di  -  lunedì 29 novembre 2010

Una delle domande principali che si pongono i cosmologi, quando devono spiegare la formazione e l’evoluzione dell’Universo, è come sia possibile che esso si presenti come perfettamente uniforme e isotropico (come del resto predetto dal Principio Cosmologico) nonostante la sua espansione causata dal Big Bang. La spiegazione viene generalmente data dalla teoria dell’Inflazione Cosmologica.

La teoria dellInflazione prevede che in un primissimo tempo dopo la creazione dell’Universo, circa 10^-36 secondi dopo il Big Bang, per circa un migliaio di secondi in tutto, l’Universo ha avuto un’espansione improvvisa e intensissima, fino ad aumentare il proprio volume di 10^78 volte (ovver0 10*10*10… eccetera eccetera fino a moltiplicare 10 per se stesso per 77 volte di fila). Microscopiche discrepanze nel tessuto dell’Universo, durante questo periodo inflazionistico, sono gonfiate fino a dare origine a macro strutture come quelle che osserviamo oggi, quali galassie, cluster di galassie e sistemi solari.

La ragione per cui l’Universo sia stato sottoposto a questa espansione incredibilmente rapida, è al momento ancora sconosciuta. Diverse teorie tentato di dare una spiegazione logica a questo fenomeno (una delle quali era stata trattata in uno dei miei primi post), ma finora non siamo ancora riusciti a raggiungere una risposta convincente.

Il 16 Novembre scorso, Roger Penrose, uno dei più grandi fisici-matematici dei nostri tempi, assieme al professor Vahe Gurzadyan, hanno reso disponibile sul sito di pubblicazioni online ArXiv (le cui pubblicazioni non sono necessariamente sottomesse a peer review) un articolo in cui danno una propria interpretazione dei dati raccolti dal satellite WMAP, il predecessore di Planck, di cui ho parlato in passato). WMAP è un esperimento che misura il fondo cosmico a microonde dell’Universo, ovvero una radiazione uniforme e a temperatura costante che si osserva in qualsiasi direzione si guardi. Penrose ha osservato che questa radiazione non ha veramente una temperatura costante, ma vi sono delle piccolissime variazioni concentriche nella mappa dell’Universo (come si vede nella figura in alto in questo post, tratta dall’articolo). Tali anisotropie su grande scala, non sono compatibili con la teoria dell’Inflazione che, come accennato in precedenza, prevede invece proprio l’uniformità dell’Universo.

Secondo Penrose, queste piccolissime differenze di temperatura potrebbero essere spiegate dall’esplosione ciclica di un susseguirsi di Universi. In ogni Universo c’è una popolazione di galssie, stelle e buchi neri. Quando oggetti compatti come i buchi neri entrano in collisione tra loro, creano un fronte di onde gravitazionali che si espandono nell’Universo successivo, dando luogo ad un impulso energetico. Questa energia avrebbe causato una spinta alla materia che compone il nostro Universo (che, ricordiamo, è per l’80% composto da materia oscura), causando queste anisotropie concentriche.

L’articolo è sicuramente molto audace, e si basa su l’osservazione di una differenza di temperatura mai esplicitata dagli stessi ricercatori di WMAP, però confermerebbe le teorie dello stesso Penrose, secondo cui il nostro Universo non è un evento unico nel tempo, ma solo una bolla tra le tante. D’altro canto prima si pensava che la Terra fosse il centro dell’Universo, poi che il Sole fosse il centro dell’Universo, non sarebbe sorprendente scoprire che lo stesso Universo non è così unico e speciale come potremmo pensare.

Bisogna però ricordarsi, prima di venir presi dall’entusiasmo, che un articolo, anche se scritto da una penna illustre come quella di Roger Penrose, deve passare la cosidetta “revisione dei pari” o peer review, per poter essere considerato seriamente. Penrose promette, però, di studiare i dati del più recente satellite Planck, per cercare simili pattern. Vedremo se il prossimo anno potremo asserire con certezza di vivere in uno di infiniti Universi consecutivi!

