La nascita dell’Universo, dalla teoria dell’inflazione alla teoria delle brane

La nascita dell’Universo, dalla teoria dell’inflazione alla teoria delle brane (4.00/5) su 4 voti
universo Almeno qui in Italia, da quando siamo nati, ci hanno insegnato che Dio creò l’universo stesso e tutto ciò che esiste in natura. In realtà in questo articolo vorrei affrontare il discorso in maniera non teosofica, ma comunque senza scontrarmi con il credo religioso. Com’è possibile questo? La scienza cerca di spiegare matematicamente ed in maniera materialistica ciò che possiamo osservare in natura, ma gli ultimi progressi, sopratutto riguardanti il ramo della fisica quantistica, vanno verso direzioni che un tempo erano impensabili: tutto ciò che esiste sembra essere il frutto di strane ed inspiegabili equazioni di base, equazioni che permeano il tutto, che definiscono la struttura di tutto l’universo, e queste equazioni dal punto di vista scentifico corrispondono esattamente al Dio al quale più o meno la maggior parte delle religioni fanno riferimento. Questo permette al giorno d’oggi di unire, per certi versi e per chi sa cogliere l’essenza delle cose senza diventare estremista, scienza e religione.Dal punto di vista scentifico, sicuramente vi sarete chiesti almeno una volta, guardando il cielo, se l’universo sia finito oppure infinito.. Ma se l’universo è finito, cosa c’è oltre i suoi bordi? E che forma ha l’universo? Oppure ancora, se l’universo è comparso per qualche motivo, cosa c’era prima? Queste domande sembrano assurde, come possiamo dare una risposta senza aver modo di guardare indietro nel tempo? In realtà gli scienziati, spingendo al massimo la fisica teorica e le ultime scoperte tecnologiche, stanno affrontando questa sfida veramente a testa alta. Le ultime più grandi conquiste furono la teoria della relatività del famoso Albert Einstein e lo sviluppo successivo della meccanica quantistica.

A cosa servono tutte queste teorie? Come possono spiegare l’universo? Gli scienziati lavorano inuniverso simulazione questo modo: creano una teoria, che descrive un intero universo tramite formule matematiche (la sfida sta nel ridurre queste formule al minimo!) e la applicano ad un modello di universo “fatto in casa”. Immaginate di usare queste formule per creare un videogioco 3d per il computer che simuli la nascita dell’universo ed il suo sviluppo secondo queste formule e parametri dettate dagli scienziati. Essi premono “Avvio” e osservano cosa appare sul monitor: all’inizio lo schermo nero, poi il bigbang, e via via la creazione delle galassie, delle stelle e dei pianeti. Se il risultato finale è un universo come noi lo vediamo oggi, in tutti i minimi dettagli, la teoria è corretta. L’utilizzo di un software 3d è un esempio, in realtà questi calcoli vengono più spesso fatti manualmente. Ad esempio dalla teoria della relatività di Einstein venne predetto che se questa era corretta, dovevano per forza trovarsi nell’universo corpi celesti speciali, denominati “buchi neri” dove lo spazio ed il tempo si annullano. Infatti quasi 80 anni dopo essi vennero scoperti!

La teoria della relatività ha avuto moltissime conferme e nessuna particolare smentita fino ad oggi. Una delle sue implicazioni più importanti è che la velocità della luce sia sempre costante. Se io corro dentro un autobus in movimento, la mia velocità é pari alla velocità dell’autobus più quella della mia corsa. Ma se io corro in un autobus con una torcia in mano, la velocità della luce emessa dalla torcia non sarà pari alla velocità dell’autobus più quella della mia corsa più quella della luce, ma resterà sempre e solo la velocità della luce (299 792 458 metri al secondo)! Il sole dista da noi circa 150 milioni di km, e siccome la luce viaggia a circa 300 mila km al secondo, per raggiungere la terra la luce del sole impiega più di 8 minuti nel tragitto! Però le stelle nel cielo sono distanti miliardi di miliardi di km, per questo motivo la luce impiega anche anni per raggiungerci. Per questo la distanza di corpi celesti lontani viene misurata in anni luce, vedesi come esempio Proxima Centauri, la stella più vicina alla terra, dista circa 4,2 anni luce! Fatevi qualche calcolo, pensando che la luce viaggia a 300.000 km al secondo e 4,2 anni luce significa 126 milioni di secondi circa…

