| Nella prima metà del XX secolo, la parola
Universo era usata per riferirsi all'intero continuum spaziotemporale in
cui esistiamo, assieme a tutta la materia e l'energia in esso contenute.
La scienza che cerca di comprendere l'Universo nel suo insieme, alla
scala più grande possibile, è la cosmologia, che si è sviluppata dalla
fisica e dall'astronomia. Durante la seconda metà del XX secolo, lo
sviluppo della cosmologia osservativa, chiamata anche cosmologia fisica,
ha portato ad una divisione del significato del termine Universo tra i
cosmologi osservativi e i cosmologo teorici: i primi (in genere)
abbandonano la speranza di poter osservare l'intero continuum
spaziotemporale, mentre i secondi mantengono questa speranza, cercando
di trovare le ipotesi più ragionevoli per modellizzare l'intero
spaziotempo, nonostante l'estrema difficoltà di trovare dei limiti a
questi modelli e il rischio di decadere nella metafisica.
I termini universo conosciuto, universo
osservabile o universo visibile sono spesso usati per descrivere quella
parte di Universo che possiamo vedere in modo diretto o indiretto.
Coloro che credono che sia impossibile osservarlo tutto possono usare
l'espressione il nostro universo, riferendosi alla parte conoscibile
dagli esseri umani.
Espansione, età, Big Bang
Il risultato più importante
della cosmologia, che l'Universo è in espansione, è
derivato dalle osservazioni degli spostamenti verso il
rosso delle galassie ed è quantificato dalla Legge di
Hubble. Estrapolando questa espansione all'indietro nel
tempo, si incontra una singolarità gravitazionale, un
concetto matematico piuttosto astratto, che può o meno
corrispondere ad un oggetto reale. Questa estrapolazione
diede vita alla teoria del Big Bang, il modello
dominante della cosmologia moderna. Il tempo zero, che
nella teoria segna letteralmente l'inizio del tempo come
noi lo conosciamo, è stimato a 13,7 miliardi di anni fa,
con un'incertezza di soli 200 milioni di anni, secondo
la sonda WMAP della NASA.
Un aspetto fondamentale del
Big Bang può essere osservato oggi nel fatto che la
velocità alla quale le galassie si allontanano è
proporzionale alla loro distanza. Un altra prova a
sostegno della teoria è la radiazione cosmica di fondo,
la quale è un residuo attenuato della radiazione che
ebbe origine poco dopo il Big Bang. Questa radiazione di
fondo è estremamente uniforme in tutte le direzioni,
cosa che i cosmologi hanno cercato di spiegare con un
periodo di espansione rapida (detta inflazione) che è
immediatamente seguita al Big Bang.
Dimensioni
dell'Universo e dell'universo osservabile
Non si sa se l'Universo sia finito o
infinito in dimensione e in volume, anche se la maggior parte dei
teorici al momento preferisce un Universo finito.
L'universo osservabile, composto da tutto
ciò che può averci influenzato dal momento del Big Bang, è sicuramente
finito grazie al fatto che la velocità della luce, cioè la massima
velocità a cui un fenomeno fisico può propagarsi, è anch'essa finita.
L'orizzonte cosmico si trova a 13,7 miliardi di anni luce di distanza.
La distanza effettiva di questo orizzonte è però più grande, perché nel
tempo trascorso perché la luce sia arrivata fino a noi, questo bordo ha
continuato ad espandersi. Si stima che si trovi a circa 50 miliardi di
anni luce (4,7×1023 km). Questo comporterebbe che il volume
dell'universo osservabile sia di 5×1032 anni luce cubici (assumendo che
questa regione sia sferica). L'universo osservabile contiene circa
7×1022 stelle, organizzate in circa 1010 (dieci miliardi) di galassie,
le quali si riuniscono in gruppi e ammassi di galassie e in
superammassi. Recenti osservazioni condotte col Telescopio Spaziale
Hubble suggeriscono un numero ancora maggiore di galassie.
Il lettore dovrebbe fare attenzione al fatto
che sia gli articoli di divulgazione, sia quelli di cosmologia
professionale usano spesso il termine Universo quando si riferiscono in
realtà all'universo osservabile. Questo perché i fenomeni fisici
inosservabili sono filosoficamente irrilevanti per l'esistenza umana.
Noi ci troviamo al centro dell'universo
osservabile, in apparente contraddizione al principio copernicano, che
dice che l'Universo è più o meno uniforme e non ha un centro ben
definito. Questa contraddizione nasce dal fatto che la luce non viaggia
ad una velocità infinita, e le osservazioni di oggetti lontani sono
quindi osservazioni del passato. Più lontano guardiamo, più vicini
arriviamo al limite di tempo zero del modello del Big Bang. E siccome la
luce viaggia alla stessa velocità in ogni direzione, l'universo
osservabile è una sfera centrata su di noi.
Forma
dell'universo
Un'importante domanda della cosmologia per
ora senza riposta è quella della forma dell'Universo.
Per prima cosa, occorrerebbe stabilire se
l'Universo è piatto, ossia rispetta le regole della geometria euclidea
su grande scala. Al momento, la maggior parte dei cosmologi pensa che
l'universo ossevabile sia (quasi) piatto, esattamente come la superficie
della Terra è (quasi) piatta.
In secondo luogo, occorre stabilire se
l'Universo è molteplicemente connesso oppure no. Secondo il modello del
Big Bang, l'Universo non ha un confine spaziale, ma potrebbe comunque
essere spazialmente finito. Questo può essere compreso mediante
un'analogia con le due dimensioni: la superficie della Terra non ha
confini, ma ha comunque un'area finita. Si può pensare anche ad un
cilindro, e poi immaginare di liberarsi dalle costrizioni imposte dalla
geometria ordinaria e immaginare di unire le due estremità del cilindro,
ma senza piegarlo. Anche questo è uno spazio a due dimensioni con
un'area finita, ma a differenza della superficie terrestre è piatto, ed
è quindi un modello migliore.
Ne segue che, strettamente parlando,
dovremmo chiamare le sopra menzionate stelle e galassie "immagini" di
stelle e galassie, poiché è possibile che l'Universo sia finito e così
piccolo che possiamo vedere una o più volte "attorno" ad esso, ed il
numero reale di stelle e galassie fisicamente distinte potrebbe essere
più piccolo. Alcune osservazioni sono in corso per cercare di confermare
o escludere questa possibilità.
Destino
dell'Universo
Il modello del Big Bang
prevede che, a seconda del valore della densità media di materia ed
energia, l'Universo continuerà ad espandersi per sempre oppure che sarà
frenato dalla sua stessa gravitazione e collasserà su se stesso in
quello che è stato chiamato un Big Crunch. Al momento le osservazioni
suggeriscono che non solo la densità di massa/energia è troppo piccola
per causare un collasso, ma che l'espansione dell'Universo sembra
addirittura in accelerazione, e che questa accelerazione debba
verosimilmente continuare in eterno Per una discussione più dettagliata
di altre teorie, vedi l'articolo sul destino ultimo dell'Universo.
Vi sono alcune speculazioni
sul fatto che universi multipli possano esistere in un multiverso di
livello più alto. Per esempio, la materia che cade in un buco nero di
questo universo potrebbe emergere come un Big Bang che fa iniziare un
nuovo universo. Tutte queste idee non sono testabili, e devono essere
quindi considerate per adesso pura speculazione. |