22 Commenti »

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  • # 1
    Fabio
     scrive: 

    Davvero un ottimo articolo! Recentemente sono venuto a conoscenza di queste piccole differenze di temperatura in vari regioni dell’universo, per le quali la teoria cosmologica inflazionaria tira in ballo il solito principo di indeterminazione e quindi delle fluttuazioni quantistiche. A livello “locale” è quindi perfettamente normale avere piccole differenze di temperatura. Ma qui si parla di scale molto più grandi ed addirittura di una distribuzione che segue precise regole geometriche, il che è davvero curioso ma allo stesso tempo straordinario. E questa teoria di Penrose è certamente interessante…

  • # 2
    mrc
     scrive: 

    Quando leggo articoli come questo, la prima cosa a cui penso è al nostro concetto di infinito. Se da un lato siamo riusciti a capire l’infinitamente piccolo (atomi, molecole, ecc) ancora ci sfugge l’infinitamente grande. Anche con i telescopi più potenti non si riesce a dare dei \confini\ all’universo e se mai si trovassero vorrebbe dire che oltrepassandoli ci sarebbe qualcos’altro. Forse è proprio questo paradosso che rende lo spazio così affascinante e bello (almeno per me…).

  • # 3
    Luke
     scrive: 

    Il fatto che con i telescopi non si riesca ad andare oltre ad un certo limite, per la precisione 380.000 anni dopo il big bang se non erro, è dovuto all’estrema densità energetica che l’universo aveva a quel tempo che lo rende opaco alle attuali tecnologie di osservazione.

    Il discorso trattato nell’articolo in ogni caso è molto complesso, ma per come la vedo io ha un grosso difetto, come tutte le ipotesi cosmologiche del resto, parte da ipotesi che sono state introdotte per colmare buchi fra diverse osservazioni. In poche parole ci sono dati a prima vista contrastanti, per esempio la densità media dell’universo e la quantità di materia visibile. Per unificare questi due fattori si è introdotta la materia oscura, a me purtroppo questo approccio non piace, perchè è una maniera troppo semplice di risolvere le cose. E’ altrettanto vero però che queste assunzioni sono necessarie perchè la ricerca in ambito astrofisico non sia una mera collezione di dati osservativi, ma riesca a creare una teoria completa che le racchiuda, ed è totalmente antiscientifico non farlo perchè ora, e qua esprimo una mia personalissima opinione, non si hanno i mezzi per farlo.

  • # 4
    homero
     scrive: 

    la “peer review” è una pratica buona in teoria di fatto spesso i peer sono docenti e amici con i quali si è condiviso decine di anni di carriera universitaria insieme…anche se magari sparsi agli antipodi del globo terrestre…quindi spesso i “peer” di fronte alla penna autorevole sono diciamo “friendlypeer”…..

  • # 5
    Joe
     scrive: 

    IMHO l’universo non ha età. è impossibile che sia nato dal nulla.
    quindi l’esistenza di un altra dimensione (=universo) prima di quella conosciuta è logica.

  • # 6
    Joe
     scrive: 

    Per me, che non sono scenziato ma lavoro di logica, l’universo non può essere “nato”. L’universo esiste da sempre, siamo noi che non siamo in grado di quantificarne l’età.

  • # 7
    pleg
     scrive: 

    @ homero

    Conosci un modo migliore?

