Il Big Bang: Un Viaggio A Ritroso Nello Spazio E Nel Tempo…

Cari ragazzi e lettori, ho il piacere di pubblicare un bellissimo articolo sul Big Bang, scritto per Scientificando dal nostro amico Federico Bo, autore dell'interessante blog "Moto Browniano". 


Federico ha saputo trattare con efficacia descrittiva un argomento complesso quanto affascinante. Sono sicura che leggerete l'articolo tutto d'un fiato, come ho fatto io!


Leggete con attenzione e postate domande e riflessioni mediante i commenti al post.


Grazie Federico!

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Il Big Bang

Facciamo un viaggio. Un viaggio a ritroso nello spazio e nel tempo, verso l’Universo bambino,  fino  a raggiungere l’istante zero, quello in cui il Tutto ha avuto inizio.

Partiamo tra  3 secondi, 2, 1…via!
                                             

                                 
Il tempo comincia a scorrere all’indietro. Per molti milioni, anzi decine e centinaia di milioni di anni sembra non succedere nulla. Certo le stelle nascono e muoiono, le galassie ruotano maestose nell’immensità del vuoto cosmico ma la struttura dell’universo sembra non cambiare. Un osservatore attento noterebbe, però, che le galassie, tutte le galassie, stanno impercettibilmente avvicinandosi l’una all’altra. In realtà, non sono loro che si muovono ma lo stesso spazio che si rimpicciolisce.


L’immagine classica che vi consiglio di visualizzare è quella di un palloncino gonfiato, quelli che si vendono alle giostre. Se disegnate dei punti sulla superficie e lentamente fate sgonfiare il palloncino noterete che i punti si avvicinano gli uni agli altri. E’ la stessa cosa che accade all’ “universo-palloncino”.


Accade anche un’altra cosa: molto lentamente la temperatura dell’Universo, che all’inizio del nostro viaggio era di soli tre gradi sopra lo zero assoluto (- 273 gradi), comincia ad aumentare.
Ma continuiamo il nostro viaggio. Passano miliardi di anni, due, cinque, dieci, dodici. Adesso l’universo è molto più piccolo. Arriviamo a 600 milioni di anni dall’istante zero, il punto di origine. In questo periodo, vediamo la nascita delle prime stelle e delle prime galassie. L’Universo è un’enorme nube di gas, formata principalmente di idrogeno ed elio, gli elementi più semplici e più leggeri (gli altri elementi, quelli più pesanti come l’ossigeno ed il carbonio si formeranno solo in seguito, all’interno di quelle fornaci nucleari che sono i nuclei delle stelle). La nube non è proprio uniforme, ci sono zone appena più dense di altre che, per effetto della loro maggiore gravità, attrarranno altra materia: queste regioni sono i semi dai quali nasceranno le proto-stelle e le proto-galassie.


Non possiamo fermarci. Il tempo, sia pure al contrario, non aspetta. Arriviamo a soli 700.000 anni dopo il Big Bang. La temperatura dell’universo  è ora di circa tremila gradi. In questo periodo, succede un’altra cosa straordinaria: l’Universo diventa trasparente. Prima il cosmo era opaco, i fotoni – le particelle che compongono la luce – erano circondati da una folla di particelle (nuclei di idrogeno ed elio) che impediva loro di muoversi e di disperdersi nello spazio. Un po’ come quando ci troviamo in un bus affollato e non riusciamo a raggiungere l’uscita!


Tuffiamoci ancora più indietro nel tempo, diecimila anni, cento anni, un anno, un giorno dall’inizio. Ma non basta. Precipitiamo verso le ore: a tre ore dall’inizio la temperatura è di 100 milioni di gradi. Ancora giù, verso i minuti, verso i secondi: a 10 secondi la temperatura è di 1 miliardo di gradi e si cominciano a formare i nuclei  -- composti di protoni e neutroni --di idrogeno ed elio. Prima l’Universo era un magma incandescente di protoni, elettroni e neutroni che non potevano unirsi a formare gli atomi a causa dell’altissima temperatura e del conseguente loro frenetico movimento.
Ancora più giù, nell’abisso del tempo. Ad un milionesimo di secondo (ci vogliono 100.000 di questi attimi per fare un battito di ciglia, che dura circa un decimo di secondo) dal punto zero e ad una temperatura di 10.000 miliardi di gradi siamo in piena “era adronica” nella quale si formano, a partire dall’unione dei quark (i costituenti fondamentali della materia),  gli adroni, che sono particelle come i protoni ed i neutroni. Ma non solo: vengono creati anche le copie speculari di queste particelle, gli antiprotoni e gli antineutroni.


