Nota generale scientifica sull' universo.

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roby07

Posted on 9/1/2010, 17:24

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Universo

L'insieme dei corpi celesti e dello spazio, l'insieme di tutto ciò che esiste

Ma che cos' è veramente L' UNIVERSO?

Nascita del termine

Durante il XX secolo e fino agli Anni '80, la parola “universo” era usata per riferirsi all'intero continuum spazio-temporale con tutta la materia e l'energia in esso contenute. La scienza che cerca di comprendere l'universo nel suo insieme, alla scala più grande possibile, è la cosmologia, che deriva da studi congiunti della fisica e dell'astronomia. I cosmologi ritenevano che non esistesse ragione scientifica per cui la regione al di fuori del nostro universo visibile dovesse essere diversa da quella all'interno e si riteneva che l'ammettere una tale diversità fosse una violazione al principio copernicano (secondo cui il nostro punto d'osservazione non è mai speciale) in quanto si ammetteva che la nostra regione potesse essere atipica. Dagli Anni '80 in poi, però, la formulazione della teoria dell'inflazione ha portato ad un cambiamento di opinioni tra i cosmologi e ad un diverso intendimento del termine "universo".

Il risultato più importante della cosmologia, che l'universo è in espansione, è derivato dalle osservazioni degli spostamenti verso il rosso delle galassie ed è quantificato dalla Legge di Hubble. Estrapolando questa espansione all'indietro nel tempo, si incontra una singolarità gravitazionale, un concetto matematico piuttosto astratto, che può o meno corrispondere ad un oggetto reale. Questa estrapolazione diede vita alla teoria del Big Bang, il modello dominante della cosmologia moderna. Il tempo zero, che nella teoria segna letteralmente l'inizio del tempo come noi lo conosciamo, è stimato a 13,7 miliardi di anni fa, con un'incertezza di soli 200 milioni di anni, secondo la sonda WMAP della NASA.

Nella storia umana sono state usate differenti parole per indicare "tutto lo spazio", incluse le parole delle varie lingue che corrispondono a cieli, cosmo e mondo.

Anche se parole come "mondo" e le sue equivalenti oggi si riferiscono quasi sempre al pianeta Terra, in precedenza si riferivano a tutto ciò che esisteva.

I termini "universo conosciuto", "universo osservabile", "universo visibile", vengono usati per descrivere quella parte di universo che possiamo vedere in modo diretto o indiretto. Un altro accoppiamento di termini, "il nostro universo" viene, talvolta, anch'esso usato allo stesso scopo, sebbene sia una definizione piuttosto imprecisa per l'universo osservabile.

Misure

Il parsec:

Il parsec (abbreviato in pc) è un'unità di lunghezza usata in astronomia. Significa "parallasse di un secondo d'arco" ed è definito come la distanza dalla Terra (o dal Sole) di una stella che ha una parallasse annua di 1 secondo d'arco.

È basato sul metodo della parallasse trigonometrica, che è il modo più antico ed affidabile di misurare le distanze stellari, sebbene ancora oggi sia applicabile solo agli oggetti relativamente vicini (vedi più avanti per i dettagli).

Un parsec corrisponde quindi a:

360×60×60/2π UA = 2,0626480625×105 UA = 3,085677580666 ≈ 3,086×1016 m ≈ 30,86 Pm ≈ 3,26147086 anni luce.

Anno luce:

L'anno luce (al) è un'unità di misura delle lunghezze, definita come la distanza percorsa dalla radiazione elettromagnetica (luce) nel vuoto nell'intervallo di un anno.

Esso è comunemente utilizzato in astronomia per esprimere le distanze con (e fra) oggetti celesti posti al di fuori del Sistema Solare. Un'altra unità dello stesso ordine di grandezza spesso utilizzata dagli astronomi è il parsec.

La definizione esatta di anno luce è «la distanza che un fotone percorre nello spazio vuoto in assenza di campo gravitazionale o magnetico in un anno giuliano (365,25 giorni di 86 400 secondi ciascuno)». Poiché la velocità della luce nel vuoto (c) è pari a 299 792 458 m/s, un anno luce corrisponde a 9 460 800 000 000 000 m, cioè:

299\,792\,458\ \mathrm{m/s} \cdot 365{{,}}25\ \mathrm{d} \cdot 86\,400\ \mathrm{s/d} \approx 9{{,}}461 \cdot 10^{15}\ \mathrm{m}

o a circa 63 241 volte la distanza fra la Terra ed il Sole (nota come Unità Astronomica). L'anno luce è quindi una distanza enorme su scala umana.

Componentistica

Galassie:
Una galassia è un grande insieme di stelle, sistemi, ammassi ed associazioni stellari, gas e polveri (che formano il mezzo interstellare), legati assieme dalla reciproca forza di gravità. Il nome deriva dal greco γαλαξίας (galaxìas), che significa "di latte, latteo"; è una chiara allusione alla Via Lattea, la Galassia per antonomasia, di cui fa parte il sistema solare.
Le galassie sono oggetti dalle vastissime dimensioni, che variano dalle più piccole galassie nane, contenenti poche decine di milioni di stelle, sino alle più imponenti galassie giganti, che arrivano a contare al loro interno anche mille miliardi di stelle, tutte orbitanti attorno ad un comune centro di massa.

