L'astronomo risponde Universo

Sul Big Bang e sul tempo

Ho molte, anzi, moltissime domande, ma ce ne sono due che praticamente non mi fanno dormire la notte e non mi fanno concentrare sui compiti di giorno e da cui ne sorgono altre. La prima è: il Big Bang è un’esplosione di materia ed energia, e niente si crea, nulla si distrugge e tutto si trasforma. Quindi quell’energia e quella materia da dove vengono? Cosa sono? La seconda riguarda il tempo: quando è iniziato il tempo dell’Universo? Cosa c’era prima di quell’inizio del tempo? C’è un tempo?

Sara

Le domande che poni tu sono molto importanti ma la risposta brevissima è “non lo sappiamo“. Prima di affrontarle, però, vorrei, parafrasando Galileo Galilei, ricordarti che

Scienza è dividere cosa si sa da cosa non si sa

Quello che si sa

Lo spazio si sta espandendo

Immagina di stare in una stanza e che sul pavimento hai disegnato una griglia di coordinate (tipo quelle geografiche). Immagina che la stanza si stia ingrandendo ma tu no (altrimenti non ti accorgeresti di nulla). Tu non ti espandi perché l’attrazione tra i tuoi atomi e molecole ti “tiene stretta“. Quindi i quadretti delle coordinate diventano piú grandi e questo lo vedi uguale su qualunque quadretto tu ti metta.
Ti accorgi, allora, di un effetto strano. Se misuri le distanze in termini di quadretti della griglia, due punti sono separati sempre di due quadretti (che sono diventati piú grandi anche loro). Noi le chiamiamo “coordinate comoventi“. Se invece usi un metro che è tenuto insieme dalle forze elettromagnetiche due punti aumentano la loro distanza.

Nel passato il Cosmo era più piccolo e caldo

Se guardiamo al passato i quadretti sono sempre più piccoli, gli oggetti presto finiscono sempre uno contro l’altro e si comprimono, e questo lo vedi uguale su qualunque quadretto tu ti metta.
Diventano gas e un gas che si comprime e si scalda. L’eco di questo gas caldo lo vediamo come radiazione cosmica di fondo. Quindi supponiamo che ad un certo punto i quadretti e tutto quanto essi contengono si sono ridotti alla dimensione di una particella: qui la nostra scienza si ferma e cominciano le ipotesi. Il motivo è che il comportamento dell’Universo è descritto dalla relatività generale di Albert Einstein, mentre il mondo sub atomico dalla meccanica quantistica e non conosciamo una teoria che le metta d’accordo.
Arriviamo, così, alle tue domande che sono nel regno del

Quello che non si sa

Big Bang è un’esplosione

Quello che sappiamo è che ad un certo punto lo spazio ha cominciato a espandersi molto velocemente: da un punto che era l’universo, i quadretti delle coordinate cominciano a ingrandirsi e questo lo vedi uguale su qualunque quadretto tu ti metta, per cui non esiste un centro. Non la definirei un’esplosione perchè essa implica un centro e l’espansione avviene ugualmente su qualunque quadretto tu ti metta per cui non c’è un centro.

Quindi quell’energia e quella materia da dove vengono? Cosa sono?

Non lo sappiamo. Ci sono moltissime teorie (che però devono essere confermate o meno sperimentalmente).
Alcuni pensano che siano fluttuazioni energetiche del vuoto. Se pensiamo al vuoto come la superficie di un liquido, la meccanica quantistica dice che in realtà a livello microscopico questo è più simile alla superficie dell’acqua di una pentola che bolle, con le bolle riempite di energia, che si formano e spariscono in continuazione. Il nostro universo sarebbe una bolla più grande che ha cominciato ad espandersi.
Altri pensano che l’energia derivi da interazioni che avvengono in dimensioni superiori alle nostre.

Quando è iniziato il tempo dell’Universo? Cosa c’era prima di quell’inizio del tempo? C’è un tempo?

Sant’Agostino diceva

Se nessuno me lo domanda, lo so. Se voglio spiegarlo a chi me lo domanda, non lo so più

Non siamo molto più avanti di questa frase.
Misurare il tempo equivale a vedere quanti minuti ci sono tra due eventi e questo è più o meno simile a vedere quanti quadratini ci sono nella famosa stanza tra te e l’armadio. Anche i quadratini di tempo si rimpiccioliscono fino a essere un sopra l’altro. Cosa vuol dire?
Che al momento del Big Bang non c’era distanza tra i punti nello spazio e non c’era distanza tra i punti nel tempo, cioè spazio e tempo non esistevano.
Ma ho detto che in quel momento le nostre teorie non riescono a descrivere i fenomeni fisici per cui quello che dico potrebbe essere cambiato appena avremo una nuova teoria che riunisce relatività generale e meccanica quantistica.

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Scritto da

Sandro Bardelli Sandro Bardelli

Ricercatore astronomo presso l’Istituto Nazionale di Astrofisica-Osservatorio Astronomico di Bologna. Il suo ambito di ricerca è la cosmologa osservativa, la struttura su grande scale dell’Universo e l’evoluzione delle galassie, tramite grandi survey spettroscopiche e immagini da satellite. Ha usato i maggiori telescopi ottici, radio e nella banda X e ha lavorato all’Osservatorio di Meudon/Paris, all’Osservatorio di Trieste eall’ESO (Germania). È autore di più di 200 pubblicazioni scientifiche. Inoltre è il responsabile per la didattica e la divulgazione presso l’Osservatorio Astronomico di Bologna e cura eventi, lezioni e corsi di aggiornamento per insegnanti.

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