L’Universo a questo punto è teatro di un’epica lotta: quella tra materia ed anti-materia. Protoni ed antiprotoni, elettroni e positroni, neutroni ed antineutroni si contendono il diritto di esistere e di essere la materia dominante del nascente universo. Quando una particella e la sua antiparticella si scontrano, entrambe si autodistruggono in un lampo di energia. Quindi, se ci fosse stata un’eguale quantità di materia ed antimateria l’universo sarebbe stato composto solo da energia. Ma così non è stato. Vi era una piccolissima eccedenza di materia, che sopravvivendo alla distruzione reciproca è diventata tutto quello che vediamo adesso: stelle, pianeti, alberi, gatti, matite, io, voi…


Adesso siamo ad un solo yoctosecondo dal Big Bang. Quant’è uno yoctosecondo? Prendete un secondo, dividetelo per un miliardo di volte, poi ancora per un miliardo di volte, poi ancora per un miliardo di volte e poi ancora per 100.000 volte. Sì, un intervallo di tempo piuttosto breve… E non si può dire che faccia fresco: un miliardo di miliardi di miliardi di gradi! Due delle quattro forze fondamentali della natura, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole si fondono, diventando un’unica forza.
Ora l’universo ha un diametro di 10 metri. Pochi? Non sapete quello che sta per succedere…


In un istante, l’Universo diventa piccolissimo, più piccolo, ma MOLTO più piccolo di un atomo, di un elettrone, di un quark: il suo diametro è di 0,00000000000000000000000001 metri.


Se, per un attimo, guardiamo la scena con il tempo che scorre nella direzione giusta, verso il futuro, vediamo in un istante l’Universo espandersi violentemente passando dal regno microscopico a quello delle dimensioni a noi famigliari dei metri e dei chilometri: si dice che l’Universo ha subito un’inflazione.





                
Ma noi siamo ormai in rotta di collisione con il punto zero. L’universo microscopico pre- inflazionario è composto di sola energia.  La forza elettromagnetica si fonde con la forza nucleare (quella derivante dalla precedente fusione di forza nucleare forte e debole) quindi anche la forza di gravità si fonde con le altre: non esistono più quattro forze, ma una sola superforza. Non è più possibile applicare la teoria della relatività di Einstein, che governa l’Universo, cioè l’infinitamente grande e la meccanica quantistica, che governa l’infinitamente piccolo: questo è il regno della gravità quantistica, una teoria che, sfortunatamente, non è ancora stata scoperta (ci sono solo delle ipotesi di teorie, come la teoria delle stringhe).


Ci siamo! La temperatura è ora infinita, così come la densità. Siamo nella singolarità iniziale, un punto immerso nel nulla. Il tempo ha cessato di esistere, lo spazio anche. Oltre non possiamo andare. Gli scienziati sono riluttanti a fare anche solo ipotesi su quello che ci fosse “prima”. Forse un altro universo è collassato in un grande Big Crunch, ed il “rimbalzo” è stato il nostro Big Bang. Forse in un multiverso esotico con molte più dimensioni delle nostre tre, due grandi membrane si sono scontrate, e nel punto di contatto è nato il nostro universo. Chissà.


Ma ora è tempo di tornare al futuro, nel nostro presente.


Il Big Bang, l’inflazione, le prime particelle, la luce liberata, le prime stelle, le galassie, un stella qualsiasi in una galassia qualsiasi, un pianeta azzurro con un grande satellite bianco. Siamo a casa, nel nostro spaziotempo.
                             





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