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Il Big Bang, l’origine e il destino dell’Universo

13,7 miliardi di anni fa, un’immane esplosione fu la causa dell’esistenza dell’Universo e di tutto ciò che esso contiene

 

di  Simone Valtorta

 

 
Perché c’è qualcosa anziché niente? Perché è comparso l’Universo? Che cosa è successo 13,7 miliardi di anni fa? Da dove viene il primo atomo di realtà? Sono alcune delle domande cruciali che l’uomo si pone da millenni, formulate in modi diversi a seconda dei tempi, dei luoghi, delle culture. Accanto alla fondamentale domanda: da dove veniamo?, spicca un’altra domanda conseguente: da dove viene tutto ciò che ci circonda? Ovvero: qual è stato l’inizio del tempo?
    Per migliaia di anni, la filosofia fu l’unica disciplina a tentare di dare una risposta a queste domande: lo stesso Aristotele, nel IV secolo avanti Cristo, aveva affermato che «la conoscenza nasce dalla meraviglia». La filosofia occidentale nasce essenzialmente come indagine intorno al Cosmo, che dalle epoche più remote affascina ed impaurisce l’uomo; la conoscenza dell’Universo si va poi sempre più perfezionando nel corso dei secoli per merito dello sviluppo delle scienze (in particolare dell’astronomia), grazie anche all’invenzione del cannocchiale da parte di Galileo Galilei e delle ultime sonde orbitanti intorno alla Terra.
    Dunque, che cosa accadde?
    La maggior parte degli astronomi pensa che all’inizio di ogni cosa vi fosse il Nulla, l’assenza assoluta, concetto assai arduo da comprendere. La Bibbia è il primo testo non scientifico a tentare una descrizione del Nulla: «In principio Dio creò il cielo e la terra. Ma la terra era informe e deserta: le tenebre ricoprivano l’abisso e lo spirito di Dio era sulla superficie delle acque» (Genesi, 1, 1-2). Il Nulla è reso con le immagini del deserto spoglio e senza vita, della tenebra (negazione della luce e, quindi, della vita) e dell’oceano o abisso, una specie di mostro acquatico che vuole divorare la creazione. La voce di Dio separa, mette ordine nelle cose: potremmo dire, con un linguaggio poetico, che la creazione è il «canto di Dio».
    Anche la scienza moderna ritiene che all’inizio di ogni cosa, quando il Nulla venne definitivamente squarciato, vi sia stato un suono: un’esplosione chiamata Big Bang, cioè «Grande Scoppio»!
    Secondo la teoria di campo quantistica, 13,7 miliardi di anni fa l’Universo che oggi osserviamo era tutto concentrato in un volume più piccolo d’un atomo (un millimetro diviso 1032), con una densità pressoché infinita ed una temperatura di miliardi di miliardi di gradi. Questo nucleo di energia («uovo cosmico») si squarciò con un’esplosione inimmaginabile (il Big Bang, appunto), creando una sfera di fuoco in rapidissima espansione che da allora ha continuato a raffreddarsi. Attualmente l’Universo si sta espandendo ad una velocità di 27,4 chilometri al secondo.
    Abbiamo due prove inconfutabili dell’espansione dell’Universo: l’«effetto Doppler», ovvero lo spostamento verso il rosso dello «spettro» delle galassie (che ci dimostra che le galassie si stanno allontanando le une dalle altre), e la «radiazione cosmica di fondo» o «radiazione fossile», un sibilo rilevabile con determinati apparecchi che è, in pratica, l’eco del Big Bang.
    Col Big Bang iniziarono il tempo e lo spazio. Chiedersi che cosa c’era prima non ha senso: non c’era un prima; anzi, con tutta la nostra scienza non possiamo neanche tentare una descrizione dell’Universo al momento del Big Bang.

Il Big Bang, presentato in due dimensuioni (spazio e tempo) - http://it.wikipedia.org/wiki/File:Big_bang_manifold_%28it%29.png, 2013
Il Big Bang, presentato in due dimensioni (spazio e tempo) - http://it.wikipedia.org/wiki/File:Big_bang_manifold_%28it%29.png, 2013 

Il primo secondo di esistenza dell'Universo

Big Bang: è l’inizio del tempo e dello spazio.
    10-43: è il limite estremo delle nostre conoscenze, detto «muro di Planck». Nulla possiamo sapere di come fosse l’Universo prima di questo momento. La materia è costituita da particelle primitive e le quattro forze (gravitazionale, elettromagnetica e le due forze dell’atomo, forza forte e forza debole) sono fuse in una.
    Da 10-35 a 10-32: l’Universo ha le dimensioni di una mela, misura solo dieci centimetri di diametro. Esiste un’unica particella, la particella X: siamo nel pieno dell’era detta «inflazionaria».
    10-31: l’Universo ha un diametro di trecento metri. Dalla particella X si passa a quark, elettroni, fotoni, neutrini. La forza forte si stacca dalla forza debole.
    10-11: la forza elettrodebole si divide in forza elettromagnetica e forza debole: le quattro forze sono ora distinte.
    10-5: i quark si associano in protoni e neutroni. La maggior parte delle particelle di anti-materia, originatesi al momento del Big Bang, si annicchila con le corrispondenti particelle di materia e scompare.
    È passato il primo secondo!

