Grazie alla teoria del Big Bang, i cosmologi oggi hanno una visione più chiara dell'evoluzione dell'universo, ad esempio hanno capito quando sono state sintetizzate le particelle elementari (quark, gluoni ed elettroni), gli atomi, le stelle e le galassie
L‘evoluzione dell’universo è iniziata a partire da un punto infinitamente piccolo che è esploso scagliando la materia fino a creare tutto quello che osserviamo. Questa è una ricostruzione molto semplicistica della nascita del cosmo e un astrofisico direbbe che le affermazioni sono errate.
“Non è affatto così che dovremmo pensare al Big Bang”, spiega Torsten Bringmann, professore di cosmologia e di fisica delle astroparticelle all’Università di Oslo (UiO).
Are Raklev, professore di fisica teorica all’UiO, ha sottolineato che molte spiegazioni offrono un’immagine errata di ciò che afferma la teoria del Big Bang. Raklev e Bringmann ci spiegheranno i malintesi più comuni sull’evoluzione dell’universo.
Denso e caldo
Per prima cosa cerchiamo di capire cosa significa Big Bang.
La teoria del Big Bang, spiega Raklev, afferma che circa 13.8 miliardi di anni fa l’universo si trovava in uno stato molto caldo e molto denso. Da quell’istante in poi lo spazio ha iniziato a dilatarsi diventando sempre più freddo.
Grazie alla teoria del Big Bang, i cosmologi oggi hanno una visione più chiara dell’evoluzione dell’universo, ad esempio hanno capito quando sono state sintetizzate le particelle elementari (quark, gluoni ed elettroni), gli atomi, le stelle e le galassie.
Oggi i cosmologi hanno un buon quadro dell’evoluzione dell’universo a partire da 10 ^ -32 secondi dopo il Big Bang.
Big Bang significa “grande scoppio”, il termine venne inventato dall’astronomo Fred Hoyle per deridere la nuova teoria. All’inizio degli anni ’20 del XX secolo, il matematico Alexander Friedmann scoprì che la teoria della relatività generale di Albert Einstein portava a una conclusione, l’universo si sarebbe dovuto espandere, contrariamente a quanto si riteneva fino ad allora. Per il mondo accademico, anche per Einstein, l’universo era ritenuto infatti statico e immutabile.
Alla stessa conclusione giunse il sacerdote belga e cosmologo Georges Lemaître, l’universo era in espansione. Qualche tempo dopo, la dimostrazione dell’espansione dell’universo arrivo da un avvocato appassionato di astronomia, Edwin Hubble che riuscì a dimostrare che le galassie si allontanano dall’osservatore.
Gran parte delle galassie si stanno allontanando da noi. La luce che emettono è spostata verso il rosso, e questo significa che le onde si allungano spostandosi verso l’estremità rossa dello spettro elettromagnetico. Non solo, le galassie si allontanano le une dalle altre a velocità crescente.
In un futuro molto lontano tutte le galassie si saranno allontanate cosi tanto dalla Via lattea che non saranno più visibili. Tra molti miliardi di anni tutte le stelle si spegneranno e se ci sarà ancora qualcuno osserverà solo un cielo buio e vuoto.
Possiamo provare a riavvolgere il nastro dell’evoluzione dell’universo, se oggi le galassie si stanno allontanando sempre di più, in passato erano certamente più vicine.
Se facciamo scorrere il film dell’universo al contrario, osserva Raklev, tutte le galassie occuperanno un volume più piccolo. Possiamo andare indietro nel tempo fino al Big Bang quando, secondo la teoria, tutto era concentrato in un punto infinitamente piccolo.
È facile pensare che il Big Bang sia stato un’esplosione, in cui sono stati lanciati dei frammenti di materia, un po come avviene con l’esplosione di una bomba. Ma nel Big Bang nulla è stato scagliato a partire da un punto centrale, è l’universo stesso che si espande trascinando nell’espansione tutta la materia.
2. “L’universo si sta espandendo in qualcosa.”
Quindi non sono le galassie che si stanno allontanando, ma lo spazio che si sta espandendo. Possiamo pensare all’espansione dell’universo come a una palla di pasta con le uvette al suo interno. L’impasto rappresenta lo spazio e le uvette rappresentano le galassie. Mentre l’impasto cuoce le uvette si allontaneranno le une dalle altre senza essersi spostate dal punto in cui sono state messe.
Un palloncino spiega allo stesso modo l’evoluzione dell’universo. Se tracciamo dei punti sulla sua superficie e lo gonfiamo, i punti tenderanno ad allontanarsi gli uni dagli altri senza effettivamente spostarsi sulla superficie del palloncino stesso. Esiste solo un effetto aggiuntivo dovuto all’attrazione gravitazionale reciproca, come spiega Raklev.
