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La scoperta delle onde gravitazionali

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La scoperta delle onde gravitazionali
« il: Sab 13/02/2016, 07:32 »
Ciao a tutti, è la notizia del momento.Commenti,riflessioni?
 

Offline Acris

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Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #1 il: Sab 13/02/2016, 07:59 »
Si, uno, avrei sperato fosse stato Lisa a scoprirlo è non Ligo...
Solo due cose sono infinite, l'universo e la stupidità umana, e non sono sicuro della prima

A.Einstein
 

Offline IK1ODO

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #2 il: Sab 13/02/2016, 08:56 »
Si, uno, avrei sperato fosse stato Lisa a scoprirlo è non Ligo...

O Virgo, ma è ancora off. Però la collaborazione internazionale Ligo/Virgo è realtà, e gli organi di stampa avrebbero dovuto citare anche Virgo - moltissimo del software usato è nato in Italia, e quelli di Virgo sapevano dell'evento dalle prime ore; anche loro hanno collaborato per escludere il falso positivo.

Ci sono diverse cose straordinarie, in questa scoperta. Primo, la conferma oltre qualsiasi dubbio dell'esistenza dei buchi neri. Secondo, la straordinaria corrispondenza dei segnali ricevuti con le simulazioni. Terzo, la chiarezza dei segnali stessi, assolutamente fuori dal rumore. Per ultimo, la conversione di ben 3 masse solari in onde gravitazionali in pochi millesimi di secondo. La luminosità dell'evento supera di ordini di grandezza tutta l'energia emessa nell'elettromagnetico dalle stelle dell'universo visibile (io ho calcolato 5*10^47 J, per una potenza di picco di 10^50W. Inimmaginabile)

Poi c'è la contemporaneità del lampo X rivelato da Fermi; non era attesa un'emissione elettromagnetica dalla coalescenza di due buchi neri, è un altro fenomeno da spiegare.

Per chi volesse leggere qualcosa di ben scritto, segnalo due cose da FB:

https://www.facebook.com/photo.php?fbid=10153935887794100 (commento di Corrado Lamberti)
https://www.facebook.com/osservatorioastronomicovalledaosta/posts/1003094679761338 (commento di Albino Carbognani)

Edit:

ovviamente c'è Randall Munroe  :clap: http://xkcd.com/1642/
e un altro bel commento di un fisico dell'INAF, Luca Perri: https://www.facebook.com/luca.perri/posts/10208300892543706

E' così bello che lo copio interamente:

"Procederò con ordine e calma interiore.

