Hey Grandma look: I finally study something that exists!

So much has been already written about today's announcement of the first direct discovery of the gravitational waves from two merging black holes by the advanced LIGO detector. Some examples:

[1], [2], [3] (this beautiful piece by my friend and colleague Emanuele Berti)

In Italian press: [1], [2], [3]

Exactly 100 years ago, Albert Einstein proved that his theory of gravity, General Relativity, predicted the existence of gravitational waves.

This is nothing but one of the most outstanding historic discoveries in science. However, since you can find much deeper posts on this topic, here are some random, not-so-serious, thoughts hastily written down while watching today's live streaming announcement (sorry for typos, this is written on the wings):

1) Look Grandma: I finally study something that exists!
[Last time someone told my grandma that maybe black holes didn't exist after all.. she literally cried!]

2) Wow, my field of research has finally become mainstream! [is this good of bad? Anyway, the largest lecture hall at the Physics Department at Sapienza was full 30 mins before the live streaming..that's pretty uncommon for something related to gravity...]

3) The first direct detection of gravitational waves is really great, but what is emitting these waves is even more interesting: these are two black holes orbiting each other, loosing energy through gravitational-wave emission and finally merging to form a final big black hole. All of this is beautifully predicted by Einstein's theory of General Relativity and required several decades of theoretical, experimental and computational work.

4) Now everyone claims they have predicted that the signal from a binary black hole merger would have been detected. Truth is, just 6 months ago nobody would have bet on this particular source.

5) Related to this, isn't it amazing how physics works? It takes just a single observation to completely change the paradigm that theorists have built over decades. Just 6 months ago very few people would have predict that LIGO -even in the case of a detection- would have been able to test General Relativity or just to make some science or astrophysics out of this discovery. Well, judging from the result of the paper published today (and the companion papers to come) this expectation was completely wrong.

6) Finally, my bets for the Nobel Prize (in random order)

Rainer Weiss, one of the founders of LIGO

Roy Kerr, who discovered the unique solution of General Relativity describing a spinning black hole

Kip Thorne, one of the cofounders of LIGO, and of the fathers of modern General Relativity
(plus one of the creator of the movie Interstellar)

The Century of Strong Gravity

The following is a popular science article that Richard, Vitor and I have written for the IST Physics Magazine "Pulsar" (here is the Facebook page) and that will also appear in the Portuguese Physics Magazine "Gazeta de Fisica". A pdf version is available here (in English), and here (in Portuguese).

1. One Hundred Years of Gravity

The latest Christopher Nolan's movie, Interstellar, is about a future human civilization able to undertake cosmic travels to black holes using special shortcuts, ``wormholes''. Science-fiction as it might seem, Interstellar screenplayers --who happen to be the Nolan brothers-- have worked side by side with Kip Thorne, a professor of Theoretical Physics at the California Institute of Technology and one of the fathers of modern General Relativity, the theory that explains what wormholes and black holes are and how they form in the Universe.

Thorne's contribution is to ensure that the movie --starring Matthew McConaughey and Anne Hathaway among others-- doesn't contain scenes that would make Albert Einstein cringe.
Does this mean that travel agencies are about to sell (roundtrip!) tickets to a black hole? Not quite, but in a few years from now, theoretical physicists and astronomers will be able to study them as never before. The scientific payoff of these studies will largely overcome Interstellar's box-office, with all due respect to Mr. Nolan!

Pre-celeberating 2015 for 100 years of Einstein's General Relativity and maybe more...

In a few weeks we will all land in the exciting year of 2015! Many people will be celebrating New Year, as usual! (but still exciting) But, unusually, gravity physicists will be celebrating 100 years of General Relativity after Albert Einstein. 

in 2015, gravitational-wave physicists, although, may have one extra celebration to do on the top of others, which is celebrating the first direct detection of gravitational waves! Advanced version of gravitational-wave detectors will start to take data in a few month, hunting wild celestial gravitational-wave sources such as black-holes and neutron-stars. I'll write more about this here some time soon. But for now, you may check out my earlier post in Gravity Room.