Da zero a 13,7 miliardi di anni

Big Bang: istante «zero».
    Dopo tre minuti: si formano i primi nuclei atomici di idrogeno ed elio: l’Universo è una fornace completamente scura – per vedere la luce dovremo aspettare ancora trecentomila anni! Per quasi un milione di anni il Cosmo rimarrà un’impenetrabile nube di radiazioni e di gas ionizzato, una specie di nebbia luminosa.
    Dopo un milione di anni: la temperatura è scesa ormai a quella di una qualsiasi stella, e la materia è composta di idrogeno, elio, elettroni, protoni e fotoni. Nelle regioni di spazio in cui il gas è più denso, la gravità fa condensare l’idrogeno in gigantesche masse, entro le quali cominciano a lampeggiare le violente esplosioni dei luminosissimi quasar: sono questi degli «oggetti» in gran parte sconosciuti, mille miliardi di volte più luminosi del sole ma talmente piccoli che, anche con i telescopi più potenti, appaiono come una stella; gli astronomi li ritengono galassie giovanissime con al centro un «buco nero», che inghiotte continuamente delle stelle.
    Dopo cento milioni di anni: i quasar scompaiono e si fanno sempre più numerose enormi galassie a spirale: queste si formano quando un’enorme nube di polveri e di gas si contrae su se stessa, dando luogo alla formazione di milioni di stelle. In un primo tempo il sistema della galassia non assume una forma precisa (galassia irregolare), successivamente comincia a girare su se stesso (galassia a spirale), infine assume la forma di una macina di mulino e si riduce (galassia ellittica).
    Dopo circa dieci miliardi di anni: un grande sole esplode; le nubi di idrogeno si condensano, prendono fuoco formando le prime stelle giganti che, esplodendo, danno origine a stelle più piccole, tra le quali il nostro sole. Una stella si forma quando nubi di idrogeno si contraggono e si riscaldano: quando la temperatura raggiunge i dieci milioni di gradi, s’innesca la reazione nucleare che trasforma l’idrogeno in elio: le stelle più comuni, come il sole, possono così irradiare luce per dieci miliardi di anni (quindi possiamo rimanere tranquilli ancora per quattro miliardi e mezzo di anni, prima che il sole si spenga). Esaurito l’idrogeno nella parte centrale della stella, incominciano altre reazioni che provocano l’espansione degli strati di gas più esterni, mentre il nucleo si riduce sempre più di dimensioni. Si forma una stella gigante che emette una luce rossastra: dopo pochi milioni di anni, la gigante rossa collassa su se stessa trasformandosi in una stella nana che emette ancora a lungo una debole luce bianca prima di spegnersi completamente; anche il sole è destinato a divenire una nana bianca, non più grande della Terra e con una temperatura di superficie di circa centomila gradi. Le stelle che hanno un diametro maggiore da una volta e mezzo a tre volte rispetto a quello del sole, invece, esplodono diventando per qualche mese luminosissime (supernovae); la parte interna della supernova collassa divenendo densissima (questo nucleo è chiamato pulsar): in tali condizioni, elettroni e protoni si fondono per formare neutroni e l’intera massa della stella si concentra in un corpo di soli trenta chilometri di diametro. Ma se la massa originaria della stella è più di cinque volte quella del sole, il collasso gravitazionale non trova più forze sufficienti a contrastarlo: la stella «scompare» dal nostro Universo lasciando al suo posto quello che viene chiamato black hole («buco nero»), che possiamo raffigurare matematicamente come una specie di vortice, un imbuto del diametro di dieci chilometri; la sua forza di attrazione è così potente che ingoia qualsiasi cosa gli si avvicini, persino la luce, e perciò viene chiamato «nero». Nei nuclei delle stelle e nelle esplosioni delle supernovae si formano via via gli elementi pesanti e i metalli, che come ceneri finiscono per mescolarsi alle polveri ed ai gas delle nebulose (nubi di gas – principalmente idrogeno ed elio – e polveri), dove nascono nuove popolazioni di stelle.
    Dopo dieci miliardi e mezzo di anni: una stella passa vicino al sole, «strappandogli» della materia per effetto della forza gravitazionale; questa materia dapprima forma una specie di «sigaro» tra i due astri poi, man mano che le stelle si allontanano, si raffredda coagulandosi nei pianeti del Sistema Solare, più piccoli quelli più esterni e di dimensioni maggiori quelli al centro.
    Dopo 13,7 miliardi di anni: arriviamo al momento presente!

