Ripercorriamo la storia che ha portato alla formulazione della teoria del Big Bang.

Sin da piccolo, il mio sguardo era rivolto al cielo e nelle bellissime nottate estive (la Via Lattea era ancora visibile ad occhio nudo cosa impossibile oggi visto l’inquinamento luminoso a cui siamo abituati), provavo a formulare teorie più o meno veritiere su cosa si trovasse al di fuori del nostro pianeta. Molti si sono cimentati in questo sforzo mentale e la prima domanda che ci si pone o ci si è posti è:” Il nostro universo è infinito o è solo molto grande? è eterno oppure ha un’età più o meno definita?

Queste domande hanno provocato in me un po’ di angoscia perché non ero in grado di dare una risposta, se non delle ipotetiche supposizioni che, comunque sia, avevano dei grossi limiti (passatemi il fatto che ero un semplice e comune ragazzino e che a quella età di solito si pensa a come conquistare la compagna di banco).

Ma la mente finita di un uomo può comprendere un universo apparentemente infinito o enormemente grande? È un atto di presunzione oppure è un nostro diritto provare a spiegare i meccanismi che regolano la normale (scopriremo che di normale c’è veramente poco) attività dell’universo? Bene il quadro completo non è ancora stato elaborato, ma credo che non siamo lontani dal farlo. Infatti la mente infinitamente grande di alcuni uomini ha tentato tutto ciò.

Intuizioni di inizio XX secolo

Fino agli inizi del XX secolo si aveva la convinzione che l’Universo fosse statico, immutabile nel tempo. Lo stesso Einstein pensava ad un universo spazialmente finito, infinito nel tempo e statico (qualche anno dopo disse che fu uno degli errori più grandi della sua vita). Se così fosse però si dovrebbero fare delle conclusioni assurde. Infatti se le stelle fossero sempre esistite ed emanato radiazione nello spazio, l’universo si sarebbe riscaldato fino ad arrivare alla loro temperatura. E cosa importante il cielo notturno sarebbe luminoso come il sole, perché ogni raggio visivo finirebbe su una stella o su una nube di polvere riscaldata al punto di essere incandescente come una stella.

Cosa che ovviamente non avviene. Quindi si intuisce che l’Universo non è sempre stato nello stato in cui è oggi, ma c’è stato un qualche evento che fece accendere le stelle, e quindi la luce proveniente dalle stelle più remote ancora non ci ha raggiunti.

Questo spiega il cielo buio di notte. Agli inizi del XX secolo ci si rese conto che, uniforme in ogni punto dello spazio, l’Universo cambia sensibilmente nel tempo. I primi ad intuire che l’universo non era statico furono Georges Lemaitre ed Alexander Friedman. Georges Lemaitre basandosi sulle misure di redshift di Slipher e di Hubble e su una delle soluzioni dell’equazione di Einstein arrivò alle stesse conclusioni di Friedman che in un lavoro indipendente propose una soluzione alle equazioni di campo della relatività generale. Tutti e due intuirono che l’Universo era in espansione.

Le osservazioni rivoluzionarie

Negli anni venti Hubble e Slipher iniziarono le osservazioni al telescopio Hooker (il più potente dell’epoca) il quale li porterà a stabilire senza ombra di dubbio che, gran parte delle nebulose a spirale non facevano parte della nostra galassia, ma erano poste al di fuori della Via Lattea. Il fatto poi che le galassie ci apparissero così piccole e lontane significava che, la distanza era vertiginosa e la luce impiegava milioni o addirittura miliardi di anni per arrivare sulla terra. Da qui si deduceva che la teoria di un universo recente era da accantonare.

Ma i due scoprirono un fenomeno molto più interessante. Analizzando lo spettro della luce delle galassie, riuscirono a capire ed imparare a calcolare se queste si stessero avvicinando o allontanandosi dalla Terra. Con grande stupore scoprirono che quasi tutte le galassie si stavano allontanando dalla terra. E tanto erano più lontane da noi tanto più rapidamente si allontanavano. Cioè ogni galassia si allontanava da ogni altra. L’Universo era in espansione!!!!!!

Questa scoperta fu una delle grandi rivoluzioni intellettuali del XX secolo.

Il redshift

Come detto poco fa Hubble e Slipher impararono a calcolare come le galassie si allontanassero o avvicinassero tra di loro. Ma come fecero? In modo semplice e sbrigativo (sperando che pochi miei colleghi leggano) cerchiamo di dare una spiegazione semplice ed intuitiva.

Chi non ha mai sentito parlare di effetto doppler?

Quel fenomeno per il quale quando un’ambulanza si avvicina verso di noi avvertiamo un suono più acuto, mentre quando ci supera e scompare all’orizzonte il suono diventa sempre più grave. Bene alla base dei loro calcoli c’è questo fenomeno. Quando l’ambulanza si trova in avvicinamento verso l’osservatore, la lunghezza d’onda del suono è più corta e la frequenza più alta. Al contrario quando l’ambulanza si allontana dall’osservatore la lunghezza d’onda aumenta e la frequenza è più bassa.

