L'Universo

This is the way the world ends
Not with a bang but a whimper
The Hollow Men, T.S.Eliot
(E’ questo il modo in cui il mondo finisce: non con un’esplosione, ma con un gemito)

Origine dell'Universo
I misteri delle origini e la gelida fine del cielo
I segreti del cosmo
The last three minutes: una possibile collisione, l’Universo morente, Universo in espansione, i primi tre minuti

L'origine dell'Universo

In certe notti il cielo appare così vicino che si può quasi toccarlo, una quieta volta di luce e di tenebra sorretta dalle cime delle montagne, così dicevano gli antichi Egizi. La scienza moderna ha distrutto questa antica idea di tranquillità, sostituendola con un cosmo violento e mutevole. Dall’osservatorio Keck sul Mauna Kea, uno dei punti di osservazione più importanti del mondo, dal telescopio spaziale Hubble, e da altri Osservatori, come quello di Apache Point, arrivano dati che stanno per svelare i segreti dell’Universo. 

I misteri delle origini e la gelida fine del cielo.

Scrutando la nostra galassia con lo Hubble e con il Very Large Telescope europeo in Cile, si è trovato che una parte della materia oscura diffusa in gran quantità nell’Universo, potrebbe essere costituita da oggetti senza luce, stelle morte, o buchi neri di taglie diverse. Li hanno chiamati Macho (Massive Compact Halo Object) e si scoprono per l’effetto di lente gravitazionale, che essi stessi creano, dal quale scaturisce un brillìo improvviso quando transitano davanti ad un altro astro perché ne concentrano la luce. Questi oggetti costiutiscono non più del 10% della massa che si presume essere nel cosmo. Del restante 90% non si sa nulla, né dove sia, né cosa sia, la sua vera natura anzi ci sfugge e potrebbero esserci particelle sconosciute.

Le recenti osservazioni aprono nuove prospettive inedite.

Accanto a una materia oscura si è provata l’esistenza di un’energia oscura. Oggi l’Universo ci pare formato per il 65% da questa energia misteriosa e per l’altro 35% da materia ignota, per la maggior parte, e cioè il 90%. Dell’energia si è scoperto che da essa dipende un’accelerazione della materia, un’espansione accelerata dell’Universo, per cui si devono anche rivedere alcuni punti della teoria del Big Bang.

Einstein aveva già previsto l’effetto dell’accelerazione, ma ora se ne sono scoperti gli effetti.

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Con Hubble abbiamo visto gli embrioni delle isole stellari appartenenti ad un giovanissimo cosmo di appena un miliardo e mezzo di anni, ma per sapere cosa è successo prima si dovrà attendere: tra qualche anno il satellite Plank dell’ agenzia spaziale europea ci mostrerà le primissime fasi della formazione dell’Universo, quando la materia si separava dall’energia.

Un enigma è dato anche dai buchi neri: ogni galassia conosciuta, (circa cento miliardi) presenta incastonato nel suo cuore uno di questi mostri di materia supercondensata che non lascia uscire neppure un raggio di luce. E la taglia della galassia è collegata a quella del buco nero. Non sappiamo come avvenga la semina dei buchi neri e neppure come nascano le stelle e i pianeti. Essendo così incerte le origini non abbiamo spiegazioni nemmeno per la fine, facilmente entrano in gioco gli effetti dell’accelerazione appena scoperta. Probabile destino sembra essere un mondo gelato. L’Universo accelera la sua espansione, le galassie si allontanano sempre più le una dalle altre e non ci potranno più essere quegli scontri reciproci dai quali si sprigiona energia e nascono nuovi astri. Le stelle, consumando il loro combustibile, diventano oggetti freddi e oscuri. Tutto tenderà verso lo zero assoluto. Ma a questo punto ha senso una domanda: in quella gelida prospettiva lo spazio e il tempo si fermeranno o continueranno ad esistere?

Attingendo alla teoria degli Universi paralleli, accettando come possibili tutte le condizioni, esistono diversi Universi o meglio Multiversi con realtà differenti e il nostro è uno di essi. Ma se invece escludiamo questa teoria allora non esistono realtà diverse dalla nostra e noi siamo unici. Potremmo anche ammettere invece che l’Universo esiste solo perché lo possiamo osservare, o magari se esiste invece per un’esigenza fisica o filosofica, ma oggi l’unica certezza è che la sua natura ci è ignota.

da  art. di Duccio Macchetto dello Space telescope Science Institute a Baltimora (Usa)

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Ai confini della realtà, svelati i segreti del cosmo

Il grande specchio di Hubble, il telescopio spaziale, ci ha consentito di svelare i segreti del cosmo.

