La nascita dell'Universo Scienze della Terra

Da Talete ad Aristotele, fino a Tolomeo, si succedettero diverse concezioni di un Universo geocentrico e limitato, in cui i corpi celesti ruotavano incastonati in sfere enormi di cristallo. Nel II secolo, il greco Tolomeo propose un nuovo sistema geocentrico: un Universo chiuso, geocentrico, in cui il Sole e la Luna girano ciascuno attorno alla Terra. Nel 1543, il monaco polacco Niccolò Copernico suggerì che fosse il Sole a trovarsi al centro dell'Universo allora conosciuto. Poiché la Chiesa riteneva che il ruolo di centro dell'Universo spettasse alla Terra, la teoria di Copernico fu considerata un'eresia

Spettò ad Isaac Newton porre le basi della fisica moderna e pensare ad un cosmo illimitato. Dai suoi studi sulla gravità e sulla meccanica celeste, dedusse che l’Universo dovesse essere infinito, poiché solo in questo caso poteva mantenersi in equilibrio gravitazionale senza sprofondare verso il centro. Iniziò così l’astronomia moderna

l'espansione dell'Universo Einstein e l'espansione dell'Universo 1915: Einstein pubblicò la teoria della relatività che presupponeva un universo limitato e statico Si accorse che le sue equazioni esigevano che gli universi da lui ipotizzati si espandessero o si contraessero col passare del tempo. Modificò la struttura delle equazioni introducendovi un termine (la “costante cosmologica”) che rappresentava una forza che si opponeva all’attrazione gravitazionale, mantenendo statico l’universo. Friedmann si convinse che l’universo statico rappresentava solamente una delle soluzioni delle equazioni modificate, ma non l’unica. Molti anni dopo, Einstein ebbe modo di definire la costante cosmologica “la più grande cantonata della mia vita”.

Edwin Hubble

Possibili ipotesi sulla nascita dell'universo Teoria dell’universo stazionario di Bondi, Hoyle e Gold (1948) Teoria del Big Bang di George Gamow

Teoria dell'universo stazionario Ritiene valido il "principio cosmologico perfetto" per cui l'universo risulta sempre identico in qualunque luogo e in qualunque momento. La diminuzione di densità provocata dall'espansione viene bilanciata esattamente da una continua produzione di nuova materia. Elementi incompatibili con la teoria mancanza di qualunque conferma sulla possibilità di formazione di nuova materia; aumento della densità media dell’Universo nel lontano passato e non una condizione stazionaria; scoperta della radiazione cosmica di fondo.

La teoria del Big Bang Nel 1927 lo scienziato e sacerdote Georges Leîmatre ipotizzò che l'universo si fosse generato da un composto di atomi ad altissima concentrazione. Nel 1946 l'americano di origine russa George Gamow propone un nuovo modello di universo, nell'istante zero, concentrato in un volume più piccolo di un atomo,”atomo primordiale”, con una densità pressoché infinita e a una temperatura di miliardi e miliardi di gradi, originatosi da una grande esplosione iniziale, detta Big Bang cosmico

Le ere del Big Bang Era della radiazione Era della materia Atomo primordiale protoni e gli elettroni si combinano per creare i primi atomi di idrogeno, mentre i fotoni, liberi ormai da ogni vincolo, possono così irradiarsi in tutte le direzioni sotto forma di radiazione cosmica di fondo; La materia è scomposta in quark; t = 1s t = 300.000 anni i quark si uniscono a gruppi di tre a formare i protoni, i neutroni e gli altri adroni; t = 3 s i protoni e i neutroni si uniscono a loro volta per dare origine ai nuclei degli elementi più leggeri (elio e deuterio); t = 120 s le stelle e le galassie sarebbero nate entro il primo miliardo di anni di vita dell'universo. t = 1 miliardo di anni Sotto i 3000 K, si formano gli atomi, Questo istante è detto disaccoppiamento fotonico ;

La Radiazione cosmica di fondo Fu scoperta per caso nel 1965 da Arno Penzias e Robert Wilson, entrambe ricercatori della Compagnia dei telefoni americana Bell mentre studiavano le sorgenti dei rumori radio, scoprirono un segnale anomalo, che proveniva da tutte le direzioni e non trovava alcuna plausibile connessione con sorgenti terrestri o celesti. La radiazione era uguale a quella che sarebbe emessa da un corpo perfettamente radiante a una temperatura di 2,7 Kelvin al di sopra dello zero assoluto (-270,3°C). Secondo i calcoli di alcuni teorici doveva essere a questo livello il calore residuo della radiazione del big bang primordiale.

Nel 1989, la NASA lanciò il satellite Cosmic Background Explorer (COBE) e i risultati erano coerenti con la teoria del Big Bang: il satellite ha tracciato una mappa che mette in evidenza minuscole variazioni nella radiazione di fondo. Tali variazioni sono interpretate come disuniformità nella distribuzione della materia ,una sorta di “increspature” dalle quali avrebbe tratto origine la distribuzione di galassie riconosciuta nella struttura dell’Universo.

Le osservazioni estremamente precise del Telescopio Spaziale Hubble forniscono informazioni altrettanto precise sulla velocità di espansione a tempi remoti, cioè per grandi valori dello spostamento verso il rosso.

1 miliardo di anni dopo il Big Bang La temperatura è ormai quella di una qualsiasi stella e la materia è fatta di idrogeno, elio, elettroni, protroni e fotoni. Diventano sempre più numerose le galassie a spirale, formate da miliardi di stelle, in continua evoluzione. Nei nuclei delle stelle e nelle esplosioni delle supernovae si formano via via gli elementi chimici più pesanti, che, sotto forma di ceneri, finiscono per mescolarsi alle polveri e i gas delle nebulose, dove nascono nuove popolazioni di stelle Circa 5 miliardi di anni fa, si accese il Sole.

Verso gli abissi del futuro La previsione è ostacolata dall’incertezza con cui conosciamo la densità media della materia di cui è costituito l’Universo. Se il valore della densità è quello definito critico, l’espansione rallenterà , fino a fermarsi e così avrà inizio il fenomeno opposto, un collasso incontrollato che si concluderà con quello che è stato definito Big Crush. Se la densità è inferiore al valore critico , l’espansione continuerà senza fine, le stelle consumeranno tutto il loro combustibile e le galassie diventeranno sistemi oscuri di corpi freddi e inerti. Tenendo conto della materia “oscura”, la densità attuale è circa il 10% del valore critico.

Materia oscura: Non emette luce visibile Menù La materia oscura Materia non oscura Materia oscura: Non emette luce visibile Ogni stella appartenente ad una galassia a spirale ruota con una propria velocità intorno al centro. La velocità di una stella dovrebbe decrescere all'aumentare della distanza. Si  trova invece un andamento crescente della velocità e, non decrescente, come nelle aspettative. La spiegazione più accreditata della maggiore velocità delle stelle esterne presuppone la presenza di materia non visibile diffusa nell'alone di ogni galassia