Tesine
L'UNIVERSO IERI, OGGI E… DOMANI
Fino ai primi anni del ventesimo
secolo nessuno aveva osato mettere in dubbio l'idea dell'esistenza
di uno spazio fisso sullo sfondo del quale si muovono stelle, pianeti,
quasar e pulsar… alla fine degli anni venti, però, in
seguito agli studi condotti da Edwin Hubble sugli spettri
stellari, questa concezione cambiò. Partendo dal presupposto
che, man mano che la sorgente di un'onda si allontana dall'osservatore
la frequenza con cui quest'ultimo la percepisce sembra diminuire,
Hubble teorizzò l'idea che le galassie fossero in continuo
allontanamento. Studiando, infatti, la luce emessa dalle stelle
notò che questa subiva uno spostamento verso il rosso (red
shift), l'onda luminosa era soggetta, cioè, ad un vero
e proprio "stiramento".
Misurando, inoltre, il cambiamento di colore della luce emessa da
particolari atomi e confrontandolo con quello della luce emessa
da atomi dello stesso tipo in laboratorio, poté stabilire
la velocità di fuga delle sorgenti luminose: scoprì,
quindi, che le galassie si allontanano ad una velocità tanto
maggiore quanto è la distanza che le separa da noi osservatori.
Hubble rivoluzionò il concetto di cosmo immutabile che fino
ad ora astronomi e filosofi avevano ipotizzato, avvalorando anche
la teoria di Einstein secondo il quale l'universo non poteva essere
statico.
Se si percorre ora l'espansione dell'universo
a ritroso, si troveranno facilmente le prove che dimostrano che
il cosmo è nato da uno stato più denso e più
piccolo nel quale aveva dimensione zero: "l'uovo cosmico".
Un punto di partenza estremamente denso e caldo, dove non vi erano
ancora atomi ma probabilmente solo una concentrazione di particelle
elementari, esploso con il Big bang, teorizzato da Friedmann
tra il 1922 e il 1924. Secondo questa teoria, prima della terribile
esplosione tempo e spazio non esistevano: lo spazio cominciò
a dilatarsi e il tempo a scorrere solo dopo l'istante iniziale.
Ma cosa successe esattamente nei primissimi istanti che seguirono
l'esplosione? La temperatura superò i miliardi di gradi e
cominciarono a separarsi la forza di gravità seguita subito
dopo dalla forza nucleare forte. La materia ancora non esisteva
perché tutto era energia. Dopo altre brevissime frazioni
di secondo l'universo si espanse con una rapidità mai più
eguagliata in seguito: l'inflazione, liberando così una gran
quantità di calore e di luce iniziando a raffreddarsi. Dopo
poco meno di un secondo dall'istante zero, si formarono i primi
nuclei atomici di idrogeno e di elio. Da questo momento, fino a
circa 3000 anni dall'attimo iniziale, la forza di gravità
continuò ad agire sull'energia a causa della sua straordinaria
densità.
A 300.000 anni dal big bang la temperatura scese a 3000° K e
gli elettroni furono catturati dai nuclei formando un gas neutro
di idrogeno ed elio. Con la formazione di idrogeno neutro la materia
divenne la componente dominante dell'universo ma una parte della
radiazione emessa durante il big bang, e raffreddata dall'espansione,
è rimasta nell'universo. Si tratta della "radiazione
fossile". Nel 1965, due tecnici della Bell Telephone Company,
Robert Wilson e Arno Penzias, cercando le cause di un disturbo nelle
trasmissioni a microonde, scoprirono un rumore di fondo costante
uguale in tutte le direzioni del cielo. Si resero immediatamente
conto che non poteva essere un disturbo terrestre ma doveva avere
origine nel cosmo: si era scoperta la radiazione cosmica, residuo
dell'esplosione da cui ha avuto origine l'universo. Questa era la
prova più evidente che il cosmo è stato originato
dal big bang e, per quanto i sostenitori della teoria alternativa
abbiano cercato di confutarla, non è stato possibile spiegare
la radiazione cosmica con l'ipotesi dell'universo stazionario.
L'idea di un universo nato da
un punto senza spazio e senza tempo non fu, infatti, accettata da
tutto il mondo scientifico. Nel 1948, tre astrofisici, Gold, Bondi
e Hoyle, avanzarono una loro personalissima tesi. Arrivarono a concepire
un modello in cui l'universo fosse sempre uguale a sé stesso
e non avesse alcun inizio. Secondo loro, la materia, anziché
essere stata creata in un determinato momento, era in uno stato
di continua creazione in modo tale da equilibrare il cambiamento
di densità dovuto all'espansione del cosmo. Nella teoria
del Big bang, invece, l'universo in espansione ha una densità
decrescente, un inizio e nessuna creazione continua di materia.
Inoltre, nella teoria dell'universo stazionario, il tasso
di creazione di nuova materia è talmente ridotto (meno di
un atomo per metro cubo ogni dieci miliardi di anni) che non è
assolutamente possibile verificare direttamente il processo. Questa
teoria fu definitivamente superata con la scoperta, nel 1965, della
suddetta radiazione fossile.
L'uomo finalmente sembra aver trovato, dopo millenni, una spiegazione
"razionale" della formazione dell'universo ma ha ancora
molti dubbi su quella che sarà la sua evoluzione e fine.
I problemi scaturiscono dal fatto che non si conosce esattamente
la densità, la quantità di materia dello spazio poiché
solo il 20% è osservabile, il rimanente 80% si presuppone
sia formato da neutrini che costituiscono la cosiddetta "materia
oscura".
A riguardo sono state formulate tre ipotesi:
1. Se la quantità
di materia (densità) fosse tanto alta da superare il valore
critico, la forza di gravità si opporrebbe all'espansione
provocando una contrazione, detta "big crunch"
che riporterebbe il tutto nuovamente all'uovo cosmico e poi di
nuovo al big bang, innestando così un processo infinito.
Questo modello è anche noto con il nome di "universo
chiuso" rappresentabile da una superficie sferica che
possiede un'area finita ma illimitata (geometria sferica).
2. Se la quantità di materia fosse tanto piccola
da non superare il valore critico, la forza di gravità
non si opporrebbe all'espansione dell'universo che subirebbe così
una morte lenta, raffreddandosi fino a raggiungere lo zero assoluto
(- 273° C). In questo caso l'universo sarebbe rappresentato
da un modello aperto, descrivibile cioè, con una superficie
simile a quella di una "sella", illimitata e in espansione
permanente (geometria iperbolica).
3. Se la densità, infine, fosse uguale al valore
critico, l'universo sarebbe immobile, non si contrarrebbe né
si espanderebbe, rimanendo immutato per il resto del tempo. Il
modello possibile sarebbe rappresentato da un piano (geometria
euclidea).
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