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1
Masiano, 29 gennaio 2010 roberto spighi, INFN [email protected]
L’evoluzione (e la fine?) dell’Universo
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2
In principio Dio creò il cielo e la terra
Sia la luce!". E la luce fu
Sia il Firmamento …
primo giorno
terzo giorno
secondo giorno
quarto giornoquinto giorno
Sia la terra ed il mare …
Siano le luci del Firmamento …… esseri viventi che vivono nelle acque e tutti gli uccelli …
sesto giornoanimali, rettili, bestiame e l’uomo che domina …
Dio benedisse il settimo giorno e lo consacrò, perché in esso aveva cessato da ogni lavoro …
settimo giorno
La Genesi
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3
ASTRI identificati come DEI che guidano il destino umano
ARISTOTELE (300 AC) teorizzò Universo Geocentrico Terra e uomo al centro e i corpi celesti ruotano attorno
TOLOMEO (200 DC) conferma teoria geocentrica e descrive il moto dei pianeti
L’uomo e l’Universo
GENESI descrizione cristiana della creazione
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4
1550-1600 GIORDANO BRUNO Universo infinito e privo di Centro fu messo al rogo
1514 un anonimo (Nicolò Copernico) propose sistema eliocentrico, sostenuto poi da G. Galilei e da Keplero (problemi con la Chiesa)
1687 Newton pubblicò “Philosophiae naturalis principia mathematica” legge di Gravitazione Universale
1900 inizia la cosmologia moderna, (Einstein, Hubble, Friedmann …) teoria BIG BANG
L’uomo e l’Universo
Hubble
1500 si comincia a criticare sistema geocentrico
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5
Purtroppo no, contiene tutte le teorie più avanzate della fisica moderna
Teoria della relatività
Teoria dei campi Meccanica quantistica
particelle Interazioni
Spazio/tempo
E’ facile da piegare e da capire?
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6
LEGGE DI HUBBLE
SCOPERTA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
PRESENZA DI MOLTO ELIO NELL’UNIVERSO
3 scoperte fondamentali
TEORIA BIG BANG BASATA SU POCHE SCOPERTE
UNIVERSO IN ESPANSIONE
UNIVERSO INIZIALMENTE CALDO
CONFERMA TEORIA ESPANSIONE
+ TUTTA LA FISICA DELLE PARTICELLE3 m
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7 Applichiamolo ad una stella
La legge di Hubble
Se un corpo emette delle onde (stella, ambulanza …) si può capire se l’oggetto si avvicina o si allontana
Se si avvicina il suono è più grave (basso)
Se si allontana è più acuto (alto)
EFFETTO DOPPLER
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8
Legge di Hubble red shift
UNIVERSO SI ESPANDE inizio era un piccolo volume
La stella non si ascolta come la sirena, ma si può guardare
stelle più lontane righe più verso rosso (=suono alto)
si allontanano più velocemente
Righe di assorbimento
stella
Stelle vicine Stelle lontane
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9
l’UNIVERSO è pieno di radiazione (oltre quella del sole o di fonti note) formata nei primi istanti dell’Universo
Studio sulla temperatura (energia) della RCF Temperatura iniziale molto alta
La radiazione cosmica di fondo
Penzias e Wilson, 1965
10-4 s
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10
Una “pallina” (“brodo” di radiazione e materia?) piccolissima e caldissima che esplode
L’INIZIO (si fa per dire)
Frazioni di miliardesimo di miliardesimo di … di metro (molto meno di un nucleo atomico)
BIG BANGt = 0 T = ∞
Una sola FORZA SUPERGRAVITA’
13.7 ± 0.2 G anni fa
Big Bang
MA CHI L’HA MESSA LI’ QUELLA PALLINA?
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11
1° FOTO (10-43 s)
T = 1019 GeV (≈ 1032 C)
MATERIA DIVENTA PIU’ COMPLESSA: “BRODO” SI FRAZIONA IN PARTICELLE
LA FORZA DEVE GESTIRE OGGETTI DIVERSI SI DIFFERENZIA IN 2 UNA PER MONDO MICROSCOPICO E UNA MACROSCOPICO
INIZIA ESPANSIONE E RAFFREDDAMENTO
STUDIARE IL BIG BANG CREARE PARTICELLE DI ALTA ENERGIAGRAVITA’
SUPERGRAVITA’
GUT
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12
Torre Eiffel
300 m
ferro
1 m
Limatura di ferro1 mm
Struttura ordinatadi tante “palline”
0.1 µm(0.1 milionesimo di metro)
atomo
10-10 m(0.1 miliardesimo di metro)
PARTICELLE-FORZE? fermiamoci un attimo!LA MATERIA CHE CI CIRCONDA DI COSE E’ FATTA?