Anyways, just before entering in to 2015, Princeton University has recently released The Digital Einstein Papers in an open-access website which is an awesome collection and an excellent holiday reading! All the papers are in both English and German languages.

Enrico Fermi on Einstein's theory of special relativity

Yesterday I came across some fantastic notes by a young Enrico Fermi on Einstein's special relativity, which were included in "Asimmetrie", an outreach magazine issued by the Italian Institute for Nuclear Physics (INFN). After some search I found an English translation (by Robert Jantzen, I think).

The reading is really mind-blowing (well, at least for me...) and even more so considering Fermi was 21 at the time...

Enjoy!

Apparently, there are no pictures of Fermi and Einstein together, so I turned down to this one...

La passione per lo studio delle stelle raccontata dall'astrofisica Marta Burgay

Ecco l'intervento nellla trasmissione di Rai Tre "Che tempo che fa" all'astrofisica Marta Burgay dell'osservatorio astronomico di Cagliari, dove si parla di radiotelescopi, pulsar, pulsar doppie, relatività generale e del lavoro e della passione dei ricercatori in generale :) Buona visione!!

Picture of the day: Hubble ha visto uno 'Space Invader'!!

Ricordate il famosissimo gioco "Space invaders!"? Probabilmente alcuni di voi sono troppo giovani per averci giocato ma sicuramente hanno chiara nella mente l'immagine delle "navicelle aliene" da abbattere!

Il gioco si basa su una struttura semplicissima ma efficace: il giocatore controlla un cannone mobile posto sul fondo dello schermo, che si muove orizzontalmente, e deve abbattere tutti gli alieni che piano piano si avvicinano alla Terra. Ora questa immagine ormai storica di questi alieni è stata osservata dal telescopio spaziale Hubble ed è stata diffusa, con il tono scherzoso, niente di meno che dal sito ufficiale della NASA.

Immagine distorta di una galassia a spirale che assume le fattezze degli alieni del famoso gioco "Space Invaders!". L'effetto è dovuto alla distorsione dei raggi luminosi provenienti dalle galassie sullo sfondo e che attraversano il fortissimo campo gravitazionale generato dall'ammasso di galassie chiamato Abell 68. L'immagine di una galassia a spirale è stata allungata e riflessa su un asse a causa dell'effetto "lente gravitazionale" previsto dalla teoria delle Relatività Generale di Einstein. Image Credit: NASA/ESA 

Le leggi della fisica sono un suggerimento: "Think Different"!!

Credo che le reazioni al nuovo spot pubblicitario del iPhone 5 (spot che puoi rivedere a questo link), soprattutto da parte di quell'utenza che è vicina al mondo della scienza, siano state un po' tutte di  forte "stupore". Purtroppo, da quello che ho potuto appurare, non si è trattato tanto di una meraviglia sana nei confronti dello spot, quanto piuttosto di una sensazione di "smarrimento" e incredulità che culmina all'ascolto dello slogan "[...] forse le leggi della fisica sono solo dei suggerimenti". 

Recommended by us: gravitons

“  Gravitons Sesame Street has a learning game that goes with the jingle "One of these things is not like the other. One of these things just doesn't belong." Can you find which one is different? If you've read anything about the kinds of physics we do at Fermilab, you've heard lots of words ending with "on" – words like proton, neutron, gluon, photon, boson, fermion and on and on and on. One of the words you might have encountered is the graviton. Let's get one thing out of the way: At the moment, gravitons are entirely theoretical constructs that delicately walk the knife-edge precipice between the domains of scientific respectability and the shady world of hand waving. The fantastic success of quantum theory to describe three forces – electromagnetism and the strong and weak nuclear forces – provides a considerable impetus to try to marry it to the fourth force of gravity. In the same way that the photon is known to be the quantum particle of the electromagnetic force and the gluon is the quantum particle of the strong force, the "graviton" is the name given to a hypothetical quantum particle of the gravitational force. However, a quantum theory of gravity has so far been elusive. Einstein's theory of general relativity has been the most successful description of gravity, but when it encounters the quantum realm, it predicts nonsense, with impossible infinities popping up throughout the calculations. Infinities like that are nature's way of saying "back to the drawing board." And though theoretical physicists have quite a way to go in coming up with such a model, it is still possible to work out some of the properties of gravitons. (Continue to read on Fermilab Today)

