“Voglio stare il più vicino possibile al bordo senza andare oltre. Sul bordo si vedono tutti i tipi di cose che non si possono vedere dal centro”. -Kurt Vonnegut
Ogni poco di tempo che passa solleva sempre più domande per ognuno di noi. Perché non dare a tutti la possibilità di avere una risposta alle loro più grandi? Ogni settimana, vi incoraggio a inviare le vostre domande e suggerimenti, e io ne sceglierò una intrigante da mostrare al mondo. Questa settimana, l’onore va a Eric Vincent, che chiede:
Dove si trova il centro? Per qualche tempo, data la disposizione della materia, mi rifiuto di credere in un unico big bang che ha iniziato l’universo. L’articolo presuppone che il pianeta terra sia il centro dell’universo. Non è altrettanto probabile che la gravità vinca sempre e che diversi luoghi dell’universo abbiano abbastanza materia per tirare verso un centro, senza bisogno di creare un termine che attualmente non ha prove (energia oscura). Non sono certo un esperto nel campo, quindi mi piacerebbe sentire se e perché mi sbaglio.
Ci sono un sacco di idee sbagliate che la gente ha quando si tratta dell’espansione dell’Universo, il Big Bang, l’energia oscura e l’idea di un “centro”. Vediamo cosa possiamo fare per aiutare a chiarire le cose!
Voglio che inizi a pensare al nostro pianeta – alla Terra – e al viaggio che compie nello spazio. L’immagine qui sopra è stata scattata nell’arco di 24 ore dalla sonda Messenger nel 2005, mentre volava vicino al nostro mondo nel suo viaggio verso Mercurio. Voglio che pensiate alla Terra perché – solo poche vite umane fa – c’erano molte persone che pensavano che la Terra fosse ferma nello spazio, al centro dell’Universo, e non ruotasse o orbitasse intorno al nostro Sole.
Abbiamo fatto molta strada da allora.
Non solo la Terra non è il centro, e non è ferma, ma non lo è nemmeno qualsiasi cosa nel nostro sistema solare. La Terra e gli altri pianeti – e il Sole, se è per questo – orbitano intorno al loro reciproco centro di massa, non a un particolare punto fisso. Quel centro di massa poi vola nello spazio, muovendosi attraverso la galassia in un’orbita che sembra un po’ diversa da alcuni video sospetti che potreste aver visto.
Invece, il nostro intero sistema solare rimane in un piano costante, con la nube di Oort come un ellissoide sparso intorno ad essa, mentre ci muoviamo intorno al centro della Via Lattea in un’ellisse gigante.
Ma non è tutto! La stessa Via Lattea non è ferma, e nemmeno il suo centro. Perché non solo la nostra galassia ruota, ma si muove anche nello spazio. Ci sono fonti gravitazionali tutto intorno a noi:
- Altre galassie, piccole e grandi,
- Gruppi e ammassi di galassie,
- Filamenti intergalattici di gas e materia oscura,
- E vuoti cosmici che respingono relativamente gli ammassi gravitazionali come il nostro.
Nel nostro quartiere locale, non solo la Via Lattea, ma tutte le galassie, i gruppi e gli ammassi si muovono uno rispetto all’altro.
Ma ciò che è ancora più importante non sono questi moti locali, bensì uno cosmico.
È l’osservazione che, sulle scale più grandi, le galassie non si stanno semplicemente muovendo per l’influenza della gravitazione, ma piuttosto che c’è un’espansione cosmica complessiva che interessa tutto nell’Universo. Il modo in cui questo funziona non è intuitivo per la maggior parte delle persone. Quando pensiamo a qualcosa che si espande, tendiamo a pensare a qualcosa come un’esplosione, dove tutti i pezzi si allontanano l’uno dall’altro. Abbiamo un sacco di eventi esplosivi come questo nello spazio, come l’esplosione di una supernova (di tipo II) che ricicla il combustibile nucleare bruciato da una stella nel mezzo interstellare.