L’effetto Doppler vale anche per le onde luminose. Se una galassia si mantiene ad una distanza costante dalla terra, la lunghezza d’onda delle onde luminose e della radiazione elettromagnetica in generale rimane costante. Invece se la galassia si allontana da noi le onde appaiono stirate, cioè la lunghezza d’onda aumenta e ciò equivale a dire che nel caso della luce il colore va nella direzione dove è il rosso, l’estremo inferiore dello spettro del visibile. Se la galassia al contrario si avvicina a noi le onde appaiono più compresse, cioè la lunghezza d’onda diminuisce ed il colore va nella direzione dove è il blu, estremo superiore dello spettro del visibile.

Ed ecco perché si introduce il concetto di Redshift (spostamento verso il rosso). A rigor di logica il redshift cosmologico non è un vero e proprio effetto Doppler, poiché la galassia che si allontana in realtà non si sta muovendo rispetto agli oggetti che la circondano. La galassia è in quiete rispetto all’ambiente circostante: è lo spazio fra noi e lei che si sta dilatando. Quindi tra effetto doppler e redshift cosmologico c’è una netta differenza concettuale (un’eventuale spiegazione può essere data in un futuro lavoro). E questa spiegazione facile ed intuitiva aiuta a capire i concetti utilizzati dagli scienziati nei loro lavori.

La grande esplosione

Torniamo a ciò che i ricercatori hanno scoperto. Ricordiamo che il dibattito sull’origine dell’universo mutò radicalmente quando vennero fatte le prime vere osservazioni con i nuovi strumenti. Fino ad allora si erano cimentati nella spiegazione anche molti filosofi come Immanuel Kant, il quale era convinto che l’universo esistesse da sempre, oppure come la maggior parte delle persone, le quali invece credevano che esistesse da poche migliaia di anni. Ma Hubble dalle sue osservazioni scientifiche formulò la legge che porta il suo nome:

V=H x R

Le galassie si allontanano tra di loro ad una velocità V direttamente proporzionale alla loro distanza R dalla Terra. E questa velocità è determinata dalla costante di Hubble H. Inoltre dalle ultime osservazioni l’Universo è in una fase di espansione accelerata.

Ma se le galassie si allontanano le une dalle altre, vuol dire che in passato sono state più vicine.

In base all’attuale velocità di espansione, è stato calcolato che furono vicinissime tra di loro tra i 10 ed i 14 miliardi di anni fa. Quindi andando a ritroso nel tempo tutta la massa dell’Universo doveva essere collassata in un unico punto detta Singolarità. In questo punto la densità della materia raggiungeva valori così elevati da provocare un collasso gravitazionale dello Spazio-Tempo ed in esso la teoria Einsteiniana cessa di valere e non può dirci nulla dell’inizio.

La relatività generale cessa di valere perché non include il principio di indeterminazione, l’elemento di incertezza della meccanica quantistica cui Einstein si era opposto affermando che Dio non gioca ai dadi. Ma molti ricercatori ritengono che una teoria unificata della gravitazione e della meccanica quantistica (la gravità quantistica) permetterà in futuro di descrivere in modo più appropriato i fenomeni connessi con la nascita di una singolarità nel collasso gravitazionale delle stelle massicce e l’origine stessa dell’universo.

E ritornando ai paradossi iniziali Penrose ed Hawking hanno dimostrato che l’Universo ed il Tempo hanno tratto origine da una gigantesca esplosione. Questo spiega perché il cielo notturno sia scuro: nessuna stella brilla da più di 10-15 miliardi di anni, il tempo trascorso dal Bing Bang.

Le prove osservative

Oltre le osservazioni effettuate nei primi decenni del secolo scorso ci sono state in seguito altre osservazioni dirette a supporto della teoria del Bing Bang. Quindi partendo dall’espansione secondo la legge di Hubble, altre due osservazioni fondamentali sono state fatte.

le misure dettagliate della radiazione cosmica di fondo (La radiazione di fondo è definibile come la radiazione residua proveniente dalle fasi iniziali della nascita dell’universo in accordo con il modello del Big Bang, di cui è considerata una conferma chiave).

l’abbondanza degli elementi leggeri

Queste tre misure sono i pilastri fondamentali della teoria. In aggiunta altre prove supportano la stessa, come ad esempio molte proprietà della struttura a grande scala dell’universo, che sono previste a causa della crescita gravitazionale della struttura nella teoria standard del Bing Bang.

La quasi totalità della comunità scientifica ritiene valida questa teoria e le idee centrali di essa appena citate (espansione, stato iniziale ad elevata temperatura, la formazione dell’elio, la formazione delle galassie) sono state confermate da parecchie osservazioni indipendenti tra loro. Perciò non possono più essere messe in dubbio come caratteristiche importanti e reali del nostro universo.

