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Vorrei sapere quali sono le scoperte che confermano e quali invece mettono in discussione la teoria del Big-Bang (in particolare la teoria dell'universo inflazionario).

(Risponde Luca Boschini)

Gli studi sperimentali e le argomentazioni teoriche che hanno portato la teoria del Big Bang ad affermarsi come l'ipotesi più accreditata sull'origine dell'universo sono molteplici e molto articolate. Nel seguito cercherò di darti una panoramica schematica e riassuntiva (sperando di non trascurare nessun fatto troppo rilevante), con l'avvertimento che probabilmente ciascuno dei punti seguenti meriterebbe una risposta a sé.

  • Legge di Hubble: la scoperta di E. Hubble che tutte le galassie si allontanano dalla nostra, e che quelle più deboli (e dunque presumibilmente più distanti) si allontanano più velocemente. Essa è il cardine fondamentale della teoria del Big Bang in quanto questa legge descrive l'espansione dell'universo: tutte le galassie si allontanano tra di loro.

  • Cosmic Background: è la scoperta che il cielo è permeato da una debole radiazione a microonde che descrive un andamento simile a quello che ci aspetterebbe se esso si fosse raffreddato a partire da una temperatura molto elevata. Esso è interpretato come l' "eco" luminoso del Big Bang, fortemente spostato verso le basse energie dal fenomeno del redshift.

  • Abbondanze cosmiche degli elementi: gli elementi chimici che si riscontrano nell'universo seguono le stesse abbondanze che si possono prevedere a priori se l'universo fosse stato un tempo molto più caldo e se tutta la materia fosse nata dall'aggregazione spontanea dei quark a partire da uno stato di densità ed energia molto elevata. In particolare con la teoria del Big Bang si può spiegare perché nel cosmo ci siano quasi esclusivamente idrogeno ed elio (nelle percentuali misurate) e poche tracce degli elementi più pesanti.

  • Età delle stelle: le stelle più vecchie delle quali si sia stati in grado di misurare l'età hanno al più 15 miliardi di anni; questa è circa la stessa età che si può prevedere abbia l'universo misurando il suo attuale tasso di espansione.

Di solide prove sperimentali a favore dello scenario inflazionario non ve ne sono: questa modifica alla teoria del B.B. è stata introdotta soprattutto per risolvere alcune incongruenze teoriche dello scenario "classico". Alcune di queste incongruenze sono:

  • Fine tuning dell'universo: se l'universo fosse nato con massa qualsiasi e velocità di espansione qualsiasi, quasi sicuramente sarebbe ricollassato in breve tempo o si sarebbe espanso così velocemente che oggi tutte le altre galassie sarebbero così distanti da non essere più visibili. Perché l'universo sia come oggi lo conosciamo, sembra che sia stato accuratamente "regolato" alla partenza: la teoria dell'inflazione fornisce un modo semplice perché questa regolazione si sia sviluppata automaticamente.

  • Orizzonte temporale: l'universo è molto omogeneo, ma se avesse subito iniziato ad espandersi al tasso attuale non avrebbe mai avuto il tempo di "rimescolarsi". E' necessario che esso sia rimasto molto piccolo un tempo sufficiente per "omogeneizzarsi" e poi si sia espanso velocemente per "sconnettere" delle zone che prima erano in relazione fisica tra loro.

  • Monopoli megnetici: sono particelle previste dall'elettrodinamica quantistica, che non si possono creare in laboratorio perché troppo massicce e che dovrebbero essersi formate in abbondanza durante il B.B., ma nessuno ne ha mai individuata alcuna. Lo scenario inflazionario prevede che l'universo sia molto più grande di quanto non faccia quello classico, per cui queste particelle sono probabilmente troppo poche perché se ne possa mai scoprire una.

E veniamo alle principali argomentazioni addotte dai critici del Big Bang.

  • Quella fondamentale sono i redshift anomali: la legge di Hubble assume per ipotesi che lo spostamento verso il rosso delle galassie sia un indice della loro velocità di allontanamento. Sono state scoperte alcune galassie però che sembrano scambiarsi materia e che hanno redshift totalmente diversi: secondo la legge di Hubble esse dovrebbero essere immensamente distanti e non poter interagire.

  • A sostegno di questa obiezione, si fa notare che i quasar sono considerati oggetti estremamente strani ed esotici, tanto che per spiegarli si introducono modelli con buchi neri immensi. In realtà il grosso problema è che i loro redshift molto elevati li pongono ai confini dell'universo e per essere così luminosi deve essere in atto al loro interno qualche fenomeno fisico eccezionale che produca immense quantità di energia; se però rifiutiamo la legge di Hubble, essi potrebbero essere molto più vicini e non richiedere teorie fisiche troppo insolite per descriverli.

Come ultima argomentazione, di natura però filosofica e non scientifica, aggiungerei che agli scienziati non piace molto il B.B. perché descrive un effetto (l'universo) senza poterne studiare le cause. Questo significa che ci sono alcuni parametri ed alcune condizioni iniziali che andranno sempre assunte ad hoc, senza che ci sia una spiegazione di perché siano così. Una tale situazione non è scientificamente accettabile, pertanto da più parti si sta lavorando per capire cosa esattamente sia accaduto nei primi istanti dell'universo e, se possibile, cosa accadde prima; probabilmente la risposta si avrà solo quando si riuscirà a formulare una soddisfacente teoria quantistica della gravitazione.

 

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