Pianeti:

Un pianeta è un corpo celeste che orbita attorno ad una stella (ma che non produce energia tramite fusione nucleare, in altre parole non è esso stesso una stella), la cui massa è sufficiente a conferirgli una forma sferoidale e la cui fascia orbitale è priva di eventuali corpi di dimensioni confrontabili o superiori.

Stelle:

Una stella è un corpo celeste che brilla di luce propria. In astronomia e astrofisica il termine designa uno sferoide luminoso di plasma che genera energia nel proprio nucleo attraverso processi di fusione nucleare; tale energia è irradiata nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche e particelle elementari (neutrini), le quali costituiscono il vento stellare. Buona parte degli elementi chimici più pesanti dell'idrogeno e dell'elio, i più abbondanti nell'Universo, vengono sintetizzati nei nuclei delle stelle tramite il processo di nucleosintesi.

La stella più vicina alla Terra è il Sole, sorgente di gran parte dell'energia del nostro pianeta. Le altre stelle, ad eccezione di alcune supernovae, sono visibili solamente durante la notte come dei puntini luminosi, che appaiono tremolanti a causa degli effetti distorsivi operati dall'atmosfera terrestre (seeing).

Il mistero universale: il buco nero

Nella relatività generale si definisce buco nero un corpo celeste estremamente denso, dotato di un'attrazione gravitazionale talmente elevata da non permettere l'allontanamento di alcunché dalla propria superficie. Questa condizione si ottiene quando la velocità di fuga dalla sua superficie è superiore alla velocità della luce. Un corpo celeste con questa proprietà risulterebbe invisibile e la sua presenza potrebbe essere rilevata solo indirettamente, tramite gli effetti del suo intenso campo gravitazionale. Fino ad oggi sono state raccolte numerose osservazioni astrofisiche che possono essere interpretate (anche se non univocamente) come indicazioni dell'effettiva esistenza di buchi neri nell'universo. Il termine "buco nero" è dovuto al fisico John Archibald Wheeler (in precedenza si parlava di dark star o black star).

Altri elementi poco conosciuti o teorici:

Il buco bianco
Un buco bianco è un oggetto teorico che può essere individuato secondo la legge di relatività generale, ma la cui esistenza nell'universo è considerata come puramente speculativa. È descritto tramite soluzioni matematiche in cui delle geodetiche sono derivate da una singolarità gravitazionale o da un orizzonte degli eventi.
Albert Einstein e Rosen furono i primi a parlare di buco bianco, come d’ipotetica controparte di un buco nero.
Mentre un buco nero cattura la materia che entra nel suo campo gravitazionale, ma non lascia uscire neppure la luce, esisterebbero oggetti che emettono materia, ma nei quali niente può entrare. Tali oggetti altamente speculativi vengono chiamati buchi bianchi.

Il ponte di Einstein-Rosen: il Wormhole: è un collegamento tra due punti dello spazio. Sarebbe la concretizzazione dell'ipotesi dell'esistenza della Quarta Dimensione, pensata nel 1800. Da un Buco Nero a un Buco Bianco, situati in punti dello spazio e del tempo differenti, si formerebbe un "tunnel" spazio-temporale attraverso il quale ci si muove a una velocità approssimativa a quella della luce.

La nascita dell’universo

L' uomo fin dai Primi Grandi Pensatori si è sempre posto domande esistenziali, tra le quali chi siamo, perché siamo e come siamo. Molti hanno tentato di rispondere a queste domande apparentemente semplici, ma non si ha una risposta né completa né ben formulata.
Una di queste domande, da quando è iniziato lo studio dell’universo è stata COM'E' NATO?
Pensare a un universo infinito, o in continua espansione, non è facile, da qui il bisogno di partire dall’origine di TUTTO.

Secondo la Chiesa

La nascita dell’universo secondo la Chiesa si attribuirebbe a Dio, un’entità superiore, il quale avrebbe creato ogni cosa nell'arco di 7 giorni; il libro della Genesi nella Bibbia narra della Creazione:

"In principio Dio creò il cielo e la terra. Ora la terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l'abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque.
Dio disse: "Sia la luce!". E la luce fu. Dio vide che la luce era cosa buona e separò la luce dalle tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte."

Il cielo si può intendere come l’universo intero, e la luce come la stella che ogni giorno vediamo brillare nel cielo.
Si può dire che questo è l’unico riferimento che la Bibbia dà riguardo alla creazione di Tutto, da parte di Dio.

