Teoria del Big Bang: cosa dice?
La fisica da sempre è una delle scienze che indaga l’Universo, i suoi contenuti e la sua origine.
Di modelli e teorie sulla nascita dell’Universo ne sono stati elaborati tanti, ma andiamo a vederne uno in particolare.
Sommario
Il Big Bang
Il Big Bang è un modello cosmologico basato sull’idea che l’universo iniziò a espandersi a velocità elevatissima in un tempo finito nel passato a partire da una condizione di curvatura, temperatura e densità estreme e che questo processo continui tuttora.
È il modello predominante nella comunità scientifica e ha avuto conferme basate su prove e osservazioni astronomiche. In particolare la buona corrispondenza dell’abbondanza cosmica degli elementi leggeri come l’idrogeno e l’elio con i valori previsti in seguito al processo di nucleosintesi.
Inoltre c’è anche la questione dell’esistenza della radiazione cosmica di fondo, con uno spettro in linea con quello di corpo nero, hanno convinto la maggior parte degli scienziati che un evento simile al Big Bang ha effettivamente avuto luogo quasi 14 miliardi di anni fa.
La teoria ha tuttavia dei limiti. Se l’aumento della distanza fra gli ammassi di galassie a causa dell’espansione implica che essi fossero più vicini in passato. Quindi suggerendo l’idea di un evento iniziale, continuando idealmente a ritroso nel tempo densità e temperatura aumentano fino a un istante in cui questi valori tendono all’infinito e il volume tende a zero, così che le attuali teorie fisiche non sono più applicabili (singolarità).
Per questo la teoria non è adeguata a descrivere la condizione iniziale. Ma fornisce un’ottima descrizione dell’evoluzione dell’universo da un determinato momento in poi. Sul fronte sperimentale, negli acceleratori di particelle si studia il comportamento della materia e dell’energia in condizioni estreme.
Condizioni molto vicine a quelle in cui si sarebbe trovato l’universo durante le prime fasi del Big Bang, ma senza la possibilità di esaminare il livello di energia all’inizio dell’espansione.
Su cosa si basa la Teoria del Big Bang?
La teoria del Big Bang si basa su due ipotesi fondamentali. La prima è l’universalità delle leggi della fisica. La seconda è il principio cosmologico che afferma che, su larga scala, l’universo è omogeneo e isotropo.
Queste idee erano inizialmente considerate dei postulati, ma attualmente si sta provando a verificare ciascuna delle due. Per esempio la prima ipotesi è stata verificata. Le osservazioni che hanno portato alla sua verifica mostrano che la più ampia discrepanza possibile del valore della costante di struttura fine nel corso della storia dell’universo è nell’ordine di 10−5.
Inoltre la relatività generale ha superato test severi sulla scala del sistema solare e delle stelle binarie. Mentre estrapolazioni su scale cosmologiche sono state convalidate da successi empirici di vari aspetti della teoria del Big Bang.
Se il cosmo su larga scala appare isotropo dal punto di osservazione della Terra, il principio cosmologico può essere ricavato dal più semplice principio copernicano che afferma che non è presente alcun osservatore privilegiato nell’universo.
A questo rispetto il principio cosmologico è stato confermato con un’incertezza di 10−5 attraverso le osservazioni della radiazione cosmica di fondo. L’universo è risultato essere omogeneo su larga scala entro un ordine di grandezza del 10%.
Le prove
Le prove osservative principali e più dirette della teoria del Big Bang sono:
- l’espansione secondo la legge di Hubble, che si può osservare nel redshift delle galassie;
- le misure dettagliate della radiazione cosmica di fondo;
- l’abbondanza degli elementi leggeri.
Questi sono talvolta chiamati i tre pilastri della teoria del Big Bang.
Altri tipi di prove supportano il quadro d’insieme, come ad esempio molte proprietà della struttura a grande scala dell’universo, che sono previste a causa della crescita gravitazionale della struttura nella teoria standard del Big Bang.
Questa è solo una breve introduzione a questa affascinante e complessa Teoria.
