Vortici d'etere

nella concezione dei Principia Philosophiae cartesiani
 
 
 
 
 
 

ETERE E RELATIVITA'
 
 
 
 
 
 

(Giuseppe Cannata)


 










Non c'è dubbio che, alla fine del secolo XIX e all'inizio del XX, le numerose ipotesi, contrastanti, sul comportamento essenziale e globale dell'etere, spingevano gli studiosi alla ricerca di un rimedio, che sopprimesse le contraddizioni scientificamente inaccettabili.

Nella memoria del 1905 Einstein seguì il metodo(!) di Alessandro Magno, che affrontò la questione del nodo di Gordio, tagliandolo con la spada piuttosto che scioglierlo. Il Macèdone ottenne così il dominio dell'Asia Minore, promesso dalla leggenda, ma con una durata veramente breve. Einstein recise la necessità che l'etere esistesse, sorvolando sul fatto che i fenomeni elettromagnetici hanno effetti locali, non imputabili a trasferimenti di particelle da sorgente a ricevitore, né tanto meno attribuibili ad uno spazio vuoto, di per sé non interattivo, cioè fisicamente ininfluente... almeno fino a quando le ultime generazioni di fisici, con discutibile coerenza interna, lo hanno riempito di tanti significati.

Tanto basta perché siano respinte tutte le considerazioni esposte nella sua memoria del 1905, cosparsa di imprecisioni e di ingenuità, forse veniali, se ci si riferisce alla maturazione scientifica di un secolo fa. La motivazione addotta che le interazioni elettrodinamiche tra magnete e conduttore non presentano le asimmetrie sostenute in quell'epoca, ma dipendono dal moto relativo tra i due corpi, è un po' semplicistica, in quanto non sottolinea né l'influenza degli orientamenti sia del magnete che del conduttore, né che in generale l'induzione elettromagnetica si possa manifestare senza movimenti relativi di induttore e di indotto, ma per sole variazioni locali dei campi elettrico e magnetico.

Data l'assoluta insopprimibilità del mezzo, non è lecito estendere il principio di relatività galileiano ai fenomeni elettrodinamici, senza tenere conto dello stato globale dell'etere nei vari sistemi di riferimento inerziali. Facciamo un semplice esempio. Secondo l'impostazione attuale, una carica puntiforme (non elementare) crea solo un campo elettrostatico se è vista ferma da un osservatore, mentre creerebbe un campo elettromagnetico se appare in moto ad un altro osservatore. La realtà è ben diversa: quando la carica è ferma rispetto all'etere globale in cui è immersa, sia se è vista ferma o in moto da osservatori inerziali, dà sempre un campo elettrostatico o meglio elettrostazionario. Viceversa, una carica opportunamente orientata sotto l'azione di un campo elettrico, in moto anche lentissimo rispetto all'etere, dà comunque un campo elettromagnetico per tutti gli osservatori inerziali. Ricordiamo poi che l'energia trasmessa, sia per convezione che per irraggiamento, contiene nelle sue dimensioni la massa, nel primo caso per trasferimento diretto di particelle, nell'altro, ondulatorio, per urti successivi delle entità sollecitate, costituenti il mezzo stesso.

La definizione einsteiniana di "costanza della velocità della luce indipendente dalla velocità della sorgente" è analoga a quella ben verificata in acustica, e non può destare la meraviglia, ostentata invece in diversi testi scientifici. C'è da fare però una precisazione: la velocità della luce (come del suono) è riferita al mezzo di propagazione ritenuto in quiete, per cui essa si compone con la velocità globale del mezzo, quando questa è rilevata da altro sistema di riferimento. Esempio: L'etere attorno alla Terra è per parecchi diametri terrestri solidale o in quiete con essa, quindi da un sistema di riferimento legato alla Terra la velocità della luce è riferita al mezzo in quiete. Un osservatore esterno, p. es. nel sistema Sole, dovrà comporre la velocità c con la velocità v di rotazione dell'atmosfera d'etere. Non sono certo sistemi inerziali, pura astrazione teorica, ma nei limiti di spazi e di tempi consentiti possono ritenersi tali. Del resto rimane valido il principio che i sistemi materiali di riferimento (osservatori e strumenti di misura) non devono al limite scambiare energia con gli oggetti osservati; la variazione della quantità di moto solo in direzione non implica variazione di energia. Le ulteriori interazioni tra sistemi sono in genere, in prima approssimazione, trascurabili.