  • # 8
    goldorak
     scrive: 

    Consiglio di andare direttamente alla fonte e leggere l’ultimo libro scritto da Penrose incentrato ad esplorare appunto la questione del universo ciclico.
    Cycles of Time ce’ ovviamente in inglese ma non so se l’hanno gia’ tradatto in italiano.
    E una ipotesi molto intrigante, ma come lo stesso Penrose sostiene anche se dovessero trovare quelle anomali nella radiazione di fondo, ci sono tutta una serie di ipotesi/congetture necessarie per poter incominciare a parlare di universi ciclici. Quindi alla fine della fiera con o senza conferma sul anisotropia termica, il CCC e’ destinato a rimanere una bella idea e niente dippiu’.
    Resta il problema piu’ grande, e cioe’ che per parlare di universo ciclico secondo Penrose si debba identificare l’infinito con quello che noi chiamiamo big bang. Ma per fare cio’ e’ necessario che l’universo “perda” tutta la materia e si converta tutto in energia. Considerando la vita media del protone, ce’ veramente da chiedersi se questa ipotesi sia “ragionevole”.

  • # 9
    Cipollino84
     scrive: 

    mrc scrive:
    Quando leggo articoli come questo, la prima cosa a cui penso è al nostro concetto di infinito. Se da un lato siamo riusciti a capire l’infinitamente piccolo (atomi, molecole, ecc) ancora ci sfugge l’infinitamente grande.

    Non credere che \l’infinitamente\ piccolo sia stato scoperto così bene….anzi!!! c’è ancora tanto da scoprire, pensa alla teoria delle stringhe allora.Siamo solo agli albori.Scoprire l’infinitamente piccolo ci da le risorse per scoprire l’infinitamente grande….anche se di infinito non esiste nulla.

  • # 10
    Tarrion
     scrive: 

    @Luke:
    1) mai sentito parlare del Rasoio di Occam?
    2) non mi sembra una maniera “troppo semplice per risolvere le cose”: l’assunto dell’esistenza della materia oscura è pesante e scomodo perché se da un lato raccorda i dati sperimentali, dall’altro genera varie domande alle quali penso non si sappia rispondere del tutto.
    La Fisica non può fare a meno di procedere induttivamente, è l’unica cosa che la distingue dalla Matematica.

  • # 11
    ncc2000
     scrive: 

    complimenti, al solito, per l’ottimo articolo…ed ora una domanda che forse vi farà infuriare…con me….quindi chiedo già scusa per la mia ignoranza e per cio’ che sto per chiedere….leggo all’inizio dell’articolo della incredibile velocità d’espansione dei primi 1000 secondi del “proto” universo, velocità credo superiore alla velocità della luce…è possibile? e se non ho detto una assurdità, come è appunto spiegabile visto che quella velocità dovrebbe essere il limite teorico oltre cui nulla puo’ andare?

  • # 12
    homero
     scrive: 

    “pleg scrive:
    @ homero
    Conosci un modo migliore?”

    quello che intendo dire è che il giudizio migliore di qualunque teoria è dato dallo straordinario tribunale del tempo…

    centinaia di teorie degli anni ’20 sono oggi risibili e quasi infantili e non mi riferisco solo ai piccoli docenti ma anche ad eminenze come eistein…che nell’ultima parte della sua vita qualche teoria bislacca l’ha tirata fuori….
    pertanto qualunque scritto che non sia comprovato da un esperimento replicabile o da una dimostrazione dalla logica irreprensibile va semplicemente presa per quello che è, ossia l’opinione di un uomo (o di una donna) che pur essendo autorevole rientra nella sfera del particolare e non certo dell’universale….
    il fatto che questa sia avvallata da altri pari non costituisce elemento di prova scientifica tanto meno di garanzia di universalità…
    tornando a quanto scritto nell’articolo se noi già riusciamo a capire poco quanto niente dell’universo attuale e ancor meno dei momenti vicini al big bang questo se ne esce fuori con un pre big band a me pare che sono tutti suonati….
    a questo punto la prossima settimana parliamo di un concerto jazz forse sarà piu’ scientifico….

  • # 13
    n0v0
     scrive: 

    bell’ articolo!