                 ”

Meccanica Quantistica e Meccanica Stocastica

N.B.: Per la comprensione di questo post è consigliata la lettura del post sul moto browniano che puoi trovare a questo link alla voce "che cos'è il moto browniano?".

"Costruire" la Meccanica Quantistica.

La storia della meccanica quantistica è ricca di importanti controversie e di interessanti paradossi, incentrati principalmente sul problema della misura. Approssimativamente parlando, le controversie si suddividono in due classi. Alla prima appartiene la controversia sorta tra coloro che erano d'accordo o in disaccordo con l'interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica. La tipica e più famosa polemica di questo genere fu quella tra A. Einstein e N. Bohr. La seconda si interessa del problema se la “riduzione del pacchetto d'onde” causata dalla misura possa essere o no essere descritta dalla meccanica quantistica stessa. Einstein presentò con B. Podolsky e N. Rosen un paradosso, il famoso paradosso EPR che mette in luce il fatto che la meccanica quantistica a causa del collasso della funzione d'onda contiene una correlazione a distanza non locale "assurda". La misura su un sistema I (si parte da un sistema che viene poi separato in due sottosistemi I e II) non perturba mai II (in quanto II è lontano da I), cosicché si possono ottenere informazioni su II senza alcun tipo di perturbazione. Il paradosso EPR vale nell'ipotesi che le misure su I non disturbino affatto II, posto lontano da I. Bohr affermava, tuttavia, che l'ipotesi non era valida, in quanto un sistema correlato non deve essere considerato separabile, e quindi una misura su I deve agire sull'intero sistema, compreso II. Questo carattere della meccanica quantistica è chiamato “non-separabilità”. La non-separabilità o la correlazione non-locale a lunga distanza appare sempre, dovunque la meccanica quantistica manifesti il suo carattere essenziale. É assai difficile capire, dal nostro punto di vista abituale o dal punto di vista classico, un tale carattere della meccanica quantistica.

La sinfonia del moto browniano.

La posizione di ogni particella e l'angolo dello spostamento
determinano il tipo di suono prodotto. Credit: BBC News

Un ingegnere chimico e un artista hanno unito le forze per trasformare questa danza casuale molecolare in musica. Il progetto, denominato Scale Structure Synthesis, è stata sviluppato per il Festival della Mente dell'Università di Sheffield.
Per questo progetto Jonathan Howse dell'Università di Sheffield ha costruito un semplice microscopio per osservare i particolari "musicisti": minuscole particelle di polistirene, sfere con un diametro di un milionesimo di metro, che galleggiano in un liquido.
Un microscopio con una telecamera collegata è capace di seguire e registrare il movimento delle particelle animate dal moto browniano che le spinge avanti e indietro, mentre un software traccia i movimenti delle particelle fino ad un massimo di 8. In seguito l'artista Mark Fell trasforma questo flusso di dati in musica, convertendo questi specifici movimenti in delle note musicali.
L'algoritmo è abbastanza semplice: l'intensità del suono è correlata alla ampiezza del movimento della particella da un dato punto, mentre il timbro è funzione dell'angolo dello spostamento stesso.
I risultati secondo gli autori sono molto interessanti, come potete leggere (e ascoltare) a questo link.
Voi cosa ne pensate?

Serendipità e radioattività: la casualità della scoperta.

