mercoledì 10 settembre 2008

Il Big Bang. I primi attimi dell'Universo.

Secondo il modello del Big Bang, l'Universo ebbe origine con un' "esplosione", che riempì tutto lo spazio, a partire da un punto materiale. Dopo questo momento ogni particella cominciò ad allontanarsi velocemente da ogni altra particella. Nei suoi primi attimi l'Universo si può considerare come un gas caldissimo di particelle elementari in rapida espansione.

Una completa conoscenza della fisica delle particelle elementari, in particolare dei costituenti ultimi e delle forze, è necessaria per comprendere cosa avvenne allora. Le teorie sull'unificazione delle forze fondamentali, sviluppate nel contesto della fisica delle particelle elementari senza alcuna connessione con la cosmologia, sono state applicate per descrivere l'evoluzione dell'Universo a cominciare da tempi piccolissimi dopo il Big Bang. Per i fisici delle particelle i primi attimi dell'Universo costituiscono un acceleratore senza limiti di energia e costo. Per gli astrofisici l'utilizzazione delle teorie fisiche rappresenta l'unico modo per capire cosa accadde nei primi attimi dell'Universo.

Fig.1: Rappresentazione intuitiva dell'espansione dell'Universo
Per visualizzare la natura dell'espansione si ricorre all'esempio dell'espansione di un palloncino sulla cui superficie sono disegnati dei punti. Gonfiando il palloncino, la distanza fra due punti qualsiasi aumenta. Un ipotetico osservatore a due dimensioni spaziali che stia su di un punto della superficie del palloncino vedrebbe tutti gli altri punti allontanarsi da lui in tutte le direzioni. Un altro osservatore bidimensionale situato in un altro punto del palloncino giungerebbe a una conclusione analoga. Per questi esseri non esiste un osservatore privilegiato: l'espansione non ha un centro sulla superficie e il loro Universo è una superficie sferica; tale Universo è finito e illimitato, nel senso che un essere piatto può muoversi in una direzione fissa e proseguendo può tornare al punto di partenza.

Secondo la relatività generale, l'espansione del nostro Universo avviene nello spazio-tempo, in quattro dimensioni; ma è per noi difficile visualizzare la quarta dimensione come per l'essere a due dimensioni è difficile visualizzare la terza dimensione.

Si è giunti all'ipotesi del Big Bang sulla base di tre fatti sperimentali: (i) la recessione delle galassie (il nostro Universo si sta espandendo e raffreddando); (ii) la radiazione cosmica di fondo e (iii) il rapporto di abbondanza elio-idrogeno. Si sono poi aggiunte le seguenti considerazioni: (iv) le galassie distanti, situate a qualche miliardo di anni luce da noi, sono più "giovani" di quelle vicine; (v) la curvatura dello spazio-tempo sembra essere collegata al contenuto di materia e di energia nel nostro Universo.

È da ricordare che la teoria del Big Bang descrive come sta evolvendo il nostro Universo , non come ha avuto inizio. Non sappiamo nulla su che cosa "facesse" il nostro Universo prima che iniziasse ad espandersi....


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