Il destino dell’universo

Tutte le osservazioni fatte sull’espansione dell’universo, portano a delle teorie molto suggestive su come si evolverà nel tempo (miliardi di anni). Si parte dalla considerazione che non c’è un centro di espansione, infatti tutte le galassie si allontanano tra di loro. Non esiste il bordo dell’universo, e non è in espansione in un gigantesco contenitore. Il suo destino è affidato a 4 modelli elaborati:

The Big crunch; l’Universo smetterà di espandersi, inizierà a contrarsi e tutta la materia e l’energia collasserà di nuovo in una singolarità gravitazionale. Sarà impossibile dire cosa succederebbe, perché anche il tempo cesserebbe di esistere.

-Big rip; Conseguenza dell’aumento dell’accelerazione di espansione. La chiave della teoria è nell’ammontare di energia oscura. Se l’energia oscura fosse superiore ad un certo valore, tutta la materia verrebbe, alla fine, fatta a pezzi, disgregando la materia in particelle elementari.

-The Big Bounce; L’Universo si espanderà fino ad un certo limite, per poi contrarsi fino ad uno stato simile a quello del Bing Bang, ma senza arrivare ad una singolarità gravitazionale. Quindi rimbalzando darebbe origine ad una nuova espansione, con la ripetizione del processo per l’eternità.

-Big Freeze; Se l’Universo vive per un periodo sufficientemente lungo, arriverà ad uno stato in cui l’energia è uniformemente distribuita in tutte le direzioni dello spazio e non saranno più possibili processi energetici. L’entropia raggiunge il suo massimo valore e l’Universo è in equilibrio termico. Si raggiunge la morte termica.

Conclusioni

Anche se sono stati fatti molti progressi su origini del nostro Universo, ancora molto c’è da capire e studiare. Mentre per il suo destino le conclusioni sono ancora poco chiare e non sappiamo quale direzione prenderà. Ma ovviamente non sarà per il momento un nostro problema, la sua vita è ancora molto lunga e la nostra vita troppo breve considerando la sua scala temporale. Ma l’unica certezza che abbiamo è che non c’è limite alla conoscenza umana che tutto potrà e tutto spiegherà, bisogna solo pazientare.

“Confinare le nostre attenzioni alle questioni terrestri significherebbe limitare lo spirito umano”

Stephen Hawking

Articoli suggeriti:

I pionieri dell’infinitamente piccolo: dalla prima foto della struttura orbitale di un atomo di idrogeno ulteriori conferme alle loro teorie.

Da Hiroshima a Fukushima, passando per Chernobyl: Fermi e l’energia che ha cambiato il mondo.

Equazione di Dirac

Iscrivetevi alla pagina facebook @themarsicanbear cosi che vi arrivi la notifica quando uscirà il prossimo articolo. Iscrivetevi anche al canale Telegram per ricevere le nostre principali notizie direttamente sul tuo telefono. Se volete, seguite anche il profilo instagram @themarsicanbear.

 

YouTube:

Dal momento che sei qui ... ... abbiamo un piccolo favore da chiederti. Più persone stanno leggendo il The Marsican Bear, ma non abbiamo entrate. E a differenza di molti media, vogliamo mantenere il nostro servizio completamente gratuito. Quindi puoi capire perché dobbiamo chiedere il tuo aiuto. La divulgazione scientifica indipendente impegna molto tempo, denaro e duro lavoro. Ma lo facciamo perché crediamo che il nostro progetto sia importante. The Marsican Bear è indipendente dal punto di vista editoriale. La nostra divulgazione è libera da pregiudizi commerciali e non è influenzata da proprietari, politici o azionisti. Nessuno modifica il nostro editor. Nessuno dirige la nostra opinione. Questo è importante perché ci consente di divulgare in modo totalmente obiettivo. È ciò che ci rende diversi rispetto a tanti altri media, in un momento in cui i rapporti attendibili e onesti sono fondamentali. Se tutti quelli che leggono i nostri articoli, aiutano a sostenerlo, il nostro futuro sarebbe molto più sicuro. Con un minimo di € 1, puoi supportare il The Marsican Bear - e richiede solo un minuto. Grazie. Link per donazione: Donazione

1 commento

  1. Le galassie non sono altro che tanti big bang. Perchè se il big bang è l’origine dell’universo come si afferma, allora vorrei sapere cosa ha causato la nascita o la formazione del big bang. Si sa che l’universo materiale visibile è del 30% ma il restante 70% è materia ed energia. Inoltre l’universo quello oscuro è eterno, ma l’universo materiale quello visibile si è in via di espansione e sta accelerando, ma poi si restringerà rallentando la sua gravitazione causata dall’energia oscura. Per poi riaccelerando da una nuova gravitazione, che sono quelli dei buchi neri, che trasformerà in un nuovo universo con tanti big bang o galassie. Pierpaolo Sanna Oristano

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here