Big bang, la teoria che spiega come è iniziato l’universo

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Big bang

La teoria del Big Bang è la principale spiegazione su come è iniziato l’universo.

Nella sua forma più semplice, dice che l’universo come lo conosciamo è iniziato con una piccola singolarità, poi si è gonfiato nei successivi 13,8 miliardi di anni nel cosmo che conosciamo oggi.

Poiché gli strumenti attuali non consentono agli astronomi di guardare indietro alla nascita dell’universo, gran parte di ciò che comprendiamo sulla teoria del Big Bang deriva da formule e modelli matematici.

Gli astronomi possono, tuttavia, vedere l ‘”eco” dell’espansione attraverso un fenomeno noto come fondo cosmico a microonde .

Mentre la maggior parte della comunità astronomica accetta la teoria, ci sono alcuni teorici che hanno spiegazioni alternative oltre al Big Bang , come l’inflazione eterna o un universo oscillante.

Il primo secondo dopo il big-bang e la nascita della luce

Nel primo secondo dopo l’inizio dell’universo, la temperatura circostante era di circa 10 miliardi di gradi Fahrenheit (5,5 miliardi di gradi Celsius), secondo la NASA .

Il cosmo conteneva una vasta gamma di particelle fondamentali come neutroni, elettroni e protoni.

Questi sono decaduti o combinati mentre l’universo si è raffreddato.

Questo primo miscuglio sarebbe stato impossibile da guardare, perché la luce non poteva trasportarlo al suo interno.

Gli elettroni liberi avrebbero causato la dispersione della luce (fotoni) nel modo in cui la luce solare si diffonde dalle goccioline d’acqua nelle nuvole.

Nel tempo, tuttavia, gli elettroni liberi si sono incontrati con i nuclei e hanno creato atomi neutri.

Ciò ha permesso alla luce di risplendere per circa 380.000 anni dopo il Big Bang.

Questa prima luce – a volte chiamata “bagliore residuo” del Big Bang – è più propriamente nota come fondo cosmico a microonde (CMB).

Fu predetto per la prima volta da Ralph Alpher e altri scienziati nel 1948, ma fu trovato solo per caso quasi 20 anni dopo. 

Nel 1965, Arno Penzias e Robert Wilson, entrambi del Bell Telephone Laboratories a Murray Hill, nel New Jersey, stavano costruendo un ricevitore radio e stavano rilevando temperature più alte del previsto.

All’inizio pensavano che l’anomalia fosse dovuta ai piccioni e al loro letame, ma anche dopo aver ripulito il tutto, l’anomalia persisteva.

Allo stesso tempo, un team della Princeton University (guidato da Robert Dicke) stava cercando di trovare prove del CMB e si rese conto che Penzias e Wilson si erano imbattuti in esso. 

Ciascun team pubblicò degli articoli sull’Astrophysical Journal nel 1965.

Determinare l’età dell’universo

Lo sfondo cosmico a microonde è stato osservato in molte missioni. 

Una delle missioni spaziali più famose è stata il satellite Cosmic Background Explorer (COBE) della NASA, che ha mappato il cielo negli anni ’90.

Diverse altre missioni hanno seguito le orme del COBE, come l’esperimento BOOMERanG (Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics), la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) della NASA e il satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea.

Le osservazioni di Planck, pubblicate per la prima volta nel 2013, hanno mappato lo sfondo con dettagli senza precedenti e hanno rivelato che l’universo era più antico di quanto si pensasse in precedenza: 13,82 miliardi di anni, invece di 13,7 miliardi di anni. 

Le mappe danno origine a nuovi misteri, tuttavia, come il motivo per cui l’emisfero meridionale appare leggermente più rosso (più caldo) rispetto all’emisfero settentrionale. 

La teoria del Big Bang dice che il CMB sarebbe per lo più lo stesso, non importa dove guardi.

L’esame del CMB fornisce anche agli astronomi indizi sulla composizione dell’universo. 

I ricercatori pensano che la maggior parte del cosmo sia composta da materia ed energia che non possono essere “percepite” con strumenti convenzionali, portando ai nomi materia oscura ed energia oscura

Solo il 5% dell’universo è costituito da materia come pianeti, stelle e galassie.

Controversia sulle onde gravitazionali

Mentre gli astronomi potevano vedere gli inizi dell’universo, hanno anche cercato prove della sua rapida inflazione. 

La teoria dice che nel primo secondo dopo la nascita dell’universo, il nostro cosmo si è gonfiato più velocemente della velocità della luce

Ciò, a proposito, non viola il limite di velocità di Albert Einstein poiché ha affermato che la luce è il massimo che qualsiasi cosa può viaggiare nell’universo. 

Ciò non si applicava all’inflazione dell’universo stesso.

Nel 2014, gli astronomi hanno affermato di aver trovato prove nella CMB riguardanti i “B-mode”, una sorta di polarizzazione generata quando l’universo si ingrandiva e creava onde gravitazionali

Il team ha individuato le prove di ciò utilizzando un telescopio antartico chiamato “Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization”, o BICEP2.

Ma a giugno, la stessa squadra ha affermato che le loro scoperte avrebbero potuto essere alterate dalla polvere galattica che intralciava il loro campo visivo.

I risultati di Planck sono stati messi online in forma pre-pubblicata a settembre. 

A gennaio 2015, i ricercatori hanno confermato che il segnale Bicep era per lo più, se non tutto, polvere di stelle.

Separatamente, le onde gravitazionali sono state confermate parlando dei movimenti e delle collisioni di buchi neri che sono poche decine di masse più grandi del nostro sole.

Queste onde sono state rilevate più volte dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dal 2016.

Man mano che LIGO diventa più sensibile, si prevede che la scoperta delle onde gravitazionali legate ai buchi neri sarà un evento abbastanza frequente.

Inflazione più veloce e multiverso

L’universo non solo si espande, ma diventa sempre più veloce mentre si gonfia.

Ciò significa che con il tempo nessuno sarà in grado di individuare altre galassie dalla Terra o da qualsiasi altro punto di osservazione all’interno della nostra galassia.

Vedremo galassie lontane allontanarsi da noi, e la loro velocità aumenta con il tempo.

Quindi, col tempo, una galassia lontana raggiungerà la velocità della luce.

Ciò significa che anche la luce non sarà in grado di colmare il divario che si sta aprendo tra quella galassia e noi.

Alcuni fisici suggeriscono anche che l’universo che sperimentiamo sia solo uno dei tanti.

Nel modello “multiverso”, diversi universi coesisterebbero tra loro come bolle affiancate.

La teoria suggerisce che in quella prima grande spinta dell’inflazione, diverse parti dello spazio-tempo sono cresciute a velocità diverse.

Ciò avrebbe potuto scolpire sezioni diverse – universi diversi – con leggi fisiche potenzialmente diverse.

Fred Hoyle sosteneva che la maggior parte dei modelli di espansione porta a un multiverso.

Anche se possiamo capire come è nato l’universo che vediamo, è possibile che il Big Bang non sia stato il primo periodo di espansione che l’universo ha vissuto.

Alcuni scienziati credono che viviamo in un cosmo che attraversa cicli regolari di inflazione e deflazione e che ci capita di vivere in una di queste fasi.

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