Le prove sperimentali del Big Bang

Le prove sperimentali del Big Bang

Scritto da: Michio Kaku

Scienza e Fisica Quantistica

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Le prove sperimentali del Big Beng

Tratto dal libro Iperspazio

Ogni anno troviamo ulteriori prove scientifiche che ci dimostrano come il Big Bang  abbia avuto luogo circa 15-20 miliardi di anni fa. Esaminiamo alcuni di questi dati.

Per prima cosa, il fatto stesso che le stelle si stiano allontanando da noi a una velocità fantastica è stato verificato più volte misurando la distorsione della loro luce. Si tratta del cosiddetto red shift : la luce di una stella che si allontana dal nostro sistema solare è caratterizzata da uno spostamento verso le lunghezze d’onda superiori, ovvero verso la parte terminale rossa dello spettro, proprio come accade con il fischio del treno, che ha un suono più alto del normale se il treno si sta avvicinando, e più basso se si sta allontanando. Tale fenomeno prende il nome di “effetto Doppler”. Abbiamo inoltre la “legge di Hubble”, secondo la quale più una stella o una galassia è lontana da noi, più rapidamente si sta allontanando. Tale dato venne annunciato per la prima volta nel 1929 dall’astronomo Edwin Hubble, ed è stato ampiamente verificato durante gli ultimi cinquant’anni. Nelle galassie più distanti non è mai stato registrato alcuno spostamento verso il blu (blue shift ), e ciò significa che l’universo non sta collassando.

Secondariamente, sappiamo che l’esatta distribuzione degli elementi chimici all’interno della nostra galassia concorda quasi perfettamente con la stima della produzione di elementi pesanti sia nel Big Bang sia nelle stelle. Nel Big Bang  originale, a causa dell’enorme calore, i nuclei d’idrogeno elementare urtarono violentemente gli uni contro gli altri ad una velocità tale da provocarne la fusione, formando un nuovo elemento: l’elio. La teoria del Big Bang  sostiene che l’elio e l’idrogeno dovrebbero essere presenti nell’universo in una proporzione del 25% d’elio e del 75% dell’idrogeno. Ciò concorda con i risultati ottenuti in seguito a ricerche volte a determinare la quantità d’elio presente nell’universo.

Terzo, i più vecchi oggetti dell’universo possono essere fatti risalire a 10-15 miliardi di anni fa, e ciò tenderebbe a suffragare il calcolo citato all’inizio del paragrafo. Non ci sono prove dell’esistenza di oggetti più vecchi dello stesso Big Bang . Giacché il materiale radioattivo decade (per esempio, attraverso le interazioni deboli) con un ritmo conosciuto e definito, possiamo determinare l’età di un qualsiasi oggetto calcolando l’abbondanza relativa di un certo materiale radioattivo. Per esempio, la metà di una sostanza radioattiva chiamata carbonio-14 decade ogni 5.730 anni, e ciò ci permette di determinare l’età di certi manufatti archeologici contenenti l’elemento carbonio.

Altri elementi radioattivi (come l’uranio-238, con un tempo di dimezzamento di più di 4 miliardi di anni) ci permettonodi determinare l’età delle rocce lunari (recuperate durante la missione Apollo). Le rocce e le meteore più vecchie mai trovate sulla Terra possono essere fatte risalire a 4-5 miliardi di anni, ovvero la presunta data di nascita del sistema solare. Calcolando la massa di certe stelle, la cui evoluzione è nota, possiamo dimostrare che le più antiche stelle della nostra galassia hanno al massimo 10 miliardi di anni.