- 1,3 miliardi di anni fa, dopo un bel balletto a spirale, un buco nero (una cosa invisibile perché risucchia tutto, luce compresa) la cui massa era 29 volte quella del Sole si è "fuso" con uno di 36 volte la massa solare. Tutto questo ha dato origine ad un bucone rotante di 62 masse solari. Ma 29+36=65, quindi che fine ha fatto la massa rimanente? È stata convertita, in una frazione di secondo, in onde gravitazionali. Immaginando lo spazio-tempo come l'acqua di uno stagno, il processo è stato simile alla formazione di increspature circolari sulla superficie a seguito della caduta di un sasso. Solo che stavolta il processo ha avuto un picco la cui potenza era 50 volte quella di tutte le stelle dell'Universo visibile.
- 100 anni fa, nel 1916, un sociopatico dall'aspetto simpatico e tutto sommato intelligente, tale Albert Einstein, pubblica una teoria all'apparenza astrusa ed insensata. Fra le altre cose, prevede che la luce possa essere influenzata dalla gravità, spianando la strada verso la nascita dell'idea di buco nero. La teoria prevede inoltre l'esistenza di onde gravitazionali, capaci di deformare lo spazio-tempo. Non solo: le sue equazioni ne descrivono per bene il comportamento. Un po' come se io prevedessi che il lardo di Colonnata curerà il cancro, e vi dicessi anche nello specifico in che modo. Io sono esperto di suini tanto quanto Einstein lo era di fisica, quindi secondo me dovreste fidarvi della mia previsione e basta. So però che non lo farete, e vorrete verificarlo, prima di regalarmi la gloria e la fama eterna. Anche i fisici non si fidarono di Albert. Grazie al cielo, la Scienza funziona così. Se però un consiglio lo volete accettare, il lardo è tutta salute.
- Nei decenni successivi, le varie buffe previsioni di Einstein vengono tutte verificate, a parte sta cosa delle onde gravitazionali. Allora sono anni che ci fidiamo di Einstein senza avere un qualcosa di certo al 100%? Posto che nella Scienza le certezze non esistono, in realtà quella teoria ci ha portato ai satelliti, ai cellulari, ai laser e a qualche fonte di energia (pure a una bomba, ma quella è mica colpa di Albert...), quindi diciamo che era abbastanza affidabile. Il problema è che le deformazioni da misurare per verificare le onde gravitazionali hanno dimensioni di frazioni di un atomo (frazioni minuscole di un atomo) e vanno misurate con strumenti enormi e complicatissimi.
Sempre negli stessi decenni, gli scienziati provano a verificare l'esistenza dei buchi neri, e qualche metodo indiretto lo trovano pure. Ma dannazione, sono neri. E lo spazio pure. Si avanza l'idea che possano esistere dei buchi neri rotanti e anche sistemi di due (binari) o più buchi. Ma indovinate un po'? Anche tutta sta roba è nera.
- 32 anni fa, nel 1984, tali Rainer Weiss e Kip Thorne (quello che ha spiegato a Nolan come fare il buco nero di Interstellar e prendersi un premio Oscar per gli effetti speciali) decidono di fondare LIGO, un progetto per costruire due rivelatori di onde gravitazionali da 4 km di lato.
- 14 anni fa, nel 2002, si inizia a costruire queste due orecchie per mettersi all'ascolto del cosmo. Ci vorranno due anni per far partire la versione di prova degli aggeggi. LIGO verrà poi spento per 7 anni, in modo che 1000 scienziati possano potenziarlo e dare vita ad Advanced LIGO.
- 5 mesi fa, il 14 settembre 2015, proprio nei giorni in cui si accendeva Advanced LIGO, le due orecchie hanno captato un segnale. Un'onda gravitazionale prodotta 1,3 miliardi di anni prima e che, proprio in quel momento, stiracchiava la Terra. Quando si dice il tempismo con la C maiuscola! Poiché, si diceva, nella Scienza fidarsi è bene ma col cavolo che lo faccio, gli scienziati frenano gli entusiasmi e si analizzano per bene i dati per mesi, giorno e notte, prima di dire cose smentibili e fare figure barbine tipo dire che i neutrini sono più veloci della luce mentre percorrono un tunnel sottovuoto che collega le orecchie di un ministro della Repubblica.
- Ieri, 11 febbraio 2016, durante una conferenza in diretta mondiale, 5 persone hanno mandato in visibilio migliaia di fisici nel mondo, facendo quelli che ce l'hanno più lungo degli altri, l'interferometro. Ci sta, io sarei stato molto meno composto.

Dunque, ricapitolando, in un colpo solo abbiamo:
1) l'esistenza provata delle onde gravitazionali;
2) la conferma sperimentale dei sistemi binari di buchi neri;
3) la conferma che i buchi neri possono fondersi;
4) la prova dell'esistenza dei buchi neri rotanti;
5) un tizio dalla barba improbabile che, dopo essersi preso un Oscar, si prenderà un Nobel.

Ora, se davvero non cogliete la poesia di tutto ciò e il motivo della nostra gioia, se davvero pensate che sia tutta un'inutile perdita di tempo e soldi (ma poi non avete nulla da ridire, ad esempio, sul cachet di Gabriel Garko a Sanremo o sullo stipendio di Cristiano Ronaldo), se davvero tutto ciò che vi viene in mente non è un "Poffarbacco che puffata puffosissima!" ma un "Ma a me cosa serve?", beh, mi spiace davvero per voi.
Lasciate però che sia io a farvi un paio di domande. A cosa serve la musica? A cosa serve lo sport in tv? E Masterchef? A cosa servono la letteratura e la lingua? In fondo non si viveva malaccio, quando si grugniva nelle savane centroafricane mangiando carne cruda.

