Ecco come il tuo vecchio televisore può dimostrare la realtà del Big Bang

Lo sfondo cosmico a microonde, residuo del Big bang, fu rilevato solo verso la metà degli anni ’60 ma un attento osservatore avrebbe potuto rilevarlo prima, se solo ci avesse pensato, utilizzando il più improbabile degli strumenti: un televisore di serie.

Per capire come è possibile, dobbiamo prima comprendere cos’è lo sfondo cosmico a microonde. Quando esaminiamo l’Universo attuale, scopriamo che è pieno di galassie: solo quelle che possiamo osservare sono circa circa 2 trilioni, secondo le ultime stime. Quelle vicine sono molto simili alla nostra, poiché sono piene di stelle molto simili alle stelle della nostra galassia.

Se la fisica che governava le galassie più lontane fosse stata la stessa della nostra fisica attuale, le loro stelle sarebbero costituite di protoni, neutroni ed elettroni e i loro atomi obbedirebbero alle stesse regole quantistiche degli atomi nella Via Lattea. Tuttavia, c’è una leggera differenza nella luce che riceviamo da queste galassie. Invece delle stesse linee spettrali atomiche simili a quelle della nostra zona, la luce delle stelle in altre galassie mostra transizioni atomiche diverse.

Questi spostamenti sono unici per ogni particolare galassia, ma seguono tutti uno schema particolare: più lontana è una galassia (in media), più le sue linee spettrali sono spostate verso la parte rossa dello spettro. Più guardiamo, maggiori sono i cambiamenti che vediamo.

Ci si aspetterebbe che la luce proveniente dalle galassie più lontane sia più debole e sfocata, eppure le galassie distanti appaiono nitide come quelle vicine. Gli spettri luminosi potrebbero essere spostati perché queste galassie si stanno allontanando da un’esplosione gigantesca ma, in tal caso, apparirebbero sempre più rarefatte quanto più ci sono lontane, ma la densità dell’Universo rimane costante. Oppure potrebbe essere il tessuto dello spazio stesso ad espandersi e le galassie più distanti hanno semplicemente uno spostamento dello spettro della luce in quantità maggiore mentre viaggia attraverso un Universo in espansione.

Le osservazioni originali del 1929 sull’espansione di Hubble dell’Universo – ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L)

Quest’ultimo punto si è rivelato in spettacolare accordo con le nostre osservazioni e ci ha aiutato a capire che è il tessuto stesso dello spazio ad espandersi che si espande con il passare del tempo. Il motivo per cui la luce è più rossa quando guardiamo più lontano dipende del fatto che l’Universo si è espanso nel tempo e la luce all’interno di quell’Universo vede la sua lunghezza d’onda allungata dall’espansione. Più a lungo la luce viaggia, maggiore è lo spostamento verso il rosso dovuto all’espansione.

Man mano che avanziamo nel tempo, la luce emessa viene spostata su lunghezze d’onda maggiori, che hanno temperature più basse e energie più piccole. Ciò significa che se osserviamo l’Universo nella maniera opposta – immaginandolo come fosse più indietro nel tempo – vedremmo la luce che aveva lunghezze d’onda più piccole, con temperature più elevate e energie più elevate. Più lontano estrapoli, più calda e più energica dovrebbe ricevere questa radiazione.

Man mano che il tessuto dell’Universo si espande, le lunghezze d’onda di qualsiasi radiazione presente si allungano. – E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY

Sebbene fosse un salto teorico mozzafiato, gli scienziati (a partire da George Gamow negli anni ’40) iniziarono a estrapolare questa proprietà sempre più lontano, fino a raggiungere una soglia critica di alcune migliaia di Kelvin. A quel punto, la radiazione presente sarebbe abbastanza energica da permettere ad alcuni singoli fotoni di ionizzare atomi di idrogeno neutri: il blocco di costruzione di stelle e il contenuto primario del nostro Universo.

Insomma, passando dal di sopra al di sotto di quella soglia di temperatura l’Universo è passato da uno stato che era pieno di nuclei ionizzati ed elettroni a uno che era pieno di atomi neutri. Quando la materia viene ionizzata, si disperde con le radiazioni; quando la materia è neutra, la radiazione la attraversa. Quella transizione segna un momento critico nel passato del nostro Universo, se questa struttura è corretta.

La spettacolare realizzazione di questo scenario significa che oggi quella radiazione si è raffreddata da qualche migliaio di Kelvin a pochi gradi sopra lo zero assoluto, poiché l’Universo deve essersi espanso da un fattore di centinaia a qualche migliaio da allora quell’epoca. Dovrebbe rimanere anche oggi come uno sfondo che ci arriva da tutte le direzioni nello spazio. Dovrebbe avere un insieme specifico di proprietà spettrali: una distribuzione da corpo nero. E dovrebbe essere rilevabile da qualche parte nella gamma delle frequenze da microonde a radio.