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13
molecole
Antimateria
Materia
Leptoni Quark
e
e u c td s bµ τ
µ τν ν ν
− − −
e
e u c td s bµ τ
µ τν ν ν
+ + +I 24 “mattoni” che formano tutte le particelle e la materia
elettrone
du d
neutrone
Atomo Il mondo che ci circonda
la materia è fatta da ELETTRONI, QUARK U e D
Film Atomo
= terra-sole
10-35 s
3 m
+
-
ud
uprotone
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14
LE 4 FORZE
FORTE DEBOLE DECADIMENTO
GRAVITA’UNISCE CORPI
Gluoni gk W+ W- Z0
Gravitone G Fotone γ
CORPI “GRANDI”ELETTROMAGNETICA
UNISCE ATOMI
UNISCE NUCLEI
NP
e-
ν
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15
TORNIAMO AL NOSTRO FILM
NELL’UNIVERSO CI SONO TUTTI I TIPI DI PARTICELLE E DI “PALLINE” DOVUTE ALLE FORZE
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16
2° FOTO (10-35 s)
T = 1015 GeV (1028 C)CONTINUA ESPANSIONE E RAFFREDDAMENTO
GUT FORTE
ELETTRODEBOLEGRAVITA’
AntimateriaMateria
Radiazione
CAMBIAMENTO NELLE FORZE
PARTICELLE COME PRIMA (quarks …)
MA, PREDOMINA MATERIA SU ANTIMATERIA
du e particelle
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17
3° FOTO (10-10 s)T = 102 GeV (1015 C)
AntimateriaMateria
Radiazione
SOPRAVVIVONO QUASI TUTTE LE PARTICELLE (PIU’ LEGGERE)
DA ORA UNIVERSO RIPRODOTTO AGLI ACCELERATORI CON URTI DI PARTICELLE AD ALTA ENERGIA
GUT
FORTE
ELETTRODEBOLE
GRAVITA’
ELETTROMAGNETICA
DEBOLE
SUPER
GRAVITA’
FORZE GIA’ COMPLETAMENTE DEFINITE
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18
COME SI STUDIA IL BIG BANG? STUDIARE I PRIMI ISTANTI DELL’UNIVERSO AUMENTARE
L’ENERGIA DEI PROTAGONISTI (PARTICELLE) CHE LO FORMANO
SCONTRARE PARTICELLE AD ENERGIE SEMPRE MAGGIORI
MOLTE PARTICELLE COME BIG BANG
CERN (GINEVRA) 27 KM CIRC.
200 GeV 10-10 s (ora ~10 TeV)
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19
ESPERIMENTO ATLAS
TIPICO URTO TRA 2 PARTICELLE AD ALTA ENERGIA
Atlas
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20
CHIUDIAMO LA PARENTESI SUGLI ACCELERATORI DI PARTICELLE
(che ogni volta inserisco per cercare di giustificare i soldi che prendiamo
dai contribuenti!!)
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21
4° FOTO (10-4 s)
Protone Neutrone
Antiprotone Antineutrone
d uu d d
u
d du
d uu
SI CREANO PROTONI, NEUTRONI E ANTIMATERIA (dai quarks)
ANNICHI LAZIONE
MATERIALUCE (RCF)
NEUTRINI
T=102 MeV (1012C)
SPARISCE ANTIMATERIARCF
du d
neutrone
ud
uprotone
ud
u
antiprotone
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22
5° FOTO (1 s) T = 1 MeV (1010C)
ELETTRONI E POSITRONI ANNICHILANO A LORO
VOLTA
E’ RIMASTA SOLO MATERIA E LUCE
e-
e+
ANNICHILAZIONE
MATERIALUCE (RCF)
NEUTRINI
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23
6° FOTO (3 m)
NUCLEOSINTESI FORMANO I NUCLEI PIU’ LEGGERI
MATERIA (H,D,3He,Li ….)