Comunque, la prossima volta che vi guarderete Interstellar grazie a un laser che legge un Blu-ray (e che funziona con l'energia elettrica proveniente dai reattori francesi) o al satellite di Sky, magari commentandolo con gli amici al cellulare, pensate gran parte di ciò che avete deriva da quei fisici disadattati sociali che oggi festeggiano mentre voi li insultate perché bruciano i soldi che vorreste giocarvi sulla schedina del campionato.
Ah, un'ultima cosa: quel luogo in cui fate i leoni da tastiera sputando giudizi, quella cosa che si chiama internet, ve l'hanno dato i fisici. E anche la tastiera. E il computer.

Ora scusatemi, vado a stappare un'altra Tassoni e a continuare i festeggiamenti."
« Ultima modifica: Sab 13/02/2016, 09:10 da IK1ODO »
"Lo studio e in generale l'aspirazione alla verità e alla bellezza rappresentano un ambito in cui è permesso rimanere bambini per tutta la vita" - A. Einstein
 

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #3 il: Sab 13/02/2016, 11:38 »
Bellissimo il commento riportato, grazie! Però da ignorante in materia mi rimangono tanti quesiti... Posso intuire la relazione sui cambiamenti della frequenza del laser e l' evento catastrofico dello scontro tra buchi neri. Ma non riesco a immaginare come siano riusciti a capire le masse precise dei due corpi, la massa precisa del buco nero finale e la sua distanza... La direzione invece non si può individuare? Si potrà capire in quale galassia è avvenuto l'evento? Se ad oltre un miliardo di anni luci riusciamo a percepire l'evento, quale effetto possono avere prodotto queste onde gravitazionali sulle stelle più vicine, o i pianeti, o eventuali forme di vita?! Scusate le domande su tutti i fronti, ma è tutto affascinante, e questo lo capisco bene... ;-)
« Ultima modifica: Sab 13/02/2016, 11:40 da orione3000 »
 

Offline IK1ODO

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #4 il: Sab 13/02/2016, 12:01 »
orione3000, provo a risponderti per quel poco che so, e mi scuso per le eventuali imprecisioni.

Posizione: il luogo dei punti per cui la differenza dei tempi di arrivo è costante è un'iperbole. Vale a dire che, data la differenza dei tempi di arrivo del segnale ai due rivelatori, si può solo stimare una serie di posizioni possibili, poste su una iperbole proiettata sulla sfera celeste.
La posizione più probabile è nell'emisfero sud, declinazione circa -73°, ascensione retta 75°; questo dato è determinato dal segnale captato da Fermi, ed è compatibile con l'iperbole di cui sopra. La posizione di Fermi è approssimata perchè il segnale era quasi esattamente sul limbo del globo terrestre visto dal satellite in quel momento.

Determinazine delle masse: deriva dalla soluzione delle equazioni della relatività generale, fatta con un supercomputer. Si modella l'evento, e si vede quali parametri del modello permettono di ricreare la forma d'onda registrata. Da questo, dalla tempistica, dall'intensità del segnale si può risalire alla stima delle masse coinvolte e della distanza.
Effetti locali: credo che ne sappiamo ancora poco. La quantità di energia emessa è spaventosa, ma non so che effetto possa avere sui corpi nelle vicinanze dell'evento.

Un'ultima considerazione, pare che eventi di questo tipo siano relativamente frequenti: si dice che LIGO ne abbia già trovati altri due nei mesi passati, e che l'analisi dei dati sia in corso.
"Lo studio e in generale l'aspirazione alla verità e alla bellezza rappresentano un ambito in cui è permesso rimanere bambini per tutta la vita" - A. Einstein
 

Offline sinucep

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #5 il: Sab 13/02/2016, 12:13 »
Che bellezza! Non saprei cosa altro dire!

