Molto spesso ci si chiede se la nascita dell’Universo attraverso il Big Bang corrisponda alla realtà. Dove sono le prove?
Molto spesso ci si chiede se la nascita dell’Universo attraverso il Big Bang corrisponda alla realtà. Dove sono le prove che questo strampalato modello di Universo, nato da una particella minuscola in espansione, corrisponda davvero alla realtà dei fatti?
L’Universo come un grande contenitore di gas
Semplifichiamo di molto le cose e immaginiamo l’Universo come se fosse un contenitore in cui c’è un gas distribuito in modo uniforme (e questa è una bella approssimazione, visto che al momento attuale il gas non è uniforme ma forma stelle e galassie). A questo contenitore applichiamo una forza, magari agendo su un pistone, che riesca a comprimerlo sempre di più: stiamo simulando, seppur in modo approssimato, la storia dell’Universo, da oggi fino a quasi il Big Bang. Diminuendo il volume del gas all’interno aumenta la densità e di conseguenza anche la temperatura. A mano a mano che aumentiamo la compressione, la temperatura supera qualche migliaio di gradi ed è sufficiente a ionizzare il gas, strappando gli elettroni dai nuclei atomici. In questo momento il gas somiglia molto alla superficie di una stella: denso, caldo, brillante e opaco. E in modo piuttosto istruttivo possiamo continuare questo parallelismo.
Il giovane Universo era molto caldo e opaco
Se l’Universo è passato da una fase caldissima, nella quale tutta la materia era in forma gassosa e opaca, a una in cui questa era più fredda al punto che gli elettroni si legarono agli atomi diventando trasparente, noi dovremmo riuscire a osservare, con telescopi particolari e molto potenti, il momento della transizione, la base dell’ultima superficie opaca dell’Universo in espansione. Calcoli alla mano, questa luce del primordiale Universo nel momento in cui divenne trasparente alla sua stessa radiazione dovrebbe corrispondere a una temperatura di circa 3000° C. Una volta liberata, questa luce può solcare indisturbata lo spazio che si crea, percorrendo miliardi di anni luce e diventando visibile anche a noi, miliardi di anni dopo che è stata liberata. I fisici la chiamarono radiazione cosmica di fondo.
La scoperta della radiazione cosmica di fondo
Siamo negli Stati Uniti, l’anno è il 1964. Due ingegneri della società telefonica Bell Telephone, Arno Penzias e Robert Wilson, stavano conducendo degli esperimenti per testare il disturbo nelle comunicazioni radio introdotto dall’atmosfera terrestre, in previsione del lancio del primo satellite per telecomunicazioni. Durante questi test la loro antenna captò uno strano rumore di fondo, un segnale debole ma sempre presente in ogni parte del cielo.
Le misurazioni pionieristiche di Wilson e Penzias valsero ai due ingegneri il premio nobel per la fisica. La loro scoperta si rivelò essere una delle più importanti del secolo, al pari dell’espansione dell’Universo da parte di Hubble 35 anni prima. Quel rumore di fondo emesso nella lunghezza d’onda delle microonde era la tanto cercata radiazione cosmica di fondo.
Le proprietà della radiazione cosmica di fondo
Il cielo, tutto il cielo, è permeato da una radiazione elettromagnetica, uguale in ogni direzione, a una temperatura di 2,725 gradi sopra lo zero assoluto (che corrisponde a -273°C circa). Si tratta di un segnale molto debole ma ben definito, un’immensa trasmissione a microonde di origine cosmologica. In perfetto accordo con i dati teorici, la radiazione cosmica di fondo è stata emessa dall’Universo quando aveva un’età di circa 380 mila anni, nel momento in cui la radiazione si separò dalla materia. Durante il lunghissimo tragitto verso di noi è stata stirata dall’espansione dell’Universo e ora appare molto più fredda. Questa è la prova inconfutabile del Big Bang.
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Immagine di copertina credit ESA, HFI and LFI consortia
