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La curiosità del mese

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Ma quanto è grande l’Universo?

La curiosità del mese di febbraio 2018 a cura di Gabriele Ghisellini


Leggi anche la curiosità del mese di ottobre 2014 - Abitare a Laniakea.

Fig. 1 - Laniakea, il nostro quartiere nella citta'-Universo. Un quartire con migliaia di palazzi, ognuno dei quali contiene migliaia di galassie. Crediti immagine: SDvision interactive visualization software by DP at CEA/Saclay, Francia.
Fig. 1 - Laniakea, il nostro quartiere nella città-Universo. Un quartire con migliaia di palazzi, ognuno dei quali contiene migliaia di galassie. Crediti immagine: SDvision interactive visualization software by DP at CEA/Saclay, Francia.

Ve lo siete mai chiesto? L’Universo è indubbiamente molto, molto, ma molto grande.
Difficile riuscire a comprendere con il nostro cervello la sua enorme estensione. Tuttavia la domanda è lecita.
Cominciamo dalle unità di misura. Il nostro buon vecchio metro è troppo piccolo, occorre adoperare almeno l’anno luce. Cioè la strada che la luce fa in un anno.
Tradotto in km, un anno luce vale 9460 miliardi di km.
Ma se per caso qualcuno di noi riuscisse a coprire questa enorme distanza, si troverebbe sperduto in mezzo al nulla, gli toccherebbe viaggiare almeno tre volte tanto per riuscire ad incontrare la stella più vicina, dopo il Sole. Proxima Centauri sta infatti a più di 4 anni luce da noi, e non è che la stella più vicina ...

Fig. 2 - La distanza tra le galassie aumenta perche' lo spazio tra le galassie aumenta ...
Fig. 2 - La distanza tra le galassie aumenta perchè lo spazio tra le galassie aumenta ...

Per andare a trovare Andromeda, la galassia più vicina alla Via Lattea, la luce deve viaggiare per 2 milioni di anni. E per andare da una parte all’altra del nostro superammasso di galassie, battezzato Laniakea, la luce impiega 500 milioni di anni. Possiamo pensare a Laniakea come ad un arcipelago di centomila galassie, ognuna delle quali contiene 500 milardi di stelle.
Sono numeri così grandi da risultare incomprensibili, eppure sono ancora piccoli, a confronto dell’Universo osservabile. Già, l’Universo osservabile.
Quanto è grande? Lo sappiamo?
In fondo, sappiamo quando è nato: 13.8 miliardi di anni fa. Con il Big Bang. E i più smaliziati di voi stanno pensando: niente puo` andare più veloce della luce, per cui se l’Universo è davvero nato con il Big Bang, allora la luce ha avuto 13,8 miliardi di anni per viaggiare, quindi l’Universo non può che essere grande 13,8 miliardi di anni luce ...
Sbagliato! L’Universo è parecchio più grande ... E stiamo parlando dell’Universo osservabile, non l’Universo tutto.
Qual è il trucco? Il baco del ragionamento, che sembra così semplice?
E` che l’Universo si espande: proprio quando la luce viaggia, le distanze tra le galassie aumentano.
Tante volte si sente dire che le galassie si stanno allontanando tra di loro, ma questo non vuol dire che le galassie si muovono. Rispetto a dove sono nate e cresciute, loro stanno ferme. Possono guardare fuori dalla finestra e vedere lo stesso panorama familiare che vedevano da bambine.
È lo spazio tra le galassie lontane che si espande. Cosa vuol dire? Che cresce, che lo spazio tra le galassie aumenta.

Fig. 3 - Il nostro Universo come un palloncino: le galassie sono dei punti disegnati con il pennarello. Rispetto a dove si trovano, questi punti sono fermi. Ma se gonfiamo il palloncino la distanza tra i punti-galassie aumenta.
Fig. 3 - Il nostro Universo come un palloncino: le galassie sono dei punti disegnati con il pennarello. Rispetto a dove si trovano, questi punti sono fermi. Ma se gonfiamo il palloncino la distanza tra i punti-galassie aumenta.

Facciamo un esempio, e pensiamo a Roma e Milano come due galassie distanti ... Pensiamo di partire in macchina da Roma per andare a Milano.
All’inizio del viaggio Google Maps vi dice che ci sono 600 km di strada. Ma dopo che siete partiti, la distanza tra Roma e Milano aumenta.
Aumenta di 1 km ogni ora per ogni 10 km di strada. Lo so, è complicato ... ma è proprio così che l’Universo funziona.
Quindi dopo un’ora la distanza tra Roma e Milano è aumentata di 60 km.

Fig. 4 - La radiazione cosmica di fondo. Questa mappa radio e' fatta raccogliendo i fotoni partiti 13.8 miliardi di anni fa, 380000 anni dopo il Big Bang. E' l’immagine dell'Universo bambino, quando ancora le galassie e le stelle si dovevano formare.
Fig. 4 - La radiazione cosmica di fondo. Questa mappa radio è fatta raccogliendo i fotoni partiti 13.8 miliardi di anni fa, 380000 anni dopo il Big Bang. È l’immagine dell’Universo bambino, quando ancora le galassie e le stelle si dovevano formare.

Ma avete capito il concetto base?
Il concetto base è che, mentre la luce viaggia, la spazio in cui viaggia si allunga.
La luce va sempre alla stessa velocità: il suo tachimetro segna sempre 300.000 km al secondo, ma questa è la velocità rispetto a dove si trova al momento, rispetto al suo "spazio lì vicino".
La luce "guarda" la lampadina da cui è partita, un miliardo di anni prima, e la vede lontana, molto più lontana di un miliardo di anni luce ... Perchè lo spazio si è allungato, durante il viaggio! Si è stirato, si è espanso: è questa l’espansione dell’Universo.
Non sono le galassie che si allontanano tra loro, viaggiando in un immenso scatolone che contiene lo spazio immobile ...
No! è lo scatolone con tutto lo spazio dentro che si sta ingrandendo. E questo senza cambiare le dimensioni delle singole galassie, e di tutto quello che ci sta dentro.
Quindi, dopo 13,8 miliardi di anni, qual è la distanza tra la lampadina e dove è la luce adesso? 46 miliardi di anni luce!!!
Più di 3 volte tanto! Ma ... questo vuol dire che c’è qualcosa che può viaggiare più veloce della luce? No, non è "qualcosa".
È lo spazio stesso! Per lui non ci sono limiti
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