Espansione dell’Universo: Cosa Vuol Dire?

Espansione dell'universo

Storia dell’espansione dell’universo

Qui trattiamo di un argomento che lascia sempre molte perplessità e che genera frequentemente incomprensioni e fraintendimenti: l’espansione dell’universo.

Cosa vuol dire che l’universo si espande? Possiamo avere prove concrete di questo fenomeno o è solo una delle tante teorie cervellotiche messe lì perché fa tornare i conti ma che non si riesce a dimostrare empiricamente?

Come per il post precedente, vi propongo un video di MinutePhysics, che spiega in maniera molto semplice ed intuitiva questo importante concetto della cosmologia.

Anche questo video è in inglese, ma presenta anche sottotitoli in italiano (ai quali ho messo mano io stesso).

Una prima precisazione da fare è che non è l’universo ad espandersi, ma lo spazio, e con esso vengono trascinati gli oggetti che sono in esso, come la Terra, il Sole, la nostra Galassia, noi stessi ed i nostri stessi costituenti. Quindi, perché non diventiamo via via più grandi? In realtà, se l’espansione riguardasse anche noi, non la noteremmo, perché le dimensioni relative rimarrebbero le stesse, ma in ogni caso non è questo il punto. La questione è che ci sono delle forze, come la gravità per il sistema solare o la Galassia oppure come le forze elettromagnetiche e nucleari per le molecole e gli atomi, che legano gli oggetti che sono intorno a noi, e queste forze contrastano l’espansione dello spazio.

In sintesi, quello che accade è come se il pavimento sotto i nostri piedi si stesse espandendo, trascinando tutti gli oggetti sopra di esso, compresi noi stessi. Ma se riusciamo ad afferrare qualcosa, ad esempio un’altra persona, eviteremo di allontanarci da lei/lei.

Quindi è chiaro che per avere una possibilità di osservare l’espansione dell’universo dobbiamo guardare lì dove queste forze non riescono a vincere il trascinamento dovuto all’espansione dell’universo, come, per esempio, avviene tra galassie ed ammassi di galassie.

Un po’ di storia:
L’idea che condusse al concetto di espansione dell’universo fu elaborata negli anni ’20 del secolo scorso e vede nell’articolo di Hubble uno dei risultati più stupefacenti. A quell’epoca una delle più grandi domande in astronomia ed astrofisica era se le nebulose che si vedevano nel cielo (successivamente si scoprì che queste nebulose erano galassie, simili alla nostra) fossero interne o esterne alla nostra Galassia. In questo articolo del 1929, infatti, Hubble si chiede quale fosse il moto relativo di queste nebulose rispetto al nostro Sole. Evitando i dettagli tecnici, Hubble trovò che queste nebulose, in media, si allontanavano da noi con velocità proporzionali alla loro distanza, relazione poi divenuta famosa come Legge di Hubble (in quell’articolo si sovrastimava grandemente la costante di proporzionalità, errore dovuto alle difficoltà della misura dovute a vari fenomeni come, ad esempio, l’assorbimento della radiazione).

Poco dopo si trovarono anche delle spiegazioni teoriche con l’applicazione della teoria della Relatività Generale a questo argomento.

Per poter avere un’immagine intuitiva di quello che chiamiamo espansione dell’universo, proviamo a fare un esempio molto semplice: prediamo un palloncino di gomma e disegniamo dei puntini sulla sua superficie. Questi puntini avranno il ruolo delle galassie. Quando gonfiamo il palloncino quello che accade è che i puntini incominceranno ad allontanarsi l’uno dall’altro perché lo spazio che abitano (la superficie del palloncino) si sta espandendo.

Ok, tutto bello, ma la domanda su come possiamo osservare l’espansione rimane. Ma risponderemo immediatamente:
Secondo la teoria della Relatività Ristretta, la lunghezza d’onda di una fonte luminosa di un oggetto che si muove rispetto a noi cambia, in particolare cresce (vuol dire che il colore si sposta verso il rosso) se si allontana, diminuisce (si sposta verso il violetto) se si avvicina, fenomeno che va sotto il nome di Doppler Relativistico (un esempio di questo fenomeno lo trovate qui). Quindi se vediamo che in media le galassie intorno a noi sono più rosse di quanto dovrebbero (al netto dell’assorbimento e di altri fenomeni che possono avvenire nello spazio intermedio ad opera di polvere ad altro), e magari notiamo che sono tanto più rosse quanto più sono lontane, allora le galassie si stanno allontanando. Questo è esattamente il metodo che Hubble usò per il suo lavoro, ossia studiò lo spettro della radiazione di diverse galassie, ne identificò i tratti principali e li confrontò con l’aspetto che avrebbero dovuto avere se fossero state ferme.

Oggi si parla di redshift, ossia “spostamento verso il rosso” in inglese, per identificare l’evidenza dello spostamento verso il rosso delle righe spettrali di una radiazione.

Per concludere, abbiamo visto che la cosiddetta espansione dell’universo riguarda, in realtà, lo spazio che abitiamo. Ma cosa vedremmo se riavvolgiamo il nastro, se, cioè, guardassimo l’espansione al ritroso? Vedremmo che lo spazio si contrae e che le galassie si troverebbero sempre più vicine le une alle altre… ma questa è un’altra storia.

 
About the author

Pasquale

Triennale in Fisica alla Federico II di Napoli e Magistrale in Astronomia ed Astrofisica a La Sapienza di Roma, ora mi ritrovo in Canada, alla University of Lethbridge, come studente di dottorato in Fisica Teorica. Il mio lavoro di ricerca al momento concerne un'estensione del principio di indeterminazione di Heisenberg, suggerita da diverse teorie di Gravità Quantistica, e l'applicazione di questa estensione a diversi sistemi quantistici, alla ricerca di nuovi fenomeni che possano essere osservati e che possano quindi permettere di fare valutazioni sulla modifica stessa e sulle teorie di di Gravità Quantistica.

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