75% 25% (3P, 4N)ABBONDANZA DI ELIO
7Li…N
P
D3He
P atomo
elio
T = 0.1 MeV (109C)
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24
GRAVITONI
7° FOTO (700000 anni)T = 1 eV (10000 C)
NUCLEI CATTURANO GLI ELETTRONI
7Li
ATOMI NEUTRI
RADIAZIONE NON INTERAGISCE PIU’ CON
MATERIA
MATERIA E RADIAZIONE VITA INDIPENDENTE
4He
LUCE (γ)
D
H
NEUTRINI
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25
8° FOTO (1 MILIARDO di anni)T = 0.1 eV (103 K 1000 C)
F. GRAVITAZIONALE PICCOLA PROCESSO LENTISSIMO
SI FORMANO LE STELLEF. GRAVITAZIONALE UNISCE ATOMI DI H (75%) ED He (25%)
AL CENTRO ALTA ρ - T (106 C) FUSIONE NUCLEARE ENERGIA
~10 MILIARDI DI ANNI: TERRA E SOLE
PARTE ESTERNA A VOLTE ESPULSA E FORMA I PIANETI
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26
9° FOTO (QUALCHE MILIARDO di anni)STELLE SI ATTRAGGONO FORMANO LE GALASSIE
Barrate
4%
18%
63%
15%
Formazione galassie
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27
SOLE
DIM. 100000 ANNI LUCE
>100 MILIARDI DI STELLELa Via Lattea ROTAZIONE LENTA
(220 MILIONI ANNI)
ESA (EUROPEAN SPACE AGENCY)
LE GALASSIE
1 ANNO LUCE = 10000 MILIARDI KM
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28
LE GALASSIE
Spiral - NGC 4622 – 110 Mly Superammasso della Vergine
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29
LE GALASSIE
Barrata - NGC 1300 - 69 Mly –Superammasso della Vergine
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30
LE GALASSIE
Barred - NGC 4594 – M104 - 28 Mly – Superammasso della Vergine
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31
IL GRUPPO LOCALEQ
UALC
HE
MIL
IONE
DI
ANNI
LUCE
Via Lattea
LE GALASSIE SONO ORGANIZZATE IN GRUPPI
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32
SUPERAMMASSO DELLA VERGINE
DIM. 100 MILIONI DI ANNI LUCE
Gruppo Locale
I GRUPPI SONO ORGANIZZATI IN SUPERAMMASSI
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33
I SUPERAMMASSI PROSSIMI
DIM. 1 MILIARDO DI ANNI LUCE
Superammasso della Vergine
I SUPERAMMASSI SONO LE ULTIME STRUTTURE ESISTENTI
AL D
I FUORI GRA
NDI VU
OTI, O
PPURE …
galassie
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34
Pensate all’Universo come ad una bomba che esplodeesplosione debole frammenti si allontanano, poi si avvicinano (gravità)
Universo chiuso si espande fino ad una dimensione massima per poi ricollassare con un processo opposto al big bang (BIG CRUNCH)
Se esplosione è forte frammenti si allontanano indefinitamente
Universo aperto si espande per sempre
I risultati non chiari, ma sembrano favorire UNIVERSO APERTO
Universo chiuso o aperto?
contrazione Big Crunch
dipende dalla quantità di materia nell’universo gravità
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35
LA TERRA TERRA PRIMORDIALE PIENA DI VULCANI IN CONTINUA ERUZIONE
PIOGGE PER MILIONI DI ANNI FORMAZIONE OCEANI
ATMOSFERA H SPAZZATA DA VENTO SOLARE
ERUZIONI E ACQUA SECONDA ATMOSFERA (VAPORE ACQUEO, ANIDRIDE CARBONICA, AMMONIACA, METANO …)
ATMOSFERA + FULMINI E RAGGI UV DEL SOLE IDEALE PER FORMAZIONE DI MOLECOLE ORGANICHE
VITA POSSIBILE SOLO SOTT’ACQUA (> 10m)
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36
Partic.