Tre sono i grandi risultati, base della rivoluzione avvenuta: L’Universo accelera, le galassie perciò continueranno a fuggire allontanandosi sempre più le une dalle altre, quindi non accadrà che ad un certo punto la corsa delle stelle si fermi e tutto torni al momento del Big Bang. Inoltre dalla misura della velocità di fuga degli astri, si è riuscita a stabilire che l’età dell’Universo è di 15 miliardi di anni.

L’obiettivo di Hubble ha ritratto il campo profondo, e ci ha dato un’immagine dell’Universo molto giovane, quando appena aveva un miliardo e mezzo di anni. Si sono viste le prime isole stellari in formazione, e si è scoperto che la loro creazione-formazione è continuata fino a 10 miliardi di anni fa. Hubble, vedendo molto distante, ci porta anche indietro nel tempo, come una vera macchina del tempo, mostrandoci appunto il mondo com’era 13 miliardi di anni fa, infatti la sua immagine, viaggiando alla velocità della luce ha impiegato 13 miliardi di anni per arrivare sulla Terra. Ciò che vediamo oggi non esiste più, con il passare del tempo si è sicuramente modificato, ma non possiamo ancora sapere come. Riguardo i buchi neri, i mostri cosmici che si pensavano rari, sono invece probabilmente presenti in ogni galassia, nascosti nel cuore. Dei buchi neri però si possono raccogliere solo tracce indirette, perché la forza di gravità è così immensa che riesce a trattenere perfino la luce, impedendo quindi di vederli.

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THE LAST THREE MINUTES
By Paul Davies
Congetture sul destino dell’Universo

  1. Il giorno del giudizio

 All’inizio la descrizione della scena apocalittica: un’immensa massa di roccia e ghiaccio sta per abbattersi sulla terra, con una velocità 70 volte quella del suono. L’umanità può soltanto guardare ed aspettare l’inevitabile. Lo scenario descritto si basa sulla previsione che una cometa, la Swift-Tuttle, colpisca la Terra il 21 agosto 2126. Anche se calcoli successivi hanno smentito questa possibilità (forse ce la caveremo…per un pelo), l’eventualità di una possibile collisione con un oggetto celeste esiste.

La Terra ospita la vita da circa tre miliardi e mezzo di anni. Il segreto del nostro successo sul pianeta Terra è lo spazio. Il sistema solare è una piccola isola di attività in un oceano di spazio vuoto, la stella a noi più vicina, dopo il Sole, dista dalla Terra più di 4 anni luce. Il Sole è una stella nana situata in una zona della nostra galassia, la Via Lattea. Questa galassia contiene circa 100 miliardi di stelle, di massa molto varia, oltre a moltissime nubi di gas e di polvere, nubi di comete, asteroidi, pianeti e buchi neri, che lentamente orbitano attorno al suo centro. La nostra galassia ha la forma di un disco, con una protuberanza centrale e alcuni bracci spiraliformi formati dalle stelle e dai gas che le circondano. Il Sole è situato su uno dei bracci a spirale, e dista 30 000 anni-luce dal centro. A circa 2 milioni di anni luce si trova Andromeda, una galassia simile alla nostra. L’Universo osservabile è popolato da molti miliardi di galassie, alcune a spirale, altre ellittiche, atre di forma irregolare; le distanze sono enormi gli astronomi hanno osservato galassie in collisione tra loro, ma dal loro scontro, non derivano necessariamente distruzioni: esse sono così disseminate nello spazio, che possono compenetrarsi e fondere senza che ci siano collisioni tra stelle. La terra potrebbe essere invece minacciata da un asteroide. Questi corpi, in gran parte concentrati in una zona tra Marte e Giove, possono essere deviati verso il Sole dalla forza attrattiva di Giove. Oppure una minaccia per la Terra potrebbe essere una cometa, o altri oggetti, come le gigantesche nubi di gas, o ancora, pianeti vaganti, stelle di neutroni, nane scure o magari buchi neri che potrebbero piombarci addosso all’improvviso.