La contrazione delle lunghezze nella direzione del moto da un sistema di riferimento ad un altro ha affascinato gli studiosi, che sono particolarmente attratti dalle meraviglie e dalle magie. La pretesa "contrazione" nasce dall'avere trascurato erroneamente il comportamento dell'etere. La "dilatazione dei tempi" sprigiona le fantasie... Occorrerebbe invece un approfondimento dell'autentico significato meccanico, implicito nel concetto di tempo. Cronotopo, quadridimensionalità fanno sognare, ma ci fanno allontanare dal tanto svilito senso comune, inevitabile quanto auspicabile in un qualificato prodotto pur sempre umano quale la Fisica. Quelle espressioni hanno la loro funzionalità matematica, ma niente di più.

Einstein introduce per esempio la dipendenza della massa dalla velocità per non violare il principio di conservazione della quantità di moto, ben più serio e fondamentale. Così si è costretti a considerare p. es. i neutrini a riposo. privi dì massa [vera astrazione metafisica, che non darebbe peraltro alcuna possibilità di osservazione fisica], per non attribuire loro una massa infinita, paradossale, alla velocità c (1).

Ma quali corpi sono a riposo nell'Universo? Ma quale massa noi valutiamo dei corpi celesti, che rispetto a noi si muovono alle più disparate velocità? Quando saremo in grado di liberarci dalle transumananze einsteiniane per tornare umilmente al senso comune, rendendolo sempre più buon senso e riconoscendo che la Fisica è prodotto umano, migliorabile, ma non trascendente?

La famosa formula E = mc2 il cui successo ha rilanciato la Relatività di Einstein può essere razionalmente dedotta dall'espressione del lavoro compiuto dalla forza F = c dm/dt proporzionale alla velocità della perturbazione elettromagnetica che investe una certa massa nell'unità di tempo. Prima di procedere alla dimostrazione richiamo una mia impostazione che porta ad affermare che tutte le forze classificate finora, dalle nucleari, dalle interatomiche e dalle intermolecolari alle forze dinamiche acceleranti, o alle statiche deformanti, elastiche e non elastiche, alle forze d'attrito, di contatto o del mezzo, a quelle elettriche e magnetiche appartengono ad una delle sole sette specie possibili.

Un punto oggetto può essere individuato in un certo istante da un vettore posizione R = r r (vedi Appendice), in un sistema di coordinate cilindriche di cui qui si trascurerà la quota sull'asse z e ci si riferirà solo al piano xy. Se nel punto P consideriamo la massa m inevitabilmente presente, anche per transito, in un certo istante, possiamo passare all'efficace rappresentazione del vettore posizione di massa: m = mR = mr r .

Una qualsiasi variazione temporale di una delle tre variabili che compongono il vettore m dà il vettore quantità di moto [q.d.m]:
 
 

dm /dt = d(mr r)/dt = r rdm/dt + mrdr /dt + mr dr/dt =

= r rdm/dt + mvr + mw r q = p
 
 

[dove: w = dq /dt ; v = dr /dt ] (2) .
 
 

La variazione temporale della quantità di moto p fornisce poi tutte le forze possibili:
 
 

dp/dt = r rd2m/dt2 + dm/dt(vr + r dr/dt) +

+ vrdm/dt + mrdv/dt + mvdr/dt +

+ w r q dm/dt + mr q dw /dt + mvw q + mw r dq /dt =
 
 

= r rd2m/dt2 + vrdm/dt + w r q dm/dt +

+ vrdm/dt + mrdv/dt + mvw q +

+ w r q dm/dt + mr q dw /dt + mvw q - mw 2r r =

= r rd2m/dt2 + 2vrdm/dt + 2r w q dm/dt + mrdv/dt

+ 2mvw q + mr q dw /dt - mw 2r r .
 
 

Così si hanno tre momenti lineari o q.d.m. Alle espressioni note, date dal prodotto della massa m della particella per la componente radiale della velocità o per la sua componente trasversale o azimutale, si aggiunge la prima, che esprime la q.d.m. in un punto dovuta alla massa che l'attraversa o l'investe nell'unità di tempo (p. es. del vento che batte perpendicolarmente su un punto di una vela).

