torna a www.storico.org
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
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, quindici 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.
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 10 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 neutoni. 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!
Big Bang: istante «zero».
Dopo 3 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 300.000 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 1 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 100 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 10 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 10
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 10
miliardi di anni (quindi possiamo rimanere tranquilli ancora per 4 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 100.000
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 10,5 miliardi 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!
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 5 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)