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Scienza e tecnica: la nascita dell'Universo

 Il nostro racconto inizia un’infinitesima frazione di secondo dopo l’esplosione primordiale, il così detto” Big Bang”, vale a dire esattamente a 10-43 secondi.  Cosa sia successo prima, nessuno lo sa. L’Universo è caldissimo ed è concentrato in una sfera di un centesimo di millimetro, come diametro. Il vuoto domina incontrastato, niente stelle, niente pianeti, niente materia. Non è però quel vuoto calmo e tranquillo che possiamo immaginare dove non c’è niente, ma è un vuoto vivo, ribollente di tutta l’energia liberata dall’esplosione primordiale. I cosmologi parlano di un Universo nato da una fluttuazione quantistica del vuoto, dobbiamo precisare che l’Universo è iniziato con un’espansione folle chiamata inflazione che  lo ha gonfiato fino a farlo diventare enorme, almeno di 1030 volte le dimensioni originarie e, tutto ciò, è avvenuto da 10-35 a 10-33 secondi dopo il Big Bang. Tale incredibile espansione dell’Universo è dovuta al fatto che esso si trovava in uno stato energetico non minimo, detto di “ falso vuoto”. Questa folle corsa si è fermata solo quando l’Universo è finito in una “buca di potenziale” chiamata “ vero vuoto” e che corrisponde ad uno stato energetico minimo. Per capire questo passaggio, possiamo paragonare l’espansione dell’Universo ad una pallina da golf che corre su di un prato a notevole pendenza, ma sul campo ci sono degli avvallamenti più o meno profondi ed ecco che, può succedere alla  nostra pallina di cadere in una di queste buche, in tal caso avrà raggiunto uno stato di energia minima che le permetterà di stabilizzarsi. Il nostro Universo, o forse solo una parte di esso, deve essere finito in una di queste buche di potenziale ad energia minima. La sua folle corsa può terminare e l’espansione procedere con i ritmi più tranquilli della teoria del Big Bang. Nel frattempo si è liberata una quantità di energia enorme che ha permesso la formazione della materia. Dall’energia si può formare la materia, secondo la ben nota relazione E = m c2, ma a patto che si formi un ugual quantità di anti materia (come insegna Dirac, la trasformazione dell’energia in massa può avvenire, a condizione che la massa totale non sia portatrice di carica). Incominciano così a scaturire dal vuoto tutta una serie di particelle, diverse da quelle che formano la materia oggi, con massa molto elevata, tra di esse quark, elettroni, neutrini, tutto mescolato ad un bagno di fotoni, i granuli della luce, e le corrispondenti anti particelle. L’Universo è così elettricamente neutro; tra materia e luce esiste un’interazione costante: particelle e antiparticelle annichilandosi liberano fotoni che a loro volta sono catturati da altre particelle e antiparticelle, insomma materia, antimateria e luce compaiono e scompaiono in gironi infernali di vita e di morte.

Eppure noi siamo fatti di materia, che fine ha fatto l’antimateria? Per spiegare quanto segue, dobbiamo premettere che, intanto, l’Universo andava raffreddandosi e molte particelle, dotate di elevata massa, così come le antiparticelle, non avendo più l’energia utile per la loro sopravvivenza si andavano trasformando in particelle e antiparticelle con massa minore a cui corrispondeva un’energia inferiore. Ed ecco che, durante tali trasformazioni, la natura ha prediletto leggermente la materia: per ogni miliardo di antiparticelle che si formavano, ne comparivano un miliardo più una di particelle. Quindi, per ogni miliardo di particelle e di antiparticelle che si annullano a vicenda e che liberano un miliardo di fotoni, sopravvive una particella ed è da queste particelle che nasce la materia.Intanto siamo arrivati al primo milionesimo di secondo, il Cosmo ora è grande quanto il sistema solare, con una temperatura di 10.000 miliardi di gradi; i quark incominciano ad unirsi a tre a tre formando protoni e neutroni.. Tre minuti dopo si formano i nuclei di idrogeno e di elio. Il Cosmo diluito in un brodo di nuclei di idrogeno e di elio, di elettroni e di fotoni continua ad espandersi e, fino a 300.000 anni dal Big Bang, non si notano eventi importanti, a parte il graduale suo raffreddamento. Arrivati a 10.000°C  si rende possibile la formazione degli atomi, la forza elettromagnetica spingerà il protone ad unirsi con un elettrone per formare un nucleo di idrogeno e ogni nucleo di elio ad unirsi con due elettroni per formare un atomo di elio. Ed ecco che avviene un fenomeno straordinario: il “Fiat Lux” dell’Universo. Gli elettroni, imprigionati negli atomi, non intralciano più la libera circolazione dei fotoni e l’Universo, fin qui opaco, diviene trasparente alla radiazione, la luce è libera di propagarsi ed arriverà a noi come radiazione fossile a microonde, testimonianza del lungo cammino di preparazione che il Cosmo ha dovuto affrontare, perché in un piccolissimo pianeta, sperduto nell’immensità, potessero evolversi degli esseri pensanti che scrutando il cielo, sentissero forte l’esigenza di interrogarsi sul perché della loro stessa esistenza.

Dopo questa fase cruciale il Cosmo comincia a costruire strutture più complesse disponendo di atomi di idrogeno e di elio. Con l’ausilio della gravità il deserto glaciale dello spazio inizia a popolarsi di oasi di calore: le galassie con all’interno le stelle.

Molte teorie cosmologiche parlano oggi della possibilità dell’esistenza di altri Universi, diversi dal nostro.Tutto parte dallo stadio dell’espansione inflazionaria, che può essere considerata il motore dell’origine dell’Universo o di molti universi. Andrei Linde presuppone che l’Universo non nasca a partire da uno stato uniforme, in cui il campo ha ovunque lo stesso valore, bensì da una situazione caotica, con diversi valori casuali dell’energia in diverse regioni dello spazio. Riprendendo quanto accennato all’inizio, potremmo immaginare un oceano infinito di falso vuoto in cui, in alcune regioni dello spazio, si possano formare bolle di vero vuoto, dove l’inflazione ha una sua fine.Il nostro Universo lo potremo, perciò, considerare nato da una minuscola bollicina, immerso in un oceano di infinite bollicine, ognuna delle quali contiene regioni destinate a produrre nuovi mondi (che possono essere totalmente diversi dal nostro e impossibilitati ad ospitare la vita). In quest’ottica non ha più senso dire che l’età del nostro Cosmo è di 15 miliardi di anni, ma solo che la nostra inflazione si è fermata 15 miliardi di anni fa. L’Universo diventa perciò un’immensa rete di bolle che si ramificano e si autoriproducono, un po’ come un albero che produce in continuazioni nuovi rami, alcuni di essi muoiono, non essendoci le condizioni fisiche della loro sussistenza, altri producono frutti (sarebbero gli universi che terminano la loro inflazione) ed essi sarebbero infiniti.Il punto debole di tale ipotesi è che questi universi sono fisicamente irraggiungibili e, ad oggi, indimostrabili.Eppure tra il nostro mondo e gli altri dovrebbe sussistere, in realtà, un continuo intersecarsi, sovrapporsi e disgiungersi.Tutto ciò può sembrare strano, eppure la storia della scienza è ricca di esempi di interpretazioni di vari fenomeni, all’inizio solo postulati, e che, poi, hanno trovato riscontro nella realtà (basta pensare alla teoria atomistica). Forse oggi stiamo sbirciando su di un infinito che forse riuscirà a manifestarsi, se pure in modo parziale, agli uomini del futuro.

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