Are Raklev, professore di fisica teorica all’UiO, ha notato che molte descrizioni danno un’immagine fuorviante di ciò che afferma effettivamente la teoria del Big Bang.
Prima di tutto, cosa significa veramente “Big Bang“?
“La teoria del Big Bang è che circa 14 miliardi di anni fa l’universo si trovasse in uno stato molto più caldo e molto più denso, e che sia espanso“, spiega Raklev.
Da allora lo spazio ha continuato ad espandersi ed è diventato sempre più freddo.
Sulla base della teoria, gli scienziati hanno ottenuto una visione più chiara della storia dell’universo. E’ stata fatta chiarezza su quando si siano formate le particelle elementari, gli atomi, le stelle e le galassie.
1. “È stata un’esplosione”
La stessa frase del Big Bang fa sembrare che fosse un’esplosione, dice Are Raklev. Ma questa non è in realtà una descrizione così accurata.
All’inizio degli anni ’20, il matematico Alexander Friedmann scoprì che la teoria della relatività generale di Einstein prevedesse un universo in espansione. Alla stessa conclusione era giunto il sacerdote e scienziato belga Georges Lemaître.
Poco dopo, Edwin Hubble ha dimostrato che le galassie si stessero effettivamente allontanando.
Un giorno, quasi tutte le galassie che possiamo attualmente osservare con i telescopi saranno fuori vista. Alla fine le stelle si spegneranno e gli osservatori guarderanno un cielo eternamente buio e solitario.
È facile pensare che il Big Bang sia stato un’esplosione, in cui sono state lanciate sostanze, come pezzi di legno che volano via dopo l’esplosione di una bomba a mano.
“Ma quando si tratta del Big Bang, non è la sostanza che viene esplulsa“, spiega Raklev. “L’universo stesso si espande, lo spazio stesso si espande.”
Un’esplosione in cui la massa esplode in tutte le direzioni non è un quadro preciso del Big Bang.
2. “L’universo si sta espandendo in qualcosa”
Quindi non sono le galassie che si stanno allontanando, ma lo spazio che si sta espandendo.
Bringmann, un professore che si occupa di cosmologia e fisica delle astroparticelle all’Università di Oslo (UiO), usa la superficie di un palloncino come esempio. Disegna dei punti sul palloncino non gonfiato e osserva come la distanza tra i punti aumenta man mano che si gonfia.
“Allo stesso tempo, è vero che anche le galassie si muovono a causa dell’attrazione gravitazionale reciproca: questo è un effetto aggiuntivo“, afferma Raklev.
Alcune galassie si muovo verso di noi. Questo vale per le galassie vicine. Ma su grandi distanze, questo effetto è eclissato dalla legge di Hubble-Lemaître sulla velocità con cui le galassie si allontanano in proporzione alla distanza.
Quello che chiamiamo universo osservabile è una bolla che ci circonda avente 93 miliardi di anni luce di diametro. Più qualcosa che osserviamo è distante, più indietro nel tempo riusciamo a vedere
Poiché l’universo è in espansione, l’universo osservabile è controintuitivamente più grande di 14 miliardi di anni luce.
Ma gli scienziati calcolano che l’universo al di fuori della nostra bolla è molto, molto più grande, forse infinito.
Se l’universo avesse una curvatura positiva, potrebbe in teoria essere finito. Ma allora sarebbe come una specie di strana sfera. Se viaggiassimo fino alla “fine”, finiremmo nello stesso punto da cui siamo partiti, indipendentemente dalla direzione presa.
In entrambi i casi, l’universo può espandersi senza doversi espandere in nulla.
3. “Il Big Bang aveva un centro”
Se immaginiamo il Big Bang come un’esplosione, è facile pensare che la deflagrazione sia avvenuta verso l’esterno, da un centro.
“Ma non è stato il caso del Big Bang. Quasi tutte le galassie si stanno allontanando da noi, in tutte le direzioni. Sembra che la Terra sia stata il centro dell’inizio dell’universo. Ma non è così. Infatti tutti gli altri osservatori vedrebbero la stessa cosa dalla propria galassia natale”, spiega Bringmann.
L’universo si sta espandendo ovunque allo stesso tempo. Il Big Bang non è avvenuto in nessun luogo particolare.
“È successo ovunque”, dichiara Raklev.
4. “L’intero universo è stato raccolto in un minuscolo punto”
È vero che il nostro intero universo osservabile si “trovasse” in uno spazio molto piccolo all’inizio del Big Bang.
Ma come può l’universo essere infinito e allo stesso tempo così piccolo?
Potremmo leggere che l’universo era prima più piccolo di un atomo e poi delle dimensioni di un pallone da calcio. Ma quest’analogia insinua che lo spazio all’inizio avesse dei confini e un limite.
“Non c’è niente che dica che l’universo non fosse già infinito al Big Bang“, dice Raklev.
“Era solo più piccolo, nel senso che ciò che allora poteva essere un metro, per esempio, ora si è espanso in enormi distanze di molti miliardi di anni luce“.
Quando si parla di quanto fosse grande l’universo in determinati momenti, ci si riferisce al nostro universo osservabile.
“L’intero universo osservabile proviene da una minuscola area che possiamo chiamare punto. Ma anche il punto accanto si è espanso e così anche il punto successivo. È così lontano da noi che non possiamo osservarlo”, spiega Raklev.
5. “L’universo era infinitamente piccolo, caldo e denso”
Forse si aveva la convinzione che l’universo fosse iniziato come una singolarità. O che fosse infinitamente piccolo, caldo e così via. Potrebbe essere vero, ma molti fisici non pensano sia corretto.
Le singolarità sono un’espressione per la matematica che si scompone e non può essere descritta con la fisica ordinaria, secondo il cosmologo Steen H. Hansen.
Bringmann riassume cosa significa tutto questo quando si parla del Big Bang.
“L’universo di oggi è un po’ più grande di ieri. Ed è ancora un po’ più grande di quanto non fosse un milione di anni fa. La teoria del Big Bang implica studiare l’universo indietro nel tempo. Abbiamo bisogno di una teoria per questo: la teoria generale della relatività“.
“Se lo studiamo fino in fondo, l’universo diventa sempre più piccolo, più denso e più caldo. Finalmente arriviamo ad un punto in cui è davvero piccolo, davvero caldo e denso. Questa è in realtà la teoria del Big Bang: l’universo è iniziato in una tale condizione. È su questo dobbiamo davvero soffermarci“, spiega Bringmann.
“Se osserviamo la teoria della relatività generale fino in fondo, raggiungiamo un punto di densità e calore infinitamente alti, dove la dimensione è zero”.
“Questa è pura estrapolazione matematica al di là di ciò che la teoria effettivamente consente”, afferma Bringmann.
“Quindi si arriva ad un punto in cui la densità di energia e le temperature sono così alte che non abbiamo più teorie fisiche per descriverle“.
“Di cosa abbiamo bisogno per descrivere una condizione così estrema? È qui che entriamo in un’area in cui è necessaria una teoria che combini gravità e teoria quantistica. Nessuno è stato ancora in grado di formularla”, conclude Bringmann.
“Quindi quello che è successo in questo momento, il primo punto nella storia dell’universo, ci è ancora nascosto, almeno finora”.