LA CREAZIONE DELLA VITA6 ELEMENTI (SU 112) COINVOLTI NELL’EVOLUZIONE (~particelle)
SPO
H C N CATENE DI ATOMI
NUCLEOTIDI (DNA), AMINOACIDI, LIPIDI, CARBOIDRATI …
NASCE, SI NUTRE, SI RIPRODUCE, MUORE
PRIMO ORGANISMO VIVENTE
3.8 MILIARDI DI ANNI FA
CELLULA
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37
LA CREAZIONE DELLA VITA
FOTOSINTESI CLOROFILLIANAO2 PIANETA + ABITABILE
3.5 MILIARDI DI ANNI FA OCEANI PULLULAVANO DI ORGANISMI UNICELLULARI
SI FORMA OZONO SCHERMA DA UV VITA ANCHE SU TERRA
700 106 DI ANNI FA ORGANISMI + COMPLESSI (SPUGNE MEDUSE)
400 106 DI ANNI FA SBARCANO SULLA TERRA I VEGETALI, 20 MILIONI DI ANNI DOPO GLI ANIMALI
batteri
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38
LA CREAZIONE DELLA VITA
PERIODO DEI GRANDI RETTILI
65 106 ANNI FA ESTINZIONE DI MASSA (ASTEROIDE 10 KM DIAMETRO FORSE INDIVIDUATO CRATERE NELLO YUCATAN)
POI MAMMIFERI E L’UOMO (2 106 ANNI FA)
250 MILIONI DI ANNI FA EVENTO CATASTROFICO (ASTEROIDE, COMETA,
VULCANO …) 90% FORME VIVENTI ESTINTE
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39
E DOPO LA VITA?
QUANDO MORIRA’ LA TERRA?
IL SOLE VIVRA’ ANCORA ~10 MILIARDI DI ANNI
QUANDO IL SOLE SI “SPEGNERA’” LA VITA SULLA TERRA FINIRA’
CI SONO TANTE PREVISIONI SULLA FINE DELLA TERRA
ULTIMAMENTE QUELLA PIU’ DI MODA RIGUARDA I MAYA:
21 DICEMBRE 2012
QUI RIPOSA LA TERRA
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40
I MAYA
POPOLAVANO L’AMERICA CENTRALE (MESSICO, HONDURAS, EL SALVADOR ..
PERIODO: 1800 a.C. : 1530 d.C
UN SUPREMO DIO CREATORE E TANTI DEI PIU’ PICCOLI (DRAGO,GIAGUARO,SERPENTE-UCCELLO)
NUMERAZIONE IN BASE 20
AL CENTRO MONUMENTI E TEMPLI
PERIFERIA LE CASE DEI CONTADINI
STUDIAVANO IL CIELO
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41
IL CALENDARIO MAYABASATO SU DEI CICLI (COME NOI, GIORNI, MESI, ANNI)
SACRO ”TZOLKIN” 13 MESI DI 20 GIORNI = 260 GIORNI (GESTAZIONE)
CIVILE “HAAB” 18 MESI DI 20 GIORNI + UN MESE CORTO DI 5 GIORNI = 365
OGNI 52 ANNI I 2 CALENDARI SI UNISCONO PARTENDO DALLO STESSO GIORNO DETTA “LA FESTA DEL NUOVO FUOCO”
AVEVANO 2 CALENDARI
CICLO PIU’ CORTO
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I CICLI ASTRONOMICI
SECONDO I MAYA IL SISTEMA SOLARE COMPIE UN MOTO DI AVVICINAMENTO ED ALLONTANAMENTO DAL CENTRO DELLA GALASSIA (25625 ANNI)
GIORNO GALATTICO
DIVISO IN 5 ERE (“SOLI”) OGNUNA DI 5125 ANNI
ACQUA ARIA FUOCO TERRA ORO
ATLANTIDE? ATTUALE
SOLE
IL GIORNO GALATTICO
25625 ANNI
28000 ANNI LUCE
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LA QUINTA ERA: L’ETA’ DELL’ORO
INIZIATA IL 13 AGOSTO 3114 A.C.
TERMINERA’ IL 21 DICEMBRE 2012 D.C.
RINNOVAMENTO SPIRITUALE
FLUSSO DI ENERGIA DAL CENTRO DELLA GALASSIA FORTE ATTIVITA’ SOLARE
CATASTROFE
NUOVA ETA’ DELL’ORO
(VISTA NEL 1997 DALLA SONDA SOO)
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IL CODICE DRESDA
UNO DEI MIGLIORI DOCUMENTI MAYA
CALCOLI ASTRONOMICI MOLTO PRECISI
INIZIO DI UN PROCESSO CHE PORTERA’ ALL’INCONTRO CON I SIGNORI DELLE STELLE
GUAI A VOI DELLA TERRA,VERRA’ LA FINE DEI CAVALIERI GIAGUARO
E L’INIZIO DI UNA NUOVA ERACHE SORGERA’ SULLE CENERI DELLA PRECEDENTE.
