L’età dell’Universo

Viaggio nel tempo verso l’inizio

Nel 1929 l’astronomo Edwin Hubble, osservando alcune stelle delle Cefeidi situate nella galassia di Andromeda, si rese conto che il rapporto tra distanza e velocità delle stelle era costante. Questo suggeriva l’idea di un universo in espansione e il fatto che, guardando all’indietro nel tempo, esso doveva essere concentrato in uno spazio infinitesimo, da cui è esploso espandendosi fino alla situazione attuale. Era un fatto rivoluzionario! Questa concezione dell’Universo era possibile desumerla dalle equazioni della relatività generale del 1917, ma Einstein credeva in un Universo stazionario e, per giustificare questa idea, introdusse nelle sue equazioni un nuovo termine detto “costante cosmologica”. Quando Einstein venne a conoscenza della scoperta di Hubble, disse che introdurre la “costante cosmologica” era stato il più grande errore della sua vita.

La misura della costante di Hubble nel corso del tempo ha subìto molte variazioni fino al valore attuale che è circa 70,8 km/s/Mpc, mentre originariamente questo valore era stato fissato in 500K/sec/Mpc. Avere una misura precisa di questa costante è molto importante, perché da questo valore si può desumere l’età dell’universo. Vediamo come:

Date due stelle S1 ed S2 a distanza d1 e d2 con velocità V1 e V2, possiamo affermare che all’epoca del Big Bang le due stelle si trovavano nello stesso punto e che in seguito si sono allontanate fino alla posizione attuale. Dunque il tempo necessario affinché S2 si sia allontanata da S1 con velocità V= V2-V1 fino alla distanza D=d2-d1 è proprio il tempo T dell’età dell’Universo. Questo tempo T si ottiene facilmente in questo modo:


D/V=D/D/T=DxT/D=T

Il problema è la misura di questi parametri. Le velocità si misurano osservando lo spostamento della luce verso il rosso per effetto Doppler. E’ lo stesso fenomeno per cui sentiamo il fischio di un treno più grave o più acuto a seconda che il treno si allontana o avvicina.
Per quanto riguarda le distanze si utilizzano quelle che si chiamano “Candele standard” Per le stelle distanti milioni di anni luce si utilizzano le stelle variabili Cefeidi mentre per quelle distanti miliardi di anni luce si utilizzano alcune particolari supernove. Queste stelle ci permettono di misurare la luminosità assoluta. Conoscendo la luminosità relativa è possibile determinare la distanza dalla formula:


5logD/kp=m-M+5

Ulteriori prove del Big Bang e dell’età dell’Universo si sono avute con la scoperta della radiazione cosmica di fondo, scoperta per caso da Penzias e Woodrow nel 1964. Collaudando un’antenna, si resero conto che il rumore di fondo che volevano evitare proveniva da ogni direzione e che quindi doveva avere origine extra-galattica. La temperatura di questa radiazione era di circa 3K (3 gradi Kelvin) e corrispondeva alla temperatura, che avrebbe avuto questa radiazione raffreddandosi rispetto alla temperatura che aveva l’Universo al tempo del Big Bang.
Questo ci ha permesso di determinare con maggiore precisione l’età dell’Universo.
Questa radiazione si è originata quando nel brodo primordiale, fatto di elettroni, quark, protoni e fotoni, talmente densi che la luce non poteva uscire fuori, si cominciarono a legare protoni ed elettroni formando i primi atomi, per cui l’Universo divenne trasparente alla luce.

Questa radiazione si è originata quando nel brodo primordiale, fatto di elettroni, quark, protoni e fotoni, talmente densi che la luce non poteva uscire fuori, si cominciarono a legare protoni ed elettroni formando i primi atomi, per cui l’Universo divenne trasparente alla luce.
Siamo così giunti quasi all’inizio del tempo. E prima che cosa c’era? Il modello Standard della fisica, nel quale sono state unificate tre delle quattro forze della natura, non ne ha idea. Esistono delle teorie che unificano alle tre forze anche la gravità, per esempio la teoria delle stringhe e la “teoria della gravitazione a loop”, dalla cui matematica si possono desumere vari modelli dell’Universo, tra cui quello degli universi paralleli. Ma sono solo teorie matematiche senza prove sperimentali, che non riescono a prevedere che tipi di esperimenti si dovrebbero fare per avallare alcune di queste teorie. Einstein cercò tutta la vita, senza riuscirci, di costruire una teoria che unisse la forza elettromagnetica, la forza nucleare debole, la forza nucleare forte e la forza gravitazionale in una forza unica.
In seguito, la scoperta avvenuta una trentina di anni fa che l’Universo si espande più velocemente di quanto previsto a causa di una forza sconosciuta, cosa che ha fatto ipotizzare l’esistenza di una forma di energia detta “energia oscura”, ha posto nuovi problemi sull’età e sulla fine dell’Universo. Noi posiamo affidarci solo alla filosofia per fare delle ipotesi su questo mistero. Cercheremo di oltrepassare le colonne di Ercole della conoscenza ricordando che Socrate, nel “Fedone”, ci diceva che alla morte bisogna accostarsi con serenità perché per il filosofo la morte è il momento supremo della conoscenza.


Articolo di Giovanni Cimino, Studioso di problemi della Fisica – LameziaTerme (CZ)

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