Tra le sette forze ottenute si distinguono quattro radiali, di cui una centripeta, e tre azimutali. La prima è la forza elastica di posizione o di vincolo, la seconda è quella che si presenta nell'attraversamento di un mezzo con velocità radiale, la terza con velocità trasversale (p. es. nella rotazione), la quarta è ovviamente la forza accelerante un oggetto libero da vincoli (proposta da Newton), la quinta dà la forza complementare o di Coriolis, la sesta è attiva in una rotazione uniformemente accelerata. La settima infine è la forza centripeta, presente nella rotazione, normale al senso del moto; non lavora e non esige quindi energia per mantenere il moto, per cui un sistema che ruota uniformemente è da considerarsi inerziale. Le forze elettriche, magnetiche, molecolari, atomiche e nucleari rientrano nelle sette forze individuate nella meccanica.

Una coraggiosa, razionale ed estremamente semplificatrice interpretazione meccanica delle equazioni di Maxwell lo consente [v. G. Cannata, "Electromagnetism in ether", Atti del Convegno Internazionale 1999 "Galileo back in Italy II", Ed. Andromeda, Bologna, 2000].
 
 

L'energia irradiata dalla forza F = crdm/dt (che si propaga con velocità

c = dr /dt ) è data da:
 
 

W = F.ds(crdm/dt).ds(cdm/dt)(cdt) = c2dm = mc2 .
 
 

Gli studiosi discutono anche sulla validità o meno della relatività speciale per osservatori non inerziali. Ricordiamo che la scelta dei sistemi inerziali di riferimento è dovuta al fatto che osservatore e strumenti di misura, solidali con i sistemi di riferimento, non devono subire interventi esterni, che non consentono la formulazione di nessuna legge, sui fenomeni osservati, se non si conoscono perfettamente le interazioni con l'esterno.

Alla fine accludiamo una Tabella, che consente un certo confronto tra la concezione attuale e quella che andiamo proponendo, pur consapevoli che occorrerebbe trattare molto più distesamente i tanti punti appena sfiorati e citare altri aspetti non meno importanti.

Riepilogando, ribadiamo alcuni punti fondamentali. L'etere, diffuso nell'Universo (in cui noi comprendiamo soltanto tutto quanto è fisicamente osservabile, attuale e potenziale), che penetra in ogni dove, è costituito da innumerevoli vortici a qualsiasi livello, dagli ammassi galattici via via alle singole particelle elementari. I grandi vortici comprendono quelli minori, tutti sempre a simmetria assiale, più o meno evidente. Mentre nei loro nuclei la materia è condensata, i vortici si estendono con materia più rarefatta, per esempio allo stato gassoso sempre più leggero, fino al limite di altri vortici confinanti di uguale livello, con cui, prevalendo quello di massa (o temperatura) maggiore, costituisce un sistema vorticoso di livello più alto, dove interagiscono raggiungendo stati di equilibrio e consentendo il passaggio di perturbazioni o di processi evolutivi. L'insieme, così come ogni singola parte, è soggetto alle leggi fisiche fondamentali, p. es. i principi di conservazione, e appare complessivamente stabile e nel contempo di grande vitalità.

Le cariche elettriche elementari costituiscono vortici primordiali d'etere, che seguono le leggi della fluidodinamica, e hanno simmetria assiale. Gli elettroni (o i protoni) si respingono tra di loro solo quando sono contrapposti i loro assi di flusso entrante d'etere (o di efflusso) ma sono pronti ad attrarsi se i loro assi sono affiancati (al limite paralleli) come quando generano le correnti, sotto l'azione di un campo elettrico. Questo tende ad orientarli e ci riuscirebbe perfettamente alle bassissime temperature attorno allo zero assoluto (superconduttività), mentre alle nostre temperature ambiente le cariche elementari (in particolare gli elettroni nei conduttori metallici) per l'agitazione termica oscillano, tanto più rapidamente quanto più è intenso il campo elettrico, irradiando così onde elettromagnetiche con frequenze crescenti. I neutroni, che appaiono come atomi di idrogeno, "freddi" cioè con protone ed elettrone compatti, però pronti a scindersi alle "temperature" esterne ai nuclei, non risentono di attrazioni o repulsioni elettrostatiche, ma subiscono attrazioni fluidodinamiche se gli spin sono paralleli, analogamente alle cariche elementari, ma più docilmente.