Trovo molto curioso che questo risultato sia stato ottenuto praticamente con lo stesso strumento (ogni LIGO ospita un interferometro di Michelson) con cui è stata smentita l'esistenza dell'etere.

Einstein affermo' che non esistesse nessun etere e che la velocità della luce fosse uguale in tutte le direzioni. Col suo interferometro Michelson effettuò nel 1881 un esperimento che dimostro' che la velocità della luce non fosse influenzata dal moto di rotazione e di rivoluzione terrestre (il moto intorno al centro della galassia non era ancora ben noto). Infatti l'interferometro non misurò nessuna differenza lungo due direzioni ortogonali.

E ora con lo stesso strumento (ma con maggior precisione) hanno misurato una differenza, solo che non stavamo cercando una variazione nella velocità della luce ma una variazione dello spazio.

EDIT: Orione3000, stavo per provare a risponderti io ma IK1ODO lo ha fatto prima e sicuramente meglio di come avrei potuto fare io :)
EDIT^2: Aggiungerei anche che questa precisione sulla descrizione del fenomeno sia dovuta anche al fatto che abbiamo avuto letteralmente cent'anni per preparaci all'osservazione di un evento reale ed immaginare come esso potesse verificarsi
« Ultima modifica: Sab 13/02/2016, 12:24 da sinucep »
Empy space is scale-invariant.
 

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #6 il: Sab 13/02/2016, 13:29 »
Grazie! Risposta chiara come sempre. E la voglia di sapere di più aumenta sempre... :D
 

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #7 il: Sab 13/02/2016, 13:52 »
Una scoperta straordinaria e incredibilmente affascinante! Due domandine da profano che cerca di confrontare un fenomeno sconosciuto con qualcosa di "simile" come le onde elettromagnetiche:
1: tali onde gravitazionali perdono intensità allontanandosi dalla sorgente? Con che legge e meccanismo di interazione?
2: la frequenza è proporzionale alla "violenza" del fenomeno che le ha generate? E tale frequenza diminuisce  attraversando lo spazio (cosi come le onde elettromagnetiche della radiazione primordiale sono state "allungate" a causa dell'espansione dell'universo) o essendo esse stesse fluttuazione dello spazio no?
 

Offline IK1ODO

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #8 il: Sab 13/02/2016, 14:29 »
Una scoperta straordinaria e incredibilmente affascinante! Due domandine da profano che cerca di confrontare un fenomeno sconosciuto con qualcosa di "simile" come le onde elettromagnetiche:
1: tali onde gravitazionali perdono intensità allontanandosi dalla sorgente? Con che legge e meccanismo di interazione?
2: la frequenza è proporzionale alla "violenza" del fenomeno che le ha generate? E tale frequenza diminuisce  attraversando lo spazio (cosi come le onde elettromagnetiche della radiazione primordiale sono state "allungate" a causa dell'espansione dell'universo) o essendo esse stesse fluttuazione dello spazio no?

1: certo, con l'inverso del quadrato. La cosa deriva dalla legge di conservazione dell'energia, in ultima analisi.

2: come l'onda elettromagnetica è generata da una carica in movimento, così l'onda gravitazionale è prodotta da una massa in movimento. La previsione straordinaria di Einstein è che così il corpo in movimento perde energia. Quindi i due BN spiralando uno verso l'altro perdono energia gravitazionale, e si avvicinano; avvicinandosi il periodo orbitale diminuisce (non so se le leggi di Keplero siano ancora applicabili in un tale contesto estremamente distorto, ma il ragionamento dev'essere simile) e la frequenza dell'o.g. aumenta. Questo fino alla coalescenza dei due BN, seguita da un breve "ringing" (oscillazione smorzata) in cui gli orizzonti degli eventi si fondono (la parte dell'onda a destra del picco).