Quarto e ultimo punto, di certo il più rilevante, il Big Bang produsse un’eco cosmica, il cui riverbero si propagò in tutto l’universo, e i cui effetti avrebbero ben dovuto essere misurabili anche a livello del nostro pianeta. In effetti, Arno Penzias e Robert Wilson, della Bell Telephone Laboratories, nel 1978 si meritarono il premio Nobel per essere riusciti a individuare quell’eco, che ha la forma di una microonda, irradiata uniformemente in tutto l’universo conosciuto. Il fatto stesso che l’eco del Big Bang  dovesse circolare per l’universo miliardi di anni dopo quell’evento era stato previsto da George Gamow e dai suoi studenti Ralph Alpher e Robert Herman, ma nessuno li aveva presi sul serio. In effetti, allorché, poco dopo la fine della Seconda Guerra Mondiale, proposero di tentare una misurazione di quel “rumore” proveniente dall’istante della creazione, sembrò proprio si trattasse di una gran stupidaggine.

Esistono gli universi paralleli?

Possiamo raggiungere queste nuove dimensioni?

La scienza ufficiale per molto tempo non si è occupata di queste ipotesi; oggi invece, nuove teorie come quella dell'Iperspazio, sono il fulcro dell’attività scientifica e sostengono che dimensioni inesplorate potrebbero essere incredibilmente vicine. Capaci di circondare completamente la nostra realtà e di attraversare lo spazio in cui ci muoviamo, esse sarebbero tuttavia al di fuori della portata dei nostri sensi.

Se davvero dovessero esserci altre dimensioni parallele a quella che abitiamo, non è affatto improbabile che esistano anche punti di contatto, passaggi tra una dimensione e l’altra.

Con questo libro, Michio Kaku si rivolge a quei lettori che vogliono comprendere meglio l'universo, portandoli a conoscenza delle moderne ricerche scientifiche al riguardo.

In questo modo viene finalmente resa disponibile anche al grande pubblico la teoria dell’Iperspazio, presentata dall'autore con rigore scientifico ma con un linguaggio comprensibile. Essa potrebbe rappresentare ciò che Einstein inseguì invano: una teoria capace di spiegare e includere tutte le leggi della natura, dalla più piccola particella atomica alla più vasta galassia.

Continua la lettura di questo straordinario libro

Iperspazio - Hyperspace

Un viaggio scientifico attraverso gli universi paralleli, le distorsioni del tempo e la decima dimensione.

Michio Kaku

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Michio Kaku (San José, 24 gennaio 1947) è un fisico statunitense, figlio di immigrati giapponesi.

Noto per la sua intensa attività di divulgatore, Michio Kaku è un fisico teorico impegnato da anni nello studio della teoria delle stringhe, di cui è stato il primo a dare una formulazione in termini di teoria di campo. In particolare con il collega Keiji Kikkawa si è dedicato allo studio delle interazioni delle stringhe di tipo I, catalogandole e stabilendo che per le stringhe aperte sussistevano cinque interazioni possibili, mentre per quelle chiuse una era sufficiente.

Le onde gravitazionali: potremo vedere cosa è accaduto durante il Big Bang?

Le onde gravitazionali: potremo vedere cosa è accaduto durante il Big Bang?

Quali scoperte possono portarci la conoscenza delle onde gravitazionali

di Antonella Ravizza - 06/05/2016

>>> http://goo.gl/pJqixb

Le onde gravitazionali: potremo vedere cosa è accaduto durante il Big Bang?

Ancora una volta Albert Einstein ha avuto ragione! Nel 1916 Einstein ha previsto per via teorica l’esistenza delle onde gravitazionali che lo scorso 14 settembre 2015 sono state effettivamente rilevate in modo diretto da due strumenti gemelli Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), negli Stati Uniti a Livingston (in Louisiana) e a Hanford (nello stato di Washington). I due osservatori hanno registrato l’arrivo delle onde gravitazionali quasi contemporaneamente, a distanza di 10 millisecondi l’uno dall’altro. Questo importante risultato è stato ottenuto non solo grazie ai dati dei due rilevatori LIGO citati sopra, ma anche alla collaborazione VIRGO, che fa capo allo European Gravitational Observatory (EGO), fondato dall’Istituto nazionale di fisica nucleare italiano e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese.

Cosa sono le onde gravitazionali?