E SARA’ IL TEMPO DELL’INCONTROCON I SIGNORI DELLE STELLE
PREVISTO (~ SEC) ECLISSI DEL 11 AGOSTO 1991
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CROP CYRCLE DEGLI ULTIMI ANNI
(13/7/1996)
FORSE UNA CIVILTA’ ALIENA CI STA PARLANDO?
COMETA
LUNA CRESCENTE
ENERGIA CHE ESCE DALLA GALASSIA
RAPPRESENTA IL SIMBOLO MAYA HUNABKU (CENTRO DELLA GALASSIA)
DISPOSIZIONE DEL CIELO CHE DOVREBBE VERIFICARSI NEL DICEMBRE 2012
IN INGHILTERRA SONO APPARSI MOLTI CERCHI NEL GRANO
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TZOLKIN: CROP CYCLE 9/8/2005
MEZZO ARCO = GIORNO ZERO ALLINEAMENTO PLEIADI SOLE TERRA (20 MAGGIO)
20 ELEMENTI (MESI)
13 SERIE DI BARRE (GIORNI)
ECLISSI PARZIALE SOLE(20/5/2012)
16 PIUME
5 GIUGNO TRANSITO DI VENERE SUL SOLE
INDICA LA FINE DI UN CICLO E QUESTO TRANSITO E’ L’ULTIMO DEI 25625 – 5125 -52 ANNI
20 MAGGIO 2012
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Conclusione
TANTE QUESTIONI APERTE, MA TANTE COMPRESE
STUDIARE L’IMMENSAMENTE PICCOLO CAPIRE L’IMMENSAMENTE GRANDE
Grazie a tutti
PER IL 2012 IO STAREI TRANQUILLO, CASOMAI ...
DIVERTIAMOCI MOLTO FINCHE’ SIAMO IN TEMPO
[email protected] o http://www.bo.infn.it/~spighi
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CAMPO MAGNETICO TERRESTRE
STUDI DICONO CHE SI INVERTONO I POLI OGNI 300 MILA ANNI CIRCA. L’ULTIMA PARE SIA AVVENUTA 780 MILA ANNI FA NON SI SA IL PERCHE’
STUDI SU ROCCE DICONO 65 MILIONI DI ANNI FA I POLI ERANO INVERTITI
INVERSIONE NON E’ UN FENOMENO ISTANTANEO MA LENTO E CONTINUO
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49
COME SONO FOTOGRAFATE?
Telescopiosu marte
ATTRAVERSO TELESCOPI IN ORBITA
Lancio del vettore
COROT PLANK
HUBBLE
COBE
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OSSERVATORI A TERRAOSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA, DI BOLOGNA
OSSERVATORIO ASTROFISICO DI ARCETRI
ogni mese visite guidate, diurne e notturne
SCUOLE: richiesta scritta (lettera o fax), a:Osservatorio Astrofisico di Arcetri
(Sezione Didattica)Largo E. Fermi 5 - 50125 FIRENZE
Fax: 055 220039e-mail: [email protected]
Info: tel 055 2752270 (tra le 10 e le 12)
SINGOLI: info e prenotazioni tel 055 2343723 (tra le 9 e le 13)
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LE FORZEFORZE TRA PARTICELLE = “TIRARSI DELLE PALLINE”
RICEVERE (DARE) UN PUGNO (VA INDIETRO)
=TIRARSI UNA PALLA
FORTE UNISCE NUCLEI
DEBOLE DECADIMENTO
NP
e-
GRAV UNISCE CORPI
Gluoni gk W+ W- Z0 Gravitone G
ESERCITARE UNA FORZA SENZA TOCCARSI (PARTICELLE)
E.M. UNISCE ATOMI
Fotone γ
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IL SISTEMA SOLARE4.6 MILIARDI DI ANNI FA gravitazione unisce polveri H e He
8 PIANETI PRINCIPALI E MOLTI ALTRI CORPI MINORI (SATELLITI, ASTEROIDI, METEORITI, COMETE, POLVERI …)
IL SOLE DOVREBBE VIVERE CIRCA 15 MILIARDI DI ANNI
150x106 KM (8m 15 s luce)