Altro problema di confusione e di distorsione è lo sviluppo ben poco regolare della meccanica quantistica, dove ipotesi non dimostrate, spesso ad libitum sono trasformate in leggi, verificabili in ambiti troppo ristretti. E' questo uno sviluppo o meglio un inviluppo dovuto alla soppressione pregiudiziale di uno spazio libero (etere) partecipe essenziale dei fenomeni elettromagnetici.

Temo che non sarà facile uscire dal ginepraio in cui ci si è cacciati. Non si devono dimenticare i tanti meriti di illustri scienziati, ma occorrerà distinguere il buon frumento dal loglio invadente, perché riesca l'operazione di revisione, senza esaltazioni o condanne.
 
 




Appendice


 








E' bene sottolineare che ritengo fondamentale e primaria la grandezza vettoriale potenziale magnetico A = AA , che oggi è ritenuta secondaria, utile solo nell'ulteriore approfondimento dello studio dei campi elettromagnetici. Il potenziale magnetico, nell'interpretazione meccanica dell'e.m., assume il significato di vettore posizione di un qualsiasi punto d'etere, di cui, con metodo euleriano, si possono individuare le variazioni. Mentre nel sistema M.K.S.A. ha la dimensione [LMT2I-1] certamente di non facile interpretazione; nel sistema puramente meccanico(3) M.K.S. ha la dimensione [L], cioè rappresenta una semplice lunghezza.

L'opposto della derivata parziale temporale
 
 

- A/ t = - (AA)/ t = -A A/ t - A A/ t
 
 

è costituito da due termini, di cui il primo indica la componente radiale del vettore velocità locale, già noto come campo elettrico stazionario, che è conservativo: Er = -Ñ (V) ; il secondo termine è la componente trasversale o rotazionale della velocità (che varia infatti solo in direzione), già noto come campo elettrico indotto: Ei = -A A/ t .

Dalla relazione E = Er + Ei = - A/ t si ottiene, applicando l'operatore rotore ad entrambi i membri, l'equazione di Maxwell riguardante l'induzione e.m.:
 
 

rot(E) = rot(Ei) = - (rot(A))/ t = - B/ t
 
 

[dove si è posto, come usuale, B = rot(A) ; rot(Er) è uguale a zero, perché come abbiamo detto questo campo è conservativo].
 
 

Interessante è pure l'interpretazione del vettore di Poynting: N = E Ù H , le cui dimensioni sono [MT-3] in entrambi i sistemi. Esso indica l'intensità di radiazione elettromagnetica, cioè la potenza attraversante l'unità di superficie normale alla direzione di propagazione.

La presenza inevitabile dello spin nella carica elettrica elementare ne esclude la sfericità, e suggerisce la simmetria assiale di vortice con flusso d'etere uscente dall'asse nel protone (entrante invece per l'asse nell'elettrone), flusso che rientra (o esce, nell'elettrone) lateralmente, con rotazione vorticosa d'etere per l'altro estremo dell'asse.
 
 


Protone
 
 

Elettrone
 
 
 
 

Neutrone
 
 
 
 
 
 
 
 

Note


 








1 - Un articolo di Elisabetta Durante sul Sole 24 Ore - Informatica del 3/3/2000 inizia così: "Nel 1930 Wolfgang Pauli ne predisse l'esistenza e venticinque anni dopo Frederick Reines, osservandolo per la prima volta, lo descrisse come la più minuscola quantità di materia che si possa immaginare; da allora, il neutrino non ha mai cessato di essere quella particella sfuggente e asociale che tiene in scacco la comunità scientifica internazionale. Ancora oggi infatti i fisici non sono in grado di dire se i 330 milioni di neutrini presenti in ogni metro cubo dell'Universo, che a ogni istante attraversano il nostro corpo, abbiano o no una massa: questione non da poco, se si pensa che un neutrino provvisto di massa darebbe un bello scossone a quel pilastro monumentale su cui si regge la moderna concezione dell'Universo e che va sotto il nome di Modello Standard".
 