Secondo la Scienza

Hawking, grande astronomo e scienziato, affermò che "Non serve Dio per spigare la nascita dell’universo. [...]"
La storia dell'universo secondo la tesi a oggi più accreditata nella comunità scientifica si può far iniziare con un evento spiegato dalla «teoria del Big Bang», espressione questa coniata dallo scienziato George Gamow. Secondo tale teoria l'universo, durante la sua nascita, da un punto di infinita densità si sarebbe espanso autogenerandosi (una metafora molto usata, sebbene impropria, per descrivere questo fenomeno è quella di una colossale esplosione), fenomeno questo detto "Big Bang".
All'inizio la materia era in uno stato che scientificamente si chiama "singolarità", ossia un punto dello spaziotempo in cui il campo gravitazionale ha tendenza verso un valore infinito.

Ritornando al discorso dei Buchi neri, sono considerati corpi in cui appunto la singolarità è lo stato della materia presente. Tante ipotesi sfruttate soprattutto dalla fantascienza sono nate attorno alle singolarità ed al loro comportamento: comunicazione con altri universi paralleli, scorciatoie per raggiungere distanze incommensurabili, macchine del tempo ("Wormhole", ossia collegamenti tra buchi neri [risucchiano] e buchi bianchi [espellono materia]).

Il destino ultimo dell' universo

Un'altra domanda che gli scienziati si pongono è: "Che fine farà l’universo?"
Molte sono le teorie e le ipotesi, pochissime le prove a dimostrazione.

Il Big Crunch: è un'ipotesi sul destino dell'Universo: sostiene che l'Universo smetterà di espandersi ed inizierà a collassare su se stesso. È esattamente simmetrico al Big Bang.

Il Big Rip: letteralmente "il Grande Strappo", distruggerebbe la struttura fisica dell'universo. In un universo aperto, la relatività generale prevede che questo avrà un'esistenza futura indefinita, ma che raggiungerà una condizione in cui la vita, come la intendiamo noi, non potrà esistere. In questo modello la costante cosmologica causa un'accelerazione del ritmo di espansione dell'universo. Portata all'estremo, un'espansione costantemente accelerata significa che ogni oggetto fisico dell'Universo, a partire dalle galassie per finire con gli esseri umani individuali, i batteri e i granelli di sabbia, sarà alla fine fatto a pezzi e quindi ridotto a particelle elementari non legate tra loro. Lo stato finale sarà un gas di fotoni, leptoni e protoni (o solo i primi due se gli ultimi decadono) che diventerà sempre meno denso.

Big Freeze o morte termica: Il Big Freeze è uno scenario in cui la continua espansione provocherebbe un universo troppo freddo per sostenere la vita. Potrebbe avvenire nel caso di una geometria piatta o iperbolica, poiché tali sistemi sono condizione necessaria per la continua espansione dell'universo.
Uno scenario simile è la morte termica, secondo la quale l'universo raggiungerebbe uno stato di massima entropia in cui tutto risulta essere omogeneo e non vi sono gradienti. Per esempio, questa è una possibile cronologia, basata sulle teorie fisiche contemporanee, di un universo aperto che va incontro ad una morte termica:

10 alla 14° anni: tutte le stelle si sono raffreddate
10 alla 15° anni: tutti i pianeti si sono separati dalle stelle
10 alla 19° anni: la maggior parte delle stelle si è separata dalle galassie
10 alla 20° anni: le orbite di ogni tipo sono decadute a causa delle onde gravitazionali
10 alla 31° anni: decadimento del protone, se le teorie di grande unificazione sono giuste
10 alla 64° anni: i buchi neri stellari evaporano grazie al processo di Hawking
10 alla 65° anni: tutta la materia è diventata un liquido allo zero assoluto
10 alla 100° anni: i buchi neri supermassicci evaporano grazie al processo di Hawking
10 alla 1500° anni: tutta la materia decade in ferro (se il protone non è decaduto prima)
10 alla 100,000,000,000,000,000,000,000,000° anni (10 alla 10° alla 26°): limite inferiore perché tutta la materia venga inglobata in buchi neri
10 alla 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000° anni (10 alla 10° alla 76°): limite superiore perché tutta la materia venga inglobata in buchi neri.

Il multiverso: lo scenario del multiverso (o dell'universo parallelo) vuole che, mentre il nostro universo sia di durata finita, questo sia uno di tanti universi. La fisica del multiverso potrebbe permettere a questo di esistere indefinitamente. In particolare, altri universi potrebbero essere soggetti a leggi fisiche diverse a quelle del nostro universo.

Il falso Vuoto: il vuoto dell’universo, non è quantificabile; è stato definito come l’assenza di energia - se il vuoto non è lo stato a minore energia (un falso vuoto quindi), potrebbe collassare nello stato a minore energia. Ciò prende il nome di disastro della metastabilità del vuoto. Questo fatto cambierebbe completamente il nostro universo; le costanti fisiche potrebbero avere valori diversi, che altererebbero le basi della materia.

Fonti: Wikipedia.

Edited by roby07 - 28/11/2010, 12:21