A 13,8 miliardi di anni dal Big Bang, possiamo vedere 46,1 miliardi di anni luce di distanza in tutte le direzioni. Questo non viola… qualcosa?
C’è una regola immutabile nell’Universo: esiste un limite di velocità massimo che nulla può superare. Questa velocità è stabilita dalle leggi della fisica stessa, ed è la velocità della luce nel vuoto, ovvero 299.792.458 m/s. Se tu fossi una particella dotata di massa, non solo non potresti superare quella velocità, ma non la raggiungeresti mai. Potresti solo avvicinarti alla velocità della luce. Se fossi privo di massa, non avresti scelta. Potresti muoverti solo a quell’unica velocità attraverso lo spaziotempo: la velocità della luce se ti trovi nel vuoto, o a una velocità inferiore (la velocità della luce in quel mezzo) se ti trovi in un mezzo. Più veloce è il tuo movimento nello spazio, più lento è il tuo movimento nel tempo, e viceversa.
Perché vediamo oggetti più “vecchi” dell’età dell’Universo stesso
Eppure, quando osserviamo oggetti lontani nell’Universo, sembrano sfidare il nostro approccio logico. Innanzitutto, siamo certi che l’Universo abbia esattamente 13,8 miliardi di anni. La galassia più lontana che abbiamo visto finora si trova attualmente a 34 miliardi di anni luce di distanza, la luce più lontana che vediamo corrisponde a un punto attualmente a 46,1 miliardi di anni luce di distanza e le galassie oltre i 18 miliardi di anni luce di distanza non potranno mai essere raggiunte da noi, nemmeno se inviassimo un segnale alla velocità della luce proprio in questo momento. Tuttavia, nulla di tutto ciò viola la velocità della luce o le leggi della relatività. Viola solo le nostre nozioni intuitive su come le cose dovrebbero comportarsi. Ecco uno “spiegone” sull’espansione dell’Universo e sulla velocità della luce.
L’espansione dell’Universo
Quindi, se è vero che nulla può muoversi più velocemente della luce nello spazio, come spieghiamo i modi in cui lo spazio stesso cambia nel tempo? Probabilmente avrete sentito dire che viviamo in un Universo in espansione e che abbiamo misurato la velocità con cui il tessuto dello spazio stesso si espande: la costante di Hubble. Abbiamo persino misurato quella velocità con precisione e possiamo essere certi, da tutte le misurazioni e le osservazioni che abbiamo effettuato (nonostante le incertezze che circondano la tensione di Hubble), che la velocità di espansione attuale è precisamente compresa tra 66 e 74 km/s/Mpc, o chilometri al secondo per megaparsec.
La velocità della luce
Ora arriva la parte difficile. Ogni volta che osserviamo una galassia lontana, ne vediamo la luce così com’è in questo momento: al suo arrivo. Ciò significa che la luce emessa subisce una serie di effetti: la differenza tra il potenziale gravitazionale da dove è stato emesso a dove arriva, la differenza nel movimento dell’oggetto emittente attraverso il suo spazio e il movimento dell’oggetto assorbente attraverso il suo spazio locale, nonché gli effetti cumulativi dell’espansione dell’Universo, che allungano la lunghezza d’onda della luce. La prima parte, fortunatamente, è normalmente molto piccola: meno di una parte su un milione, e quindi può essere tranquillamente trascurata nella quasi totalità dei casi. La seconda parte è nota come velocità peculiare, che può variare da centinaia a qualche migliaio di chilometri al secondo, e dipende dalla dinamica gravitazionale locale della regione da cui viene emessa la luce.
Quindi cosa sta “accelerando”?
Una difficoltà che abbiamo è che non possiamo effettivamente misurare la velocità di un oggetto distante. Possiamo misurarne la distanza attraverso una varietà di indicatori, come la sua luminosità/debolezza o la sua grandezza/piccola estensione nel cielo, supponendo di sapere o di poter calcolare quanto sia intrinsecamente luminoso o grande. Possiamo anche misurarne lo spostamento verso il rosso, ovvero lo “spostamento” della luce rispetto a come sarebbe se ci trovassimo nel luogo preciso e nelle stesse precise condizioni in cui la luce è stata emessa.
Tuttavia, non stiamo misurando una velocità effettiva; stiamo misurando gli effetti cumulativi dei moti più l’effetto dell’Universo in espansione. Quando diciamo “l’Universo sta accelerando”, ciò che intendiamo in realtà è che se osservate lo stesso oggetto mentre l’Universo si espande, non solo continuerà ad aumentare la sua distanza da voi, allontanandosi sempre di più, ma la luce che ricevete da questo oggetto continuerà a mostrare un redshift sempre maggiore, il che lo fa sembrare come se stesse accelerando lontano da voi.
Quanto sono lontani gli oggetti nell’Universo
Quando parliamo di “quanto è lontano un certo oggetto”, non ci stiamo chiedendo quanto fosse lontano da noi quando ha emesso la luce che stiamo vedendo ora, né per quanto tempo la luce è stata in transito. Piuttosto, ci stiamo chiedendo quanto lontano si trovi l’oggetto da noi in questo preciso istante, se potessimo in qualche modo “congelare” l’espansione dell’Universo in questo momento. La galassia più lontana osservata, GN-z11, ha emesso la sua luce 13,4 miliardi di anni fa e si trova a circa 32 miliardi di anni luce di distanza. Se potessimo vedere fino all’istante del Big Bang, vedremmo una distanza di 46,1 miliardi di anni luce, e se volessimo conoscere l’oggetto più distante la cui luce non ci ha ancora raggiunto, ma che un giorno ci raggiungerà, questa distanza è attualmente di circa 61 miliardi di anni luce: il limite di visibilità futura.
Nulla si muove più velocemente della luce in un Universo in espansione
Solo perché puoi vederlo, però, non significa che tu possa raggiungerlo. Qualsiasi oggetto attualmente oltre i 18 miliardi di anni luce da noi emetterà comunque luce, e quella luce viaggerà attraverso l’Universo, ma il tessuto dello spazio si espanderà semplicemente in modo troppo inesorabile perché possa mai raggiungerci. Con ogni istante che passa, ogni oggetto non vincolato si allontana sempre di più, e oggetti precedentemente raggiungibili oltrepassano quel limite per diventare per sempre irraggiungibili. Nulla si muove più velocemente della luce in un Universo in espansione, e questo è sia una benedizione che una maledizione. Se non scopriamo come superare questo ostacolo, tutte le galassie, tranne quelle più vicine, potrebbero essere per sempre fuori dalla nostra portata.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo originale su Big Think.
