Il Big Bang e la teoria dell’inflazione

Siamo abituati a pensare all’universo come qualcosa di statico, che non muta. In realtà il cosmo si evolve, si trasforma e cambia in dimensione e forma. In particolare l’universo si espande continuamente, ma non ce ne accorgiamo per via dei tempi con cui avvengono questi cambiamenti.

Quanti anni ha l’universo?

Secondo degli studi, integrati con l’analisi dei dati ottenuti dalla sonda Planck Surveyor dell’ Agenzia Spaziale Europea, l’universo avrebbe un’età di circa 14 miliardi di anni. Un periodo così lungo che si fa fatica ad immaginarlo, pensate che l’essere umano (homo sapiens sapiens) comparve sulla terra solo 130 mila anni fa. Se moltiplichiamo il periodo in cui l’uomo ha vissuto sulla terra per 100 mila volte, otteniamo l’età dell’universo.

L’universo è sempre stato uguale?

A causa di queste tempistiche, poter constatare un significativo cambiamento dell’universo non è possibile per noi, ma sappiamo che ciò avviene. Osservando delle galassie lontane, si nota che la luce emessa ha una lunghezza d’onda tendente al rosso, fenomeno chiamato Redshift (una sorta di effetto doppler); in pratica la maggior parte delle galassie si sta allontanando dalla Terra.

Le ipotesi sono due: o la Terra si trova al centro di un’ espansione, oppure tutto l’universo si sta espandendo uniformemente. La seconda teoria fu avanzata dal fisico belga George Lamaitre, il quale notò una corrispondenza tra allontanamento delle galassie ed espansione dell’universo. I dati dimostrarono che la seconda teoria è quella più plausibile e le galassie si allontanano secondo un’equazione lineare definita dalla legge di Hubble.

Com’era l’universo appena nato?

Il fisico Lamatre pensò anche che se l’universo si sta espandendo, allora, ripercorrendo il tempo all’indietro, si sta contraendo. Se l’espansione è costante, allora la contrazione porta ad un momento in cui tutto l’universo era concentrato in un punto con massa tendente all’infinito e volume quasi nullo, detto singolarità. In questo istante, le leggi fisiche della relatività generale di Einstein vengono a mancare.

Sappiamo che l’universo primordiale era composto di un plasma di quark e gluoni (particelle elementari della meccanica quantistica). Non sto ad elencare tutti i passaggi che hanno formato i vari elementi, sappiate solo che calore, densità ed espansione dell’universo hanno influenzato la sintesi dei primi atomi, e poi delle varie sostanze,  a partite dalle particelle elementari. 

Non si sa cosa ci sia prima di quell’istante, ma c’è una teoria che spiega tutto quello che avviene immediatamente dopo. Questa teoria è conosciuta con il nome di Teoria del Big Bang. Erroneamente noi pensiamo al Big Bang come ad una esplosione, in realtà la teoria dice tutto fuorché l’universo si sia creato da un grande botto, essa afferma solamente che l’universo si sta espandendo.

Prove a sostegno della Teoria del Big Bang

Esistono tre prove che danno valore alla Teoria del Big Bang. La prima è quella citata della legge di Hubble. La seconda è la presenza di una radiazione di fondo dell’universo, una sorta di eco dell’universo primordiale che viaggia nell’universo ed è analizzabile in tutte le direzioni. La terza è la presenza di elementi leggeri, ovvero di elementi come l’elio, che si sarebbero formati per sintesi grazie all’abbondanza di particelle elementari, è infatti improbabile che l’elio fosse già presente da subito in questa quantità.

Alcuni misteri sulla genesi dell’universo…

Mi soffermo su una peculiarità dell’universo primordiale, esso era composto al 50% da materia e al 50% da antimateria. Ogni particella elementare ha la corrispettiva antimateria, il loro scontro comporta l’annichilazione e la scomparsa di entrambe le particelle. L’energia però si conserva e dal nulla può manifestarsi con la creazione di una nuova particella. Affascinante e complicato. La cosa interessante è che in un certo istante la percentuale di materia aumentò di qualche milionesimo, piccolissima variazione che però col tempo portò alla supremazia della materia sull’antimateria, che caratterizza l’universo attuale. Tale variazione improvvisa, chiamata bariogenesi, è uno dei misteri irrisolti della fisica.

Altro mistero è cosa ci sia prima del Big Bang o cosa lo abbia scaturito. Una teoria a riguardo è quella delle stringhe, non sto a spiegarla ora, dovrei fare un articolo a parte, vi basta sapere che è ancora in sviluppo e cerca di integrare la relatività generale con la meccanica quantistica creando una Teoria del Tutto.

Dovete sapere che la fisica può essere spiegata sia con la relatività generale che con la meccanica quantistica, su alcuni argomenti trovano accordo, su altre invece si scontrano, eppure le formule danno gli stessi risultati. Un esempio è il moto dei pianeti, il periodo di rivoluzione calcolato con le leggi della meccanica classica danno gli stessi risultati dei calcoli eseguiti con le formule di Einstein.

Che cosa succederà al nostro universo in futuro?

Ci sono diverse ipotesi a riguardo. Una teoria afferma che l’universo continuerà ad espandersi all’infinito, ma ciò comporterà un raffreddamento costante del cosmo fino alla morte di tutte le stelle. Un’altra teoria dice che l’universo finirà di espandersi e inizierà a contrarsi di nuovo ritornando al momento di singolarità; questo processo è periodico e noi stiamo vivendo in uno di questi periodi. L’ultima teoria avanza l’ipotesi che l’universo smetterà di espandersi e rimarrà fermo.

 

 

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