La frequenza osservata è sicuramente spostata verso il rosso dalla dilatazione cosmologica dello spazio, così come il tempo di interazione è proporzionalmente allungato; è un'increspatura nello spazio-tempo, ma si muove comunque a velocità c, e viene stirata dalla dilatazione dello spazio.

Ultima cosa, la prima osservazione, sia pure indiretta, di o.g. è stata fatta da Hulse e Taylor nel '74, ed ha fruttato loro il Nobel nel '93. Hulse e Taylor osservarono un sistema binario di pulsar (una pulsar ed un'altra stella di neutroni). Monitorando il tempo di arrivo degli impulsi si possono misurare i parametri orbitali della coppia, e si vede che c'è una progressiva riduzione del tempo orbitale, derivante dal fatto che la coppia emette o.g. durante il proprio moto. Ma l'osservazione è stata indiretta, ovvero si è osservato l'effetto dell'irradiazione di o.g. piuttosto che l'onda stessa; cosa che è stata fatta al LIGO.

Vedi https://en.wikipedia.org/wiki/PSR_B1913%2B16

"Lo studio e in generale l'aspirazione alla verità e alla bellezza rappresentano un ambito in cui è permesso rimanere bambini per tutta la vita" - A. Einstein
 

Offline sinucep

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #9 il: Sab 13/02/2016, 14:43 »
Provo a risponderti. Senza pretese, senza pretese:

1: La forza di gravità è direttamente proporzionale al prodotto delle masse ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza, quindi credo proprio di sì.

2: La frequenza riflette il moto ciclico dei corpi (come avviene nell'elettromagnetismo che riflette il moto ripetuto delle cariche elettrice). Un sistema stellare binario, formato da due stelle che orbitano intorno ad un comune centro di massa, produce gravitazionali continue. Il periodo fondamentale di queste onde è pari a metà del periodo dell'orbita delle due stelle. L'emissione gravitazionale più intensa dovrebbe avere un'intensità h pari a

h=10^-20 * Hz^1/2

EDIT: Di nuovo battuto sul tempo!!!! vabbeh, ecco il mio tardivo contributo
 
« Ultima modifica: Sab 13/02/2016, 14:49 da sinucep »
Empy space is scale-invariant.
 

Offline Bruno1

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Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #10 il: Sab 13/02/2016, 15:31 »

E dire che Einstein pensava d'aver cannato .....

" A onor del vero, lo stesso Einstein aveva cambiato idea sulle onde gravitazionali, che aveva ipotizzato in base a calcoli sulla sua teoria generale della relatività. In un articolo del 1936, inviato alle “Physical Review Letters” ma mai pubblicato, il fisico tedesco aveva concluso che le vibrazioni spazio-temporali non potessero esistere e che quindi la previsione formulata vent'anni prima era un errore.
Ma le generazioni successive di scienziati non si sono arrese. "

http://www.lescienze.it/news/2016/02/11/news/onde_grativazionali_annuncio_rilevazione_ligo_virgo-2966574/
Arch Linux, the user centric distro.
 

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #11 il: Sab 13/02/2016, 16:24 »
Le sue eccezionali scoperte erano troppo innovative per i suoi tempi... Aveva previsto anche l'espansione dell'universo ma non volle crederci fino in fondo... Cavolo se ci fosse ora con tutta la nuova tecnologia a disposizione chissà cosa tirerebbe fuori. :-o
 

Offline IK1ODO

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #12 il: Sab 13/02/2016, 16:55 »
Permettimi, Einstein non aveva previsto l'espansione dell'universo, anzi. Si era reso conto che le sue equazioni ammettevano un universo in espansione, ma siccome ai suoi tempi (1915) l'universo era ritenuto statico aggiunse la famosa costante cosmologica (lambda) per far tornare i conti. Poi la chiamò "il più grande sbaglio della mia vita", e cambiò opinione, come su molte altre cose.