 
Destino dell'Universo

La seconda legge della termodinamica afferma che ogni giorno l’Universo diventa sempre più disordinato: il Cosmo tenderebbe al Caos, ad un aumento irreversibile dell’entropia. Sebbene numerosi scienziati non siano d’accordo sull’uso dei termini (molti preferiscono parlare, al contrario, di «differenziazione», «progressivo ordinamento» della realtà), è chiaro che – proseguendo l’espansione dell’Universo – si arriverà ad un punto in cui si esauriranno tutte le riserve energetiche («morte termica dell’Universo»). Si prospettano quindi tre scenari:
    1)    dal Big Bang all’espansione infinita dell’Universo fino al totale esaurimento dell’energia. È, allo stato attuale delle nostre conoscenze, lo scenario più probabile. Ciò si deduce considerando che, fra meno di cinque miliardi di anni, il sole si spegnerà in un colossale olocausto dopo aver inglobato nella sua sfera tutti i pianeti del Sistema Solare, estinguendo qualsiasi forma di vita. Allo stesso modo, tutte le stelle di tutte le galassie esauriranno pian piano il loro combustibile; le stelle spente saranno inghiottite da qualche buco nero, mentre gas, polvere od altro evaporeranno il loro materiale nucleare. Dopo 1032 anni protoni e neutroni decadranno a positroni ed elettroni che si annulleranno a vicenda. Infine (fra 10100 anni) anche i buchi neri scompariranno perché perderanno energia. L’Universo apparirà così come un luogo tetro e nero, un immenso, lugubre cimitero di corpi freddi e inerti;
    2)    dal Big Bang al Big Crunch. Ad un certo punto, la forza di gravità prodotta dalle «masse» (stelle e pianeti, ma anche particelle elementari...) presenti nell’Universo avrà la meglio sulla forza di espansione e l’Universo comincerà a contrarsi, anche se per molti millenni eventuali astronomi continueranno a vedere le galassie allontanarsi l’una dall’altra. Dapprima la contrazione sarà lenta, poi accelererà ad una velocità sempre maggiore: le stelle spente si riaccenderanno e si faranno più calde, la temperatura complessiva dell’Universo lo trasformerà in un’immensa fornace che annullerà ogni forma di vita, gli elementi pesanti si disintegreranno ed infine anche idrogeno ed elio si dissolveranno in energia. Tutto precipiterà nello stato primordiale, e alla fine l’Universo giungerà ad una singolarità terminale per spegnersi completamente nel Nulla dopo aver subito un inimmaginabile stritolamento (il Big Crunch, appunto);
    3)    dal Big Bang al Big Bang. Alcuni scienziati hanno postulato l’esistenza di una qualche forza fisica che, all’ultimo momento, annullerà il Big Crunch. La densità dell’Universo allora sarà tale che entrerà in una nuova fase di espansione e si avrà un nuovo Big Bang e così ad infinitum. Questo scenario, apprezzato soprattutto dai seguaci del buddismo e dell’induismo (che vi vedono un evidente richiamo alle loro credenze sui cicli delle reincarnazioni), pone tuttavia insormontabili problemi di ordine sia logico che scientifico (non conosciamo, e non riusciamo a ipotizzare, una forza capace di annullare il Big Crunch e riportare l’Universo ad una condizione analoga a quella del «primo» Big Bang).
    Solo ulteriori studi nel campo delle alte e delle altissime energie potranno, forse, risolvere definitivamente la questione.
    Va’ da sé che, qualunque sia lo scenario che si verificherà, la razza umana (o, meglio, i suoi lontanissimi discendenti, se l’uomo non finirà per autodistruggersi) è destinata a scomparire: nessuna forma di vita, composta di una parte materiale, può sopravvivere nelle condizioni sempre più proibitive dell’Universo degli Ultimi Tempi, e un essere fatto di puro pensiero, in quest’Universo materiale, non è neppur lontanamente concepibile.
    Che senso ha, dunque, la vita, tutto questo affannarsi sotto il sole, nascere, lottare e soffrire se, alla fine, tutto quanto facciamo è destinato a ripiombare nel Nulla dal quale ogni cosa è scaturita?
    Ognuno può darsi le risposte che ritiene più opportune. Posso solo augurargli di trovarle prima che scada il tempo concessogli!
(aprile 2007)