 

2 - Richiamiamo le componenti e le derivate temporali del versore radiale r, e del versore azimutale q nel piano xy:

r = cos(q )i + sin(q )j , q = -sin(q )i + cos(q )j

dr/dt = [-sin(q )i + cos(q )j]dq /dt = q dq /dt = w q

dq /dt = [-cos(q )i -sin(q )j]dq /dt = -rdq /dt = -w r

d2r/dt2 = q (dw /dt) - w 2r

d2q /dt2 = -r(dw /dt) - w 2q .
 
 

3 - Nel sistema "puramente meccanico" si tratta di esprimere per esempio il Coulomb con le sole dimensioni L, M, T. Per ottenere ciò, si può partire dalla legge di Coulomb, in forma scalare,
F = qq'/4pe0r2 ,  il cui secondo membro deve mantenere le dimensioni di una forza, [F] = [ma] = LMT-2, come il primo. Giacché non esistono cariche prive di massa, è naturale fare in modo che possa apparire al numeratore della citata espressione, per il prodotto qq', una massa al quadrato, però in rapporto a un quadrato del tempo. Poiché la massa compare solo al primo grado nell'equazione dimensionale della forza, una massa dovrà allora intervenire, ancora al primo grado, nel coefficiente e0 al denominatore. Infine, il semplice termine L nel numeratore della LMT-2 si può ottenere dimensionalmente pensando a un termine di spazio al cubo nel denominatore di e0 . In definitiva si ottiene, con efficace analogia fluidodinamica:
 

carica elettrica = massa/tempo = portata di massa

e0 = massa/volume = densità (ovviamente relativa al mezzo, densità di massa d'etere, vedi la successiva Tabella).
 
 

TABELLA
 
 

Dimensioni e significati meccanici di alcune grandezze elettromagnetiche Sistema internazionale


 




Verranno indicati, nell'ordine:

- Denominazione, Simbolo, Dimensione nel sistema M.K.S.A., Dimensione nel sistema puramente meccanico M.K.S.

- Significato meccanico, ulteriori informazioni.
 
 

Costante dielettrica, e0 , L-3M-1T4I2 , L-3M

Densità di massa d'etere in aria rarefatta. Si deduce dalla legge di Coulomb, vedi nota 3. e 0 = 8.85*10-12 Kg/m3 . Si può ottenere anche dalla densità spaziale di energia del campo elettrico, w = e 0E2/2 .
 
 

Carica elettrica, q , TI , MT-1

Portata di massa = flusso della quantità di moto per unità di volume, attraverso una superficie chiusa.

Equazione di continuità (Gauss): D.dS = q .
 
 

Campo elettrico, E , LMT-3I-1 , LT-1

Campo di velocità locale, radiale, di etere perturbato da sorgente attiva (carica elettrica). Valore limite di E = rigidità dielettrica Er ; per mica:

Er = 2*108 m/s < c = 3*108 m/s .
 
 

Spostamento elettrico, D = e 0E , L-2TI , L-2MT-1

Impulso o q.d.m. di volume unitario d'etere = densità superficiale della portata di massa. Densità superficiale di carica s e .
 
 

Potenziale elettrico, V , L2MT-3I-1 , L2T-1

Potenziale di velocità in flusso irrotazionale d'etere; potenziale scalare j di velocità v . Analogia idromeccanica: v = -Ñ j ; in elettromagnetismo:

E = -Ñ V .
 
 
 
 

Intensità di corrente, I , I , MT-2

Energia per unità di superficie nella sezione di un filo conduttore attivo. Corrente determinata dall'orientamento di cariche elementari libere, sotto l'azione del campo E .
 
 

Inverso di permeabilità magnetica m 0 , 1/m 0 , L-1M-1T2I2 , L-1MT-2

Modulo di compressibilità d'etere = energia per unità di volume. In meccanica: kc . La relazione H = B/m 0 equivale alla relazione meccanica:

t = kcq , dove t è il momento torcente e q l'angolo di torsione.
 
 

Induzione magnetica, B , MT-2I-1 , L0M0T0

Angolo di deformazione, dovuto a momento torcente. Si ha la densità volumica d'energia: w = H.dB . In meccanica rotazionale l'energia di torsione è W = t .dq .
 
 

Campo elettrico indotto, Ei , LMT-3I-1 , LT-1

Campo di velocità locale, rotazionale, d'etere, con variazione temporale solo in direzione. In meccanica, vorticità: w = Ñ Ù v.
 