In questo post volevo affrontare il tema della radioattività e alcune recenti novità sul tema seguendo il filo conduttore della scoperta da parte di uno sperimentatore di un fenomeno inatteso. Molte scoperte della fisica passate alla storia sono risultate del tutto inattese, arrivate quasi casualmente quando magari si cercavano altri fenomeni. E la casualità, in tutte le sue sfumature di significato, è proprio l’altra parole chiave di questo post, quella casualità che ora si suppone governi alcuni fenomeni del mondo subatomico e che agli inizi del 1900 sconvolse i fisici di allora, per lo più positivisti e deterministi, che credevano che l’universo fosse come un grande orologio in cui tutto è determinato e prevedibile. Questo sconvolgimento portò niente di meno che alla nascita della Meccanica Quantistica e al ribaltamento della visione deterministica. Nella Meccanica Quantistica troviamo infatti un mondo fatto di probabilità, una probabilità che è intrinseca ai sistemi fisici e non è dettata dalla loro complessità. I concetti statistici, infatti, erano già stati utilizzati dai fisici dell’800 per trattare i sistemi con molte particelle, come i gas, ma in questo caso l’approccio statistico è un modo per ovviare all’impossibilità non intrinseca di trattare con equazioni deterministiche la spaventosa quantità di particelle contenute in un gas, preferendo quindi trattare il sistema dal punto di vista di grandezze macroscopiche, quali pressione e temperatura, che comunque sono legate al comportamento microscopico delle particelle. In Meccanica Quantistica invece l’incertezza associata ad una misura diventa un principio della natura vero e proprio, chiamato principio di indeterminazione di Heisenberg, e il rapporto osservatore e osservabile acquisisce un significato completamente nuovo.

Epic Rap Battles of History 7 - Einstein vs Stephen Hawking

"Forget about it."

Perché gli oggetti cadono?

Perché gli oggetti sulla Terra cadono verso il centro?

La domanda è di certo pretenziosa, lo so bene, ad un “orecchio non allenato” forse potrebbe sembrare fin troppo banale, anche un bambino risponderebbe in maniera naturale invocando la forza di gravità: “i corpi cadono perché esiste una forza, la forza di gravità che li attira!”, o meglio, i due corpi si attirano, ed essendo la Terra di massa incommensurabilmente più grande rispetto a qualsiasi oggetto con il quale abbiamo esperienza quotidiana,  il risultato è quello di un netto spostamento dell’oggetto verso la Terra stessa senza che quest’ultima si sposti sensibilmente verso lo stesso oggetto. Questa è di certo un'ottima risposta, anzi, questa è la base per la comprensione del nostro universo, tanto da aver portato  Isaac Newton a capire che quella stessa forza che era responsabile della caduta degli oggetti sulla Terra, dovesse essere la stessa che teneva il nostro sistema solare unito e che permetteva ai pianeti di ruotare attorno al sole, proprio nei modi che erano osservati con i primi telescopi e non solo. Per quanto riguarda la particolare illuminazione che permise a Newton di arrivare a questa rivoluzionaria conclusione, si racconta che nel 1666, l'annus mirabilis, egli fosse seduto sotto un melo nella sua tenuta a Woolsthorpe, quando una mela gli cadde sulla testa. Ciò, sempre secondo la leggenda, gli fece pensare alla gravitazione e al perché la Luna non cadesse sulla Terra come la mela. Iniziò a pensare dunque a una forza che diminuisse con l'inverso del quadrato della distanza, come l'intensità della luce. Questa in realtà è un'esagerazione di un episodio narrato da Newton stesso secondo il quale egli sedeva ad una finestra della sua casa (Woolsthorpe Manor) e vide una mela cadere dall'albero. Uno scrittore suo contemporaneo, William Stukeley, registrò nelle sue "Memoirs of Sir Isaac Newton's Life" una conversazione con Newton a Kensington nel 1726, nella quale Newton ricordava:

«quando, per la prima volta, la nozione di forza di gravità si formò nella sua mente, fu causato dalla caduta di una mela, mentre sedeva in contemplazione. Perché la mela cade sempre perpendicolarmente al terreno? - pensò tra sé e sé- Perché non potrebbe cadere di lato o verso l'alto, ma sempre verso il centro della terra.»

A classic, but always good basis to start with

Uyuni, Bolivia. Taken from here