Quando noi osserviamo una galassia, distante ad esempio 1000 anni luce, stiamo osservando com’era quella galassia 1000 anni fa, poichè la luce impiega 1000 anni per raggiungere i nostri telescopi. Per questo motivo, più distante osserviamo, più guardiamo indietro nel tempo.

antenna horn e la radiazione cosmica di fondoNel 1964 due radioastronomi che stavano studiando il cielo con una particolare antenna, si trovarono a combattere con un disturbo ambientale che impediva loro di ottenere informazioni pulite. Dopo svariati tentativi migliorando l’antenna, eliminando fattori di disturbo esterni e raffreddando i ricevitori, si accorsero che non si trattava di un disturbo terrestre, ma un “disturbo di fondo” presente nell’universo, in qualsiasi direzione: essa venne chiamata radiazione cosmica di fondo e attualmente si sostiene questa sia un residuo del big bang, la grande esplosione che diede origine all’universo (secondo la teoria detta dell’Inflazione). Questa radiazione di fondo praticamente proviene da punti così lontani dell’universo, che ha impiegato miliardi di anni per raggiungerci, essa infatti è “partita” proprio quando naque l’universo stesso!

wmap foto radiazione cosmica

Nel 2001 venne lanciato uno speciale ed importantissimo satellite, chiamato WMAP. Equipaggiato con sonde sensibilissime, questo satellite ha misurato dallo spazio la radiazione cosmica di fondo generando una “foto” di come era l’universo a soli 380.000 anni dalla sua origine. Una cosa del tutto incredibile! La foto della radiazione cosmica di fondo ha da una parte confermato la teoria dell’Inflazione -ovvero che l’universo nato dal Big Bang si stia espandendo sempre più fino a quando si raffredderà e spegnerà per sempre- ma allo stesso tempo ha fatto sorgere diversi dubbi. Una esplosione non avrebbe distribuito in modo così omogeneo la materia e l’energia presente nell’universo, ed inoltre, vengono trovate particolari tracce energetiche che lasciano parecchi dubbi.

collisione brane

Alcuni coraggiosi studiosi hanno tentato di spiegare la nascita dell’universo attraverso teorie alternative, la più interessante di queste ricorre alle “brane” per spiegare i cicli di vita di un universo. In questa speciale visione multidimensionale, svariati universi sono sviluppati orizzontalmente tra loro come fogli di carta separati da un piccolo spazio vuoto: ad intervalli regolari questi due fogli collidono in un punto qualsiasi, generando nell’universo in essi contenuto una grandissima esplosione che fa collassare e fa ripartire dall’inizio il tutto, come una specie di big bang. I fogli ondeggiano e reagiscono all’esplosione per poi ristabilizzarsi nell’arco di miliardi di anni: raggiunta la stabilità una nuova collisione fa ripartire il ciclo. Le simulazioni danno scarse probabilità di successo per questa teoria, infatti la favorita sembra ancora la teoria dell’Inflazione o del Big Bang.

foto del satellite planck

Nel 2009 viene lanciato un’altro importante satellite, il satellite Plank, con sonde molto migliori rispetto al WMAP. Nel 2010 questo satellite ha restituito una foto ad altissima definizione della radiazione cosmica di fondo in un ampissimo spettro di frequenze ed inoltre è provvisto di sensori atti a misurare le onde gravitazionali. Questo tipo di onde, impercettibili per noi, sono deformazioni dello spazio tempo dovute ad esplosioni paragonabili al Big Bang. Se la teoria dell’Inflazione è corretta, il satellite Plank misurerà potenti onde gravitazionali (le quali viaggiano pure alla velocità della luce) altrimenti, se le onde gravitazionali misurate saranno scarse o molto deboli, questo andrà molto probabilmente a favore della teoria multidimensionale e delle brane. Se questo succederà, gli scienziati sapranno di dover concentrare le loro forze nello studio e sviluppo di questa neonata teoria, che in questo modo verrà sicuramente stravolta, migliorata, ampliata, testata. Si attende per il 2011 la pubblicazione degli esami sui risultati del satellite Plank, ci aspettano grandi sorprese.

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