Ricorda che la luce, come la conosciamo, è molto più della semplice porzione visibile a cui i nostri occhi sono sensibili. La luce arriva in una varietà di lunghezze d’onda, frequenze ed energie e che un universo in espansione non distrugge la luce, la sposta semplicemente su lunghezze d’onda più lunghe.

Ciò che era luce ultravioletta, visibile e infrarossa miliardi di anni fa diventa microonde e luce radio mentre il tessuto dello spazio si allunga.

Negli anni ’60 due scienziati stavano usando un nuovo pezzo di equipaggiamento – un’antenna radio gigante, ultra sensibile, a forma di corno – e non riuscivano a calibrarlo. C’era un rumore omnidirezionale di cui semplicemente non riuscivano a liberarsi. Era freddo (~ 3 K), era dappertutto e non era un errore di calibrazione.

Era il bagliore residuo del Big Bang.

Successivamente, gli scienziati hanno continuato a misurare la totalità della radiazione associata a questo segnale cosmico di fondo a microonde e hanno determinato che corrispondeva, in effetti, alle previsioni del Big Bang. In particolare, seguiva una distribuzione del corpo nero, ha raggiunto il picco a 2.725 K, si è esteso sia alla porzione di microonde che a quella radio dello spettro ed è perfettamente uniforme anche in tutto l’Universo con una precisione superiore al 99,99%.

Se prendiamo una visione moderna delle cose, ora sappiamo che la radiazione cosmica di fondo a microonde – la radiazione che ha confermato il Big Bang e ci ha fatto respingere tutte le alternative – avrebbe potuto essere rilevata in una serie di bande di lunghezze d’onda, se solo i segnali erano stati raccolti e analizzati al fine di identificarla.

Sorprendentemente, un dispositivo semplice ma onnipresente iniziò a comparire nelle famiglie di tutto il mondo, in particolare negli Stati Uniti e in Gran Bretagna, negli anni immediatamente successivi alla seconda guerra mondiale: il televisore.

Il modo in cui funziona una televisione è relativamente semplice. Una potente onda elettromagnetica viene trasmessa da una torre e può essere ricevuta da un’antenna di dimensioni adeguate orientata nella direzione corretta. Quell’onda ha segnali aggiuntivi sovrapposti su di essa, corrispondenti a informazioni audio e visive che vi sono codificate. Ricevendo tali informazioni e traducendole nel formato corretto (altoparlanti per la produzione di suoni e raggi catodici per la produzione di luce), siamo in grado di ricevere e goderci la programmazione di trasmissioni direttamente nel comfort delle nostre case. Canali diversi trasmessi a diverse lunghezze d’onda, offrendo ai fortunati possessori di quei vecchi televisori più opzioni semplicemente ruotando un quadrante.

A meno che, cioè, non si fosse girata la manopola sul canale 03.

Sul canale 03 di quei vecchi televisori c’era semplicemente un segnale “statico” o “neve”. Quella “neve” che si vedeva su quei televisori proviene da una combinazione di tutti i tipi di fonti:

• trasmissioni radio create dall’uomo,
• il Sole,
• buchi neri,
• e ogni sorta di altri fenomeni astrofisici direzionali come pulsar, raggi cosmici e altro ancora.

Bene, filtrando tutti quei segnali ed eliminandoli, rimarrebbe comunque un segnale. resterebbe solo circa l’1% del segnale “neve” totale visibile all’inizio, ma non ci sarebbe modo di rimuoverlo. Quando guardi il canale 03, l’1% di ciò che stai guardando proviene dal bagliore residuo del Big Bang. Stai letteralmente guardando lo sfondo cosmico delle microonde.

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Questa piccola quantità di elettricità statica non può essere eliminata. Non cambierà in grandezza o carattere del segnale mentre si cambia l’orientamento dell’antenna. Il motivo è notevole: è perché quel segnale proviene dal fondo cosmico a microonde.

Semplicemente filtrando le varie fonti responsabili dell’elettricità statica e misurando ciò che restava, chiunque dagli anni ’40 in poi avrebbe potuto rilevare il fondo cosmico a microonde in casa, dimostrando il Big Bang decenni prima che lo facessero gli scienziati.

In un mondo in cui gli esperti ti dicono ripetutamente “non provarlo a casa“, questa è una tecnologia persa che non dovremmo dimenticare.

“Presta attenzione. Un giorno sarai l’ultimo a ricordare“.

Fonte: Forbes