Il Big Bang e l'età dell'universo

Che cosa significa Big Bang

Il Big Bang è la descrizione scientifica di come l'universo si sia sviluppato da uno stato iniziale estremamente caldo e denso fino al cosmo più freddo e diradato che vediamo oggi. Il nome fa pensare a uno scoppio, ma l'idea riguarda in realtà uno stiramento.

Da allora lo spazio stesso si è espanso, portando le galassie lontano le une dalle altre. Espandendosi si è raffreddato, e questo ha permesso la formazione di particelle, poi di atomi, poi di stelle e galassie nel corso di miliardi di anni.

La teoria è una delle idee più verificate della scienza. Non cerca di spiegare perché esista un universo, ma concorda con un'ampia gamma di misure accurate.

Primo indizio: l'universo in espansione

Negli anni Venti del Novecento Georges Lemaître calcolò che un universo che obbedisce alla gravità di Einstein poteva essere in espansione. Nel 1929 Edwin Hubble dimostrò che le galassie lontane si allontanano da noi, e che più sono lontane, più velocemente si allontanano.

Questo schema, oggi chiamato legge di Hubble-Lemaître, è ciò che ci si aspetterebbe se lo spazio si stesse stirando ovunque nello stesso momento. Anche la luce delle galassie lontane viene stirata e si sposta verso colori più rossi; gli astronomi lo chiamano spostamento verso il rosso.

Fai scorrere l'espansione all'indietro come un film al contrario, e tutto diventa più vicino, più denso e più caldo. Questo ragionamento indica un inizio avvenuto un tempo finito fa.

Secondo indizio: il fondo cosmico a microonde

Per circa i primi 380.000 anni, l'universo era una nebbia luminosa di particelle cariche che la luce non riusciva ad attraversare. Quando si raffreddò abbastanza da permettere la formazione degli atomi, la nebbia si diradò e la luce poté viaggiare liberamente.

Quella luce antica riempie ancora il cielo in ogni direzione. L'espansione l'ha stirata in deboli microonde, oggi a soli 2,7 gradi circa sopra lo zero assoluto. Arno Penzias e Robert Wilson la scoprirono per caso nel 1965, come un fruscio ostinato nella loro antenna radio.

Satelliti come COBE, WMAP e Planck dell'ESA hanno mappato minuscole increspature di temperatura in questo bagliore. Quelle increspature sono i semi delle galassie successive, e confrontarle con i modelli dà un'età di circa 13,8 miliardi di anni.

Terzo indizio: gli elementi leggeri

Nei primi minuti, l'intero universo era abbastanza caldo da fondere nuclei, un po' come il nucleo di una stella. I calcoli prevedono che questa breve finestra abbia prodotto circa tre quarti di idrogeno e un quarto di elio in massa, con tracce di deuterio e litio.

Quando gli astronomi misurano il gas e le stelle più antichi, trovano proporzioni molto vicine a queste. Le stelle da sole non avrebbero potuto produrre così tanto elio, quindi questa corrispondenza sostiene fortemente l'idea di un universo primordiale caldo.

Che cosa significa universo osservabile

La luce viaggia a una velocità fissa, quindi possiamo vedere solo gli oggetti la cui luce ha avuto il tempo di raggiungerci da quando l'universo è diventato trasparente. Quella regione attorno a noi è l'universo osservabile.

Ci si aspetterebbe un raggio di 13,8 miliardi di anni luce, ma è di circa 46 miliardi di anni luce. Il motivo è che lo spazio ha continuato a espandersi mentre la luce era in viaggio, quindi le sorgenti oggi sono molto più lontane di quando la luce è partita.

Ogni osservatore, in qualsiasi galassia, ha il proprio universo osservabile centrato su di sé. Oltre il suo bordo c'è quasi certamente altro universo; semplicemente non possiamo ancora vederlo, e forse non potremo mai.

Idee sbagliate comuni

È stata un'esplosione in un punto dello spazio. Non c'è un centro e non c'è un esterno. L'espansione avviene ovunque, un po' come i puntini su un palloncino che si allontanano tutti tra loro mentre si gonfia.

Le galassie volano nello spazio allontanandosi da noi. Per lo più è lo spazio tra di esse che cresce. Le galassie vicine possono comunque muoversi l'una verso l'altra per effetto della gravità; la Galassia di Andromeda si sta dirigendo verso di noi.

Il Big Bang spiega il primissimo istante. La nostra fisica non funziona più nei momenti iniziali. Idee come l'inflazione cosmica cercano di descrivere quell'epoca, ma cosa ci fosse prima, ammesso che la domanda abbia senso, resta una questione aperta.

Gli scienziati continuano a cambiare l'età. Metodi diversi concordano su circa 13,8 miliardi di anni. C'è un piccolo disaccordo ancora aperto sul ritmo attuale di espansione, noto come tensione di Hubble, ma non rovescia il quadro di base.