venerdì 21 febbraio 2014

QUALE DESTINO PER L'UNIVERSO? (SECONDA PARTE)



Quando lanciamo un sasso in aria, ci aspettiamo che prima o poi esso torni indietro. Se lo lanciamo piu velocemente, salirà più in alto. Aumentando ancora la velocità iniziale lo faremo uscire dall'atmosfera e forse riusciremo a metterlo in orbita intorno alla Terra. Esite però una velocità limite, superata la quale il sasso non tornerà più indietro e non si porrà su alcuna orbita stabile, ma si staccherà definitivamente dal campo gravitazionale del nostro pianeta. E' la velocità di fuga, che per la Terra vale 11.2 km al secondo. Il sole ne ha una maggiore, e in generale ogni corpo ha una velocità di fuga che dipende dalla sua massa e dalle sue dimensioni. Per i buchi neri è superiore dalla velocità della luce, per cui da essi non può sfuggire nulla.


L'UNIVERSO APERTO: se la densità dell'universo fosse inferiore al valore critico, l'universo sarebbe di tipo aperto, cioè in perenne espansione. L'universo aperto è descritto da una superficie a "sella", che è infinita, illimitata e in espansione permanente; se invece la densità dell'universo fosse esattamebte uguale al valore critico, l'universo non riuscirebbe nemmeno a contrarsi, ma rimarrebbe perennemente in questo stato di sospensione, raffigurato matematicamente da una superficie piana.
L'Universo, che si sta espandendo, ha un comportamento simile a quello di un sasso lanciato verso l'alto della superficie del nostro pianeta. Se la densità del cosmo è sufficiente, prima o poi l'espansione si fermerà e verrà sostituita da una contrazione. E' il modello di Universo "chiuso". Terminata la fase di espansione, le galassie si avicineranno sempre più, finchè cominceranno a toccarsi e a compenetrarsi reciprocamente. La radiazione di fondo, che attualmente ha una temperatura di 2.7 gradi Kelvin, diventerà sempre più calda: il cielo notturno diventerà rosso, poi giallo, poi bianco. Quando la radiazione di fondo supererà la temperatura interna delle stelle, gli astri si dissolveranno. I nuclei atomici si frantumeranno e rimarrà un oceano indistinto di particelle elementari. Si fonderanno fra loro anche i giaganteschi buchi neri che si trovano nei nuclei di molte galassie. Negli ultimi, parossistici istanti di vita del cosmo, la contrazione accelererà sempre più, dominata dalll'inesorabile forza di gravità. Masse sempre più grandi verranno concentrate in spazi sempre più minuscoli. Alla fine, ogni realtà, compresi lo spazio e il tempo, verrà annientata, schiacciata in un "Big Crunch" che è temporalmente speculare al Big Bang, da cui è nato tutto. Sarà la fine? Non è detto, Alcuni cosmologi hanno suggerito che il Big Crunch potrebbe "rimbalzare" in un nuovo Big Bag, da cui nascerebbe un Universo rinnovato e originale. Magari quello in cui viviamo ora è nato proprio dalle ceneri di un cosmo precedente ed è solo un anello di una catena, infinita nel passato e nel futuro, di universi oscillanti. Ma forse la densità non è sufficiente a "chiudere" il cosmo. In tal caso esso è "aperto" e il suo destino non sta in un caldo infinito e insopportabile. Le galassie si allontaneranno sempre più le une dalle altre, e le stelle progressivamente si spegneranno. Le più longeve sopravviveranno per centinaia di miliardi di anni. I grandi buchi neri finiranno per inghiottire gran parte della materia e poi, compe previsto da Stephen Hawking, per evaporare a causa di effetti quantistici. Dopo più di mille miliardi di miliardi di anni (!) anche i protoni decadranno in raggi Gamma: sembra moltissimo tempo, ma è pur sempre un tempo finito. Alla fine resterà solo un brodo di radiazione sempre più fredda, per l'eternità. Esiste anche una terza possibilità: che l'Universo possieda una densità esattamente uguale a quella critica. In questo caso non si "chiuderà" mai e rimarrà "sospeso" in uno stato finale, senza neppure espandersi. I diversi destini del cosmo possono essere associati a dei modelli di superfici, perchè secondo la teoria della relatività generale, la materia incurva la struttura dello spazio-tempo.

L'UNIVERSO CHIUSO

Se la densità dell'universo fosse superiore a un determinato valore, detto valore critico, l'universo sarebbe di tipo chiuso, cioè soggetto prima a espansione e poi a contrazione. L'universo chiuso può essere rappresentato da una sfera, che ha un'area finita ma illimitata (poichè possiamo muoveri liberamente su di essa senza mai trovare un confine): la sfera nasce da un punto (il Big Bang) e si espande per un certo tempo, si ferma, e poi inizia a contrarsi fino a tornare in un punto (il Big Crunch).
Nessuno, neppure i fisici teorici, riesce a immaginare uno spazio-tempo quadridimensionale curvo. Così, con un pò di fantasia, bisogna ridurre le proprie pretese e immaginare di essere creature piatte che vivono su una superficie che ha solo due dimensioni. L'Universo "chiuso" può allora essere rappresentato da una sfera che ha un'area finita ma illimitata (poiché possiamo muoverci liberamente su di essa senza mai trovare un confine): la sfera nasce da un punto (il Big Bang) e si espande per un certo tempo, si ferma e poi inizia a contrarsi fino a tornare in un punto (il Big Crunch). Il cosmo "aperto" è invece descritto da una superficie a "sella", che è infinita, illimitata, e in espansione permanente. Infine il caso intermedio è rappresentato da una superficie piatta. Per tutti questi modelli non esiste un "centro" dell'Universo sulla superficie di esso, e da ogni punto si ha l'impressione che tutti gli altri luoghi si stiano allontanando contemporaneamente nel corso dell'espansione. Esattamente come accade nel cosmo a tre dimensioni spaziali (più la quarta, il tempo).

FINE DEL SECONDO CAPITOLO

PRIMA PARTE

TERZA PARTE: UN COSMO TROPPO "SOTTO PESO"




2 commenti:

Silvia Azzaroli ha detto...

Io spero tanto in un'espansione illimitata ed in universo aperto anche se l'infinito mi spaventa...
Gran bell'articolo socio! Alla prossima!

Marika Alvin Francesco Donald ha detto...

Grazie!!!! Beh, un universo aperto significherebbe quella che i fisici chiamano "morte termica": le galassie verranno "diluite", idem per la materia e i nuclei atomici.... in pratica tra miliardi e miliardi di anni, TUTTO sarà "evaporato"..... e quello che rimarrà sarà solo un bagno di radiazioni gamma..... e basta!!!! Cmq l'infinito può certamente spaventare, perchè spesso non lo comprendiamo, ma l'infinito è più "vicino" di quello che si pensa...... per esempio: disegna un triangolo, ok? Va sa sè che il triangolo avrà un perimetro e un'area finiti. Ora disegna un altro triangolo sopra il precedente, girato di 180 gradi ok? Avrai ancora un perimetro e area finiti.... puoi comunque continuare a disegnare triangoli su triangoli sempre girati di 180 gradi, ergo, possiamo avere un perimetro INFINITO che però racchiude un'area finita.... lo so magari mi son spiegato male... ma sono le 1.30!!!

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