Certo, tutti i diversi pezzi di esso si espandono l’uno dall’altro, ma questo è dovuto a un’esplosione, non perché lo spazio stesso si stia espandendo. Quello che vi sto dicendo è che se questo è in qualche modo, forma o modo legato alla vostra immagine del “Big Bang” o dell'”Universo in espansione”, dovete togliervelo subito dalla testa.
Invece, voglio che pensiate allo spazio stesso come alla superficie di un palloncino. Non il tridimensionale “questo è un palloncino nello spazio”, ma la superficie bidimensionale del palloncino stesso. E voglio che immaginiate che questa superficie abbia delle monete incollate ad essa. Questo palloncino si espanderà – e non mi interessa se è perché viene gonfiato o se la superficie viene semplicemente allungata – ma voglio che consideriate ogni moneta come una galassia, o nel nostro caso, un osservatore.
Dal punto di vista di qualsiasi galassia, tutte le altre galassie si allontanano da voi. Quelle che sono più lontane sembrano allontanarsi più velocemente, mentre quelle che sono più vicine a voi sembrano allontanarsi meno velocemente.
Ma date un’occhiata a questo dal punto di vista di qualsiasi galassia, e troverete la stessa identica cosa. Nel contesto della Relatività Generale in un Universo in espansione, non solo non c’è un centro, ma non c’è un osservatore preferito, non c’è una galassia “privilegiata” e non c’è niente verso cui “tirare” per quanto riguarda la gravitazione.
C’è, tuttavia, una corsa complessiva che si sta verificando e che governa l’espansione.
È una gara tra la gravitazione e l’espansione, una gara che è iniziata al Big Bang, o nel momento in cui l’Universo ha potuto iniziare ad essere descritto come uno stato caldo e denso in espansione, dove la velocità di espansione è diminuita e l’Universo si è raffreddato con il passare del tempo.
Il Big Bang non è stata un’esplosione che ha avuto un centro, né un singolo luogo che potrebbe essere descritto come l’origine del nostro Universo osservabile. Piuttosto, per quanto possiamo dire, lo spazio si è riempito di materia e radiazioni in uno stato caldo tutto in una volta, ovunque, e questo è ciò che chiamiamo il Big Bang.
Per quanto riguarda l’espansione dell’Universo, questa è governata da ciò che c’è dentro, e regioni diverse hanno diverse quantità di materiale. Ecco perché, nell’Universo primordiale, vediamo delle fluttuazioni nel fondo cosmico a microonde.
Questi “punti caldi” (in rosso) e “punti freddi” (in blu) corrispondono a luoghi che hanno leggermente meno o più materia della media. Quelli che hanno più materia cresceranno in galassie, gruppi o anche ammassi di galassie, mentre quelli che ne hanno meno della media non lo faranno, con le più grandi regioni sottodense che cedono tutta la loro materia e diventano grandi vuoti cosmici.
Le più grandi regioni iperdense possono sconfiggere l’espansione a livello locale, formando regioni molte migliaia di volte la massa della nostra Via Lattea. Ma sulle scale più grandi, non solo l’espansione vince, ma l’espansione viene ad essere dominata non dalla materia o dalla radiazione, ma dall’energia oscura, che è l’unico modo per spiegare il tasso di espansione osservato oggi nel contesto della Relatività Generale.
Per ricapitolare: il Big Bang è avvenuto contemporaneamente ovunque nel nostro Universo, tutti i luoghi sperimentano l’espansione più o meno allo stesso modo, le imperfezioni nella densità sono ciò che porta a galassie, gruppi e ammassi di galassie così come i vuoti cosmici, e l’energia oscura si è rivelata a noi attraverso la velocità di espansione accelerata dell’Universo.
Eric non è l’unico a fare domande come questa, ma spero che questa risposta esauriente sia sufficiente per tutti coloro che sono curiosi, e che possiate capire un po’ meglio l’Universo in espansione, il Big Bang e come siamo nati. Naturalmente, se avete ancora domande e suggerimenti per la prossima settimana di Ask Ethan, inviateli pure! Non si sa mai, la prossima risposta potrebbe essere esattamente quella di cui avevi bisogno!