse i problemi si complicano o si risolvono, dipende dai punti di vista: non so se l'avevi già notato, ma esiste la singola voce Energia potenziale gravitazionale. A questo punto non è il caso di riunire le due voci sotto Energia gravitazionale e aggiungere una piccola parte riguardante la relatività generale? Restu²⁰ 00:15, 5 nov 2009 (CET)

Cavolo, è vero! Dal punto di vista classico, Energia potenziale gravitazionale va benissimo, c'è tutto quello che deve esserci (mi spiace che tu abbia fatto del lavoro forse inutile). Che fare, ora? Il termine Energia potenziale gravitazionale ha senso solo nel contesto newtoniano, quindi se si aggiunge qualcosa sull'energia in relatività generale il titolo non va più bene. Energia gravitazionale è un po' troppo generico. Il titolo corretto per la trattazione più completa sarebbe Energia del campo gravitazionale, lasciando gli altri due come redirect. Forse si può procedere in due fasi:

1. svuotare la pagina Energia gravitazionale e trasformarla in redirect a Energia potenziale gravitazionale;
2. quando sarà stata integrata quest'ultima voce con la parte sulla relatività generale, allora si potrà spostare il titolo a Energia del campo gravitazionale e trasformare gli altri due in redirect.

Per questo però ci vuole il consenso di altri utenti. Segnaliamo la cosa al Millibar. --Guido (msg) 08:24, 5 nov 2009 (CET)

Sono d'accordo su entrambi i punti, ovviamente è il caso di segnalare al Millibar, se no qua non si può capire il parere di altri utenti. Restu²⁰ 13:11, 5 nov 2009 (CET)

Problema nell'incipit

"In fisica, l'energia potenziale è l'energia potenziale relativa all'energia potenziale." Posso solo immaginare cosa volesse dire l'autore di questa frase, per cui la modifico tentando una interpretazione... --Lolasdomgwtfafk (msg) 18:06, 18 ott 2016 (CEST)

Edit: chiedo scusa, mi rendo conto che la voce è stata in qualche modo vandalizzata e non sono stati fatti rollback, annullo la modifica che ho appena fatto e cerco di risistemare la parte iniziale --Lolasdomgwtfafk (msg) 18:14, 18 ott 2016 (CEST)