 

Densità di corrente, j , L-2I , L-2MT-2

Forza per unità di volume, in filo conduttore sotto tensione elettrica.

j = s E (legge di Ohm) con s = conduttività elettrica.
 
 

Conduttività elettrica, s , L-3M-1T3I2 , L-3MT-1

Densità spaziale di carica libera effettiva in un conduttore; portata di massa per unità di volume. Dipendente solo dalla presenza di cariche libere, non dalla struttura del conduttore.
 
 

Conduttanza elettrica, G, L-2M-1T3I2 , L-2MT-1

Densità superficiale della portata di massa, omogenea con lo spostamento D. Densità superficiale di carica sulla sezione trasversale del conduttore.
 
 

Resistenza elettrica, R, L2MT-3I-2 , L2M-1T

Area della sezione del conduttore per carica unitaria. Grandezza inversa della conduttanza. Non ha niente a che fare con l'attrito che le cariche incontrerebbero nel reticolo.
 
 
 
 

Capacità elettrica, C, L-2M-1T4I2 , L-2M

Densità superficiale di massa, dovuta alla condensazione superficiale della carica. Addensamento di massa sulle armature, per cariche opposte.
 
 

Densità spaziale di carica, r , L-3IT , L-3MT-1

Densità spaziale della portata di massa. Omogenea con conduttività acustica, detta invece usualmente resistività acustica.
 
 

Induttanza, L , L2MT-2I-2 , L2M-1T2

Superficie per unità di corrente concatenata. Inverso della densità superficiale di corrente.
 
 

Intensità di campo magnetico, H , L-1I , L-1MT-2

Momento meccanico dell'unità di volume, analogo in meccanica al momento t di una forza. Dimensioni uguali a quelle di 1/m 0 .
 
 

Vettore potenziale magnetico, A=AA , LMT-2I-1 , L

Vettore posizione di un punto d'etere, nel metodo euleriano, in cui si può individuare la perturbazione. E' il vettore fondamentale primario nell'elettromagnetismo. La derivata azimutale -A (A)/ t è il campo elettrico indotto Ei ; rot(A) = B dà ulteriore significato a B; E e B sono grandezze derivate di A .
 
 


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Giuseppe Cannata è nato ad Acireale, il 23 novembre 1923. Laureato in Fisica (1949). Prof. ordinario, e poi Preside, di Fisica ed Elettrotecnica presso gli Ist. Tecn. Nautici di Trieste e di Palermo. Assistente di Fisica II (Ingegneria) e Prof. incaricato di Fisica (Ingegneria) presso l'Università di Palermo, dal 1966 al 1994. E' autore di: Fisica - Elettricità e magnetismo (pp. 454, Palermo 1973); Onde elettromagnetiche (pp. 15, Palermo 1980); L'etere, questo sconosciuto - Relatività ed elettromagnetismo (pp. 103, Palermo 1981), nel quale si sostiene l'insopprimibile esistenza dell'etere e si rilevano incoerenze fondamentali della Relatività ristretta; Mechanical image of electromagnetism (pp. 20 - Proceedings of the Conference on Foundations of Mathematics and Physics, Perugia 1989), nel quale si propongono una reinterpretazione delle equazioni di Maxwell ed una esauriente dimostrazione classica dell'espressione del quanto di Planck; Le funzioni di stato e le conseguenze della disequazione di Clausius (pp. 23, Ed. Andromeda, Bologna 1990), nel quale si rilevano alcune incoerenze nella trattazione attuale delle proprietà dei "cicli termodinamici irreversibili", e si prova la necessità della diminuzione dell'entropia, il cui significato diventa convincente, e permette la dimostrazione dei postulati empirici del 2° Principio della termodinamica (mentre la temperatura, da grandezza empirica anomala, assume le dimensioni di intensità di radiazione energetica); Il potenziale vettore magnetico nelle equazioni di Maxwell (Congresso Internazionale "Cartesio e la Scienza", Perugia 1996); Il red-shift cosmico e l'ipotesi del big bang (Congresso Internazionale "Cartesio e la Scienza", Perugia 1996); Electromagnetism in ether (Congresso Internazionale "Galileo Back in Italy II", Bologna 1999).
 
 

e-mail: giorgiocannata@inwind.it