2. L’Universo morente

L’Universo sta morendo. Questa tetra previsione, cui pervenne nel 1856 il fisico Helmholz, non è altro che la conseguenza del secondo principio della termodinamica, che asserisce che il calore passa spontaneamente dal caldo al freddo. E’ un processo unidirezionale, asimmetrico rispetto al tempo, che, movendo dal passato, si dirige verso il futuro. Si riconobbe poi una grandezza, l’entropia, che caratterizza l’irreversibilità dei cambiamenti termodinamici, e che si può definire come il rapporto tre l’energia termica e la temperatura. L’entropia di un sistema non diminuisce mai. Considerando l’Universo un sistema chiuso, non essendoci nulla al di fuori di esso, per il secondo principio della termodinamica, si potrà prevedere che l’entropia totale dell’Universo non diminuisce mai, ma aumenta inesorabilmente. Anche il Sole, che irraggia continuamente calore, finirà il suo combustibile e si raffredderà fino ad adeguare la sua temperatura con quella dello spazio circostante. L’intero Universo tenderà verso un equilibrio termodinamico finale, di entropia massima, verso la “morte termica”. Questa deprimente scoperta influì sul pensiero di filosofi, come Bertrand Russel, e di scienziati, che sostennero che l’Universo è senza scopo, e così l’esistenza umana è vana e senza senso.

Gli astronomi dell’Ottocento erano sconcertati da un paradosso cosmologico detto “paradosso di Olbers”, dall’astronomo tedesco che lo formulò. Perché di notte il cielo è scuro? La risposta sarà che essendo le stelle lontanissime, la loro luce appare fioca. Ma se lo spazio si suppone illimitato, le stelle sarebbero in numero infinito, e la loro luce, pur fioca, sommandosi dovrebbe produrre una grande luminosità. In effetti la luminosità di una stella diminuisce in modo inversamente proporzionale al quadrato della distanza: a distanza doppia la luminosità ne pari ad un quarto a distanza tripla ad un nono ecc… Ma anche il numero delle stelle, supponendole uniformemente distribuite, aumenta secondo il quadrato della distanza, per cui i due effetti si compensano, col risultato che la luce complessiva proveniente da tutte le stelle situate ad una certa distanza è costante, non dipende cioè dalla distanza stessa! Sommando la luce proveniente da tutte le stelle situate a tutte le distanze, se l’Universo è illimitato, la quantità di luce che ci arriverebbe dovrebbe essere immensa, e anziché scuro, il cielo notturno dovrebbe essere luminosissimo! Anche tenendo conto delle dimensioni delle stelle, il flusso luminoso che arriverebbe alla Terra sarebbe grandissimo, e il calore sviluppato, che potrebbe arrivare a migliaia di gradi, dovrebbe far brillare il cielo notturno di luce intensissima.

Olbers tentò di risolvere il paradosso pensando che le grandi quantità di polveri esistenti nell’Universo assorbano gran parte della luce stellare, ma non tenne conto che anche la polvere alla fine si scalderebbe e risplenderebbe con la stessa intensità della radiazione da essa assorbita.

Abbandonando l’ipotesi che l’Universo sia infinito, e supponendo che esso sia un grandissimo, ma finito, agglomerato di stelle, ci sarebbe il difetto gravissimo, già noto a Newton, che le stelle cadrebbero l’una addosso all’altra per gravità; ossia un Universo finito e statico è instabile e soggetto a collasso gravitazionale.

Gli astronomi pensavano che l’Universo fosse immutabile e che le stelle fossero statiche e bruciassero per l’eternità con intensità costante, da questo assunto derivarono i due paradossi. L’Universo, invece non è statico, ma in espansione, e le stelle non stanno bruciando dall’eternità. L’Universo può essere infinito nello spazio, ma non nel tempo, ossia esso ha un’età finita. Noi non possiamo vedere più in là di una certa distanza finita, quindi la somma della luce di stelle in numero infinito, ma di età finita, sarà finita, e forse insignificante.

Partendo dal secondo principio della termodinamica si arriva alla stessa conclusione: il tempo, che le stelle impiegano per riempire lo spazio con la loro radiazione termica e raggiungere una temperatura uniforme, è immenso poiché nel cosmo c’è moltissimo vuoto. Il tempo trascorso dall’inizio dell’Universo non basta per raggiungere l’equilibrio termodinamico. L’Universo  ha un tempo di vita limitato,  esso ha avuto un inizio, attualmente è ricco di attività, ma degenera inevitabilmente verso la sua futura morte termica.

3. I primi tre minuti

 La chiave del futuro si trova nel passato.

Un Universo che si sta scaricando a velocità finita deve necessariamente aver avuto un inizio.

Secondo gli scienziati il cosmo ha avuto origine tra i 10 e i 20 miliardi di anni fa, con una grande esplosione: il Big Bang

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