Alcune galassie infatti si stanno avvicinando a noi e il loro spettro è quindi spostato verso il blu. Questo vale solo per alcune galassie vicine. Ma se osserviamo le galassie distanti, questo effetto non viene rilevato.
La legge di Hubble-Lemaître, afferma che la velocità con cui le galassie si stanno allontanando aumenta in proporzione alla distanza. In effetti, la distanza aumenta più rapidamente della luce tra galassie estremamente distanti.
Ma se l’espansione dell’universo è simile a un palloncino che viene gonfiato o all’impasto che cuoce all’interno del forno, cosa c’è al di fuori? I cosmologi ritengono che l’universo non si espande in niente. L’universo osservabile è una bolla che ci circonda che ha un diametro di 93 miliardi di anni luce.
Più gli oggetti che osserviamo sono distanti, più indietro nel tempo guardiamo. Non possiamo osservare o misurare nulla di più lontano della distanza che la luce è riuscita a percorrere verso di noi a partire dal Big Bang.
Poiché l’universo si è espanso, l’universo osservabile è controintuitivamente più grande di 13,8 miliardi di anni luce. L’universo che non riusciamo a osservare, perché le informazioni non ci hanno ancora raggiunto, potrebbe essere molto più grande, forse anche infinito.
L’universo in questo caso, potrebbe essere piatto, questo significa che due raggi di luce percorrendolo resterebbero perfettamente paralleli. Se invece l’universo ha una curvatura positiva, potrebbe essere finito. Sarebbe come una specie di strana sfera e un ipotetico viaggiatore potrebbe percorrerla in linea retta tornando al punto di partenza.
In entrambi i casi, l’universo può espandersi senza doversi espandere in nulla. Un universo infinito che sta diventando più grande è ancora infinito. Un “universo sferico” non ha bordi e quindi non ha confini.
3. Il Big Bang aveva un centro.
Il Big Bang spiega l’evoluzione dell’universo e se lo immaginiamo come un’esplosione è naturale che avvenga dal centro verso l’esterno. Tuttavia il Big Bang, come detto, non è un’esplosione. Osservando le galassie dalla Terra, sembra che la maggior parte di esse si allontani, come se il nostro pianeta fosse il punto centrale.
In realtà, tutti gli osservatori, in qualsiasi punto dell’universo si trovino, osserverebbero le galassie in allontanamento. L’universo si sta espandendo ovunque allo stesso tempo, il Big Bang è avvenuto ovunque, conclude Raklev.
4. L’intero universo era concentrato in un minuscolo punto.
È vero che l’universo osservabile era racchiuso in uno spazio incredibilmente minuscolo all’inizio del Big Bang. Ma come può l’universo essere infinito se in passato aveva delle dimensioni finite? Spesso leggiamo che l’universo era inizialmente più piccolo di un atomo che con il Big Bang ha raggiunto, in una frazione di secondo, le dimensioni di un pallone da calcio. Ma quell’analogia insinua che lo spazio all’inizio avesse dei confini e un limite.
Secondo Raklev non c’è niente che dimostri che l’universo non fosse già infinito nelle prime fasi del Big Bang. Quando parliamo delle dimensioni dell’universo in determinati momenti, ci dobbiamo riferire al nostro universo osservabile.“L’intero universo osservabile proviene da una minuscola area che puoi chiamare punto. Ma anche il punto accanto si è espanso e anche il punto successivo. È solo che è così lontano da noi che non possiamo osservarlo “, dice Raklev.
5. “L’universo era infinitamente piccolo, caldo e denso.”
Sentiamo spesso affermare che l’universo è iniziato come una singolarità, o che fosse infinitamente piccolo, caldo e denso. Potrebbe essere vero, ma molti fisici non ritengono corretta la spiegazione. Le singolarità, secondo il cosmologo Steen H. Hansen, sono un’espressione matematica che si scompone e non può essere descritta con la fisica ordinaria.
Bringmann ci aiuta a riassumere cosa significa tutto questo quando si parla del Big Bang.
L’universo oggi è un po ‘più grande di ieri. Ed è un po’ più grande di quanto non fosse un milione di anni fa. La Teoria del Big Bang ce lo spiega chiaramente osservando lontano e quindi indietro nel tempo.
Per farlo abbiamo una teoria, la relatività generale. Se torniamo indietro arriviamo a un punto in cui l’universo era infinitamente piccoli, denso e caldo e non possiamo procedere oltre. In quel punto adimensionale i valori di densità e temperatura sono infiniti e non esiste nessuna teoria che ci permetta di descrivere il punto stesso.
Per capire veramente cosa è successo in quell’istante serve una teoria nuova che combini la relatività e la meccanica quantistica, teoria che nessuno è stato ancora in grado di scrivere.
