Il professor Amedeo Balbi dell’Università di Tor Vergata a Roma ci spiega quali forme potrebbe avere l’universo e come abbiamo fatto a saperlo.

Vi siete mai chiesti che forma abbia l’universo? Può sembrare una domanda strana, perché dopotutto nell’universo ci siamo dentro e non è che possiamo guardarlo da fuori per capirne la forma. Ha provato a rispondere a questa domanda il professor Amedeo Balbi, astrofisico e docente all’Università di Tor Vergata a Roma.

Le tre possibili forme dell’universo. Credit: wikipedia

Le tre possibili forme dell’universo

La relatività generale di Einstein ci dice che la materia curva lo spazio: questo significa che lo spazio si curva intorno ad una concentrazione di massa (una stella, ad esempio). Quando parliamo di forma dell’universo ci riferiamo alla sua geometria su grande scala. Sappiamo che in media le proprietà dell’universo devono essere le stesse ovunque, questo significa che la sua geometria non può essere molto irregolare e se si guarda nell’insieme dev’esserci una qualche simmetria.

La prima forma che può avere l’universo è la più semplice di tutte, un piano. Lo spazio visto su grande scala potrebbe essere piatto come un foglio di carta e se così fosse, dovrebbe anche essere un piano infinito senza bordi né confini. La seconda opzione è che lo spazio sia curvo, come una sfera. Anche in questo caso non esistono punti speciali e la curvatura sarebbe sempre la stessa ovunque. La terza geometria è la più strana perché somiglia ad una sella, o a una patatina (foto). Qui la curvatura è la stessa in ogni punto, ma, come nel caso dell’universo piatto, lo spazio dovrebbe essere infinito.

Come ci siamo arrivati

Ma quale di queste tre possibilità è quella che assomiglia di più al nostro universo e come facciamo a saperlo? Grazie la geometria! Un modo per capire cos’è la curvatura dello spazio è pensare a come viaggia la luce. La luce segue sempre la traiettoria più breve tra due punti, ma la traiettoria cambia a seconda della curvatura dello spazio. Questo significa che in uno spazio piatto due raggi di luce restano paralleli all’infinito senza mai incontrarsi. In uno spazio curvo, invece, come la sfera, due meridiani sono paralleli all’equatore ma si incontrano ai poli. Nell’esempio della sella due rette inizialmente parallele si allontanano sempre di più tra loro andando all’infinito.

Un’altra tecnica è misurare la somma degli angoli interni di un triangolo. Come ci insegnano a scuola, la somma degli angoli interni di qualunque triangolo è 180°, ma questo è vero se lo disegniamo su un foglio di carta piatto. Su una superficie curva non è più vero: la somma degli angoli interni di un triangolo disegnato su una sfera, ad esempio, è maggiore di 180°, mentre su una sella sarebbe minore.

Ebbene, misurando il percorso della luce su grandi scale siamo riusciti a capire qual è la curvatura dello spazio e abbiamo capito che l’universo ha la forma più semplice fra le tre possibili: è piatto. Questo, ovviamente, vale soltanto in media e su grande scala, l’universo è pieno di gobbe e valli perché comunque la materia è distribuita in modo un po’ più complicato, ma nel complesso possiamo affermare che lo spazio su grande scala non ha curvatura.

Riferimenti: https://it.wikipedia.org/wiki/Forma_dell%27universo

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