Non so se una mente come quella di Einstein avrebbe tratto giovamento dalla tecnologia. Era una persona capace di un'astrazione incredibile, e molto del suo pensiero si basa sui "gedanken experiment" condotti con la pura forza del pensiero. Si trovò anch'egli di fronte ad un muro; dopo l'immane lavoro fatto nel 1905 e nel 1915, e alle straordinarie ricadute delle speculazioni fatte con (e contro) Bohr, vedere paradosso EPR, non riuscì a produrre altri risultati di grande rilievo. Il che non lo sminuisce affatto, anzi! Il fatto è che procedere dalle scoperte einsteniane per integrare gravitazione e meccanica quantistica richiede un completo cambio di scenario, e non ci siamo ancora riusciti.
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Offline Mike65

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Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #13 il: Sab 13/02/2016, 18:06 »
Grandissima scoperta! Anch'io ho una domanda da profano: come le onde elettromagnetiche sono mediate dai fotoni, anche le o. g. sono mediate da una particella? Esiste forse il "gravitone"?
 

Offline IK1ODO

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #14 il: Sab 13/02/2016, 18:34 »
Il gravitone è previsto da molte teorie, ma mai osservato. Si suppone che esista, come particella mediatrice dell'interazione gravitazionale. Vedi https://it.wikipedia.org/wiki/Gravitone
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Offline Mike65

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Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #15 il: Sab 13/02/2016, 18:57 »
Quindi potrebbe contribuire all'energia oscura?
 

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #16 il: Sab 13/02/2016, 19:38 »
.... Poi la chiamò "il più grande sbaglio della mia vita", e cambiò opinione, come su molte altre cose.


Beh, forse ora si correggerebbe dicendo che il più grande sbaglio della sua vita è stato cambiare idea sulle onde gravitazionali...  :D
 

Offline IK1ODO

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #17 il: Sab 13/02/2016, 20:32 »
Quindi potrebbe contribuire all'energia oscura?

L'esistenza del gravitone? Non credo. L'esistenza delle onde gravitazionali? Mah, sono una delle tante forme di energia esistenti; se 3 Mo (masse solari) si sono trasformate in onde gravitazionali, il bilancio energetico dell'universo è rimasto invariato. Ma mi sa che ne sappiamo ancora troppo poco (almeno il sottoscritto!)
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Offline IK1ODO

Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #18 il: Sab 13/02/2016, 21:02 »
"Lo studio e in generale l'aspirazione alla verità e alla bellezza rappresentano un ambito in cui è permesso rimanere bambini per tutta la vita" - A. Einstein
 

Offline Buzz

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Re:La scoperta delle onde gravitazionali
« Risposta #19 il: Dom 14/02/2016, 03:47 »
Si, uno, avrei sperato fosse stato Lisa a scoprirlo è non Ligo...
Sarà stato un caso che la scoperta e l'annuncio sono avvenuti poco dopo il lancio di LISA e poco prima che entri in funzione?
Possibilmente il fatto che ci fosse LISA gli ha fatto accelerare il tutto, probabilmente hanno anche fatto turni e straordinari terribili per finire prima che LISA iniziasse a fare misure. Perché anche nella scienza c'é un po' di concorrenza, e alla fine chi passa alla storia è il primo a fare la scoperta...

Domandina: da quello che capisco, le onde gravitazionali sono generate da masse enormi che vengono accelerate a velocità enormi, tipo i buchi neri che "cadono" uno verso l'altro. Il fenomeno si verifica solo per velocità e masse di quelle dimensioni, o semplicemente per masse più piccole non riusciamo a vederlo?
Ogni corpo che cade, accelerando perde un po' di massa e genera un'onda gravitazionale? Se salto dalla finestra, mentre cado perdo un po' di massa ed emetto una microminuscolissima onda gravitazionale?
Par l’espace, l’univers me comprend et m’engloutit comme un point; par la pensée, je le comprends. (Blaise Pascal).
An age is called Dark not because the light fails to shine, but because people refuse to see it. (James Michener)