Secondo la teoria della Relatività Generale di Albert Einstein, la gravità è una manifestazione della curvatura dello spazio-tempo. Lo spazio-tempo è molto difficile da immaginare, ma potrebbe assomigliare ad un tessuto a quattro dimensioni, tre spaziali e una temporale. Secondo la Relatività Generale esso occupa tutto l’universo, viene deformato dai corpi e perturbato da masse in movimento. Queste perturbazioni sono appunto le onde gravitazionali prodotte quando abbiamo due oggetti che ruotano uno attorno all’altro e che si avvicinano, accelerando la loro rotazione, fino al punto di scontrarsi. Anche due persone che dovessero iniziare a ruotare una attorno all’altra genererebbero delle piccole increspature nello spazio-tempo, ma sarebbero così piccole da essere impercettibili.

La forza della gravità e le onde gravitazionali

La forza di gravità è una forza molto debole, quindi per produrre delle increspature abbastanza grandi da essere rilevate occorrono masse molto massicce, come stelle o buchi neri, che ruotino molto velocemente l’uno attorno all’altro. Questo succede perché la massa curva lo spazio-tempo, come succede quando posizioniamo un oggetto su un lenzuolo teso. Se la materia è in movimento, allora ci aspettiamo una perturbazione oscillatoria dello spazio-tempo, come le onde che si formano in uno stagno quando un oggetto si sposta in esso. Queste perturbazioni nello spazio-tempo sono chiamate onde gravitazionali: esse viaggiano alla velocità della luce e interagiscono in modo trascurabile con la materia che incontrano. Il problema è misurarle, perché se trovassimo anche un metro per poter misurare queste deformazioni dello spazio-tempo, anche il metro subirebbe la deformazione.

La velocità della luce e le onde gravitazionali

L’unico metro che non subisce dilatazioni è la velocità della luce. Se lo spazio si dilata o si accorcia, la luce impiega più o meno tempo a percorrerlo ed è su questo che hanno lavorato i due laboratori LIGO e VIRGO. Questi infatti sono speciali rilevatori costituiti da tunnel lunghi quattro km (LIGO) o tre km (VIRGO) al cui interno sono fatti propagare fasci laser, riflessi da specchi per allungarne il percorso, e quindi ricombinati a formare una figura di interferenza. Quando un’onda gravitazionale attraversa l’interferometro produce una variazione nella lunghezza dei bracci: uno si allunga mentre l’altro si accorcia. Queste variazioni di lunghezza, che sono molto più piccole del diametro del nucleo di un atomo, producono uno sfasamento della luce laser che viene osservato dal rivelatore. La cosa che stupisce molto è che probabilmente siamo immersi in un mare di onde gravitazionali, dovute a fenomeni presenti nella nostra galassia e nell’universo, ma è molto difficile misurarle, perché servirebbero strumenti molto precisi.

Onde gravitazionali: facciamo un esempio pratico

Facciamo un piccolo esempio per capire di che numeri stiamo parlando: un’onda gravitazionale che dovesse passare attraverso il nostro corpo lo potrebbe allungare o accorciare di 0,000000000000001 metri, e più ci si allontana dalla sorgente e più le onde si indeboliscono, esattamente come avviene con le increspature di un sasso che cade in uno stagno. Le onde gravitazionali rivelate sono state prodotte nell’ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari, in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62 masse solari: le 3 masse solari mancanti al totale della somma equivalgono all’energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri, sotto forma di onde gravitazionali. I due buchi neri, prima di fondersi, hanno spiraleggiato, per poi scontrarsi a una velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce.

Perché la scoperta ha destato così scalpore nel mondo della scienza? Ecco la risposta: perché con esse si potrebbero studiare fenomeni non visibili con altri strumenti, addirittura si potrebbe studiare il Big Bang. La luce e le altre radiazioni iniziarono ad emergere solo 300000 anni dopo il Big Bang, ma con le onde gravitazionali si potrebbe andare molto vicini alla grande esplosione e capire cose che oggi neppure immaginiamo!

Relatività Generale e Teoria della Gravitazione >>> http://goo.gl/pJqixb

Maurizio Gasperini

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