    Ora aspetto solo i cospiratori dei «cerchi nel CMB» nel dire che è tutta opera degli alieni :D

    @ ncc2000

    chiamo in causa la mia ignoranza e provo a rispondere: quel che dici sarebbe vero se si trattasse di considerare il movimento di oggetti NELLO spazio. Qui invece si parla del movimento DELLO spazio stesso.
    È il «tessuto» a muoversi, con tutto quello che vi è ricamato sopra. Dunque la relatività ristretta è rispettata.

    mi spiegai? (e se ho toppato, correggete)

  • # 14
    ncc2000
     scrive: 

    @novo: grazie. ho capito perfettamente

  • # 15
    pleg
     scrive: 

    @ Homero

    Non esiste alcun “tribunale del tempo”, esiste solo il tribunale dell’uomo. Una teoria non e’ valida perche’ e’ vecchia, e’ valida perche’ spiega i risultati degli esperimenti.

    L’ipse dixit lo lasciamo ai ciarlatani. La scienza procede per esperimenti, e teorie che spiegano gli esperimenti. Penrose pubblica il suo pensiero: se spiega cio’ che viene osservato, e non contraddice altri esperimenti, e nessun’altra teoria ha un potere di previsione altrettanto buono, verra’ accettato; se no, no.

  • # 16
    mdm
     scrive: 

    @ Tutti (Presani compresa)

    Nessuno ha mai pensato, mi pare, alla variabile Tempo. Sarebbe così ardito immaginare che il tempo all’Inizio fosse infinitamente veloce e che abbia cominciato a rallentare con il big bang? Se così fosse stato, quello che si sarebbe rapidamente inflazionato non sarebbe lo spazio ma, per l’appunto, sarebbe stato il tempo a deflazionarsi. Se così fosse stato, un evento che ai nostri occhi -meglio, alla nostra velocità del tempo attuale- sarebbe stato velocissimo, in realtà sarebbe potuto durare,all’interno di quel sistema di variabili, tutto il tempo che voleva. Si potrebbe anche ipotizzare che il tempo abbia una direzione e, anche, un verso (come le altre 3 dimensioni che ci sono familiari). Se così fosse, potrebbe scorrere al contrario rispetto al nostro. E ciò potrebbe accadere ciclicamente ad ogni big bang, con un progressivo rallentamento del tempo tra quello precedente e quello successivo e la sua inversione ad ogni ri-inizio… Che ciò possa avere implicazioni nell’assimetria tra materia visibile e materia oscura? O tra materia e anti-materia?

  • # 17
    umbriel
     scrive: 

    non mi è chiaro come sia possibile per un universo precedente il nostro big bang lasciare segni nello spazio tempo attuale (o se volete nel campo attuale. Se il big bang è una singolarità ciò non dovrebbe essere possibile a livello logico quanto meno.

  • # 18
    goldorak
     scrive: 

    @ mdm : che significa che il tempo e’ infinitamente veloce ? Ci vuole una definizione operazionale di questa grandezza fisica se vuoi che la tua frase abbia un significato e che non sia solo un mucchio di parole messe li’ a far scena.

  • # 19
    mdm
     scrive: 

    @ goldorak

    Non volevo far scena ma semplicemente descrivere un’ipotesi che mi passa per la testa da tempo. D’altra parte, nel famoso esempio sulla relatività, quello dei due fratelli gemelli dei quali uno rimane sulla Terra mentre l’altro viaggia su di un’astronave a velocità vicine a quella della luce, il fratello “viaggiante” torna più giovane di quello rimasto sulla Terra. In altre parole, viaggiando vicino alla velocità della luce il tempo è passa, soggettivamente, più lentamente. Se, durante il viaggio, il fratello terrestre potesse vedere l’altro, lo vedrebbe muoversi più lentamente del normale, il suo orologio pure girerebbe più piano. Io ho ipotizzato il caso contrario…

  • # 20
    umbriel
     scrive: 

    @mdm:

    per la relatività esiste lo spaziotempo non lo spazio E il tempo.
    In secondo luogo rispetto a quale assoluto misuri se il tempo accelera? Non esitono spazio e tempo assoluti nella relatività (si chiama relatività appunto per questo)….

  • # 21
    neural noise
     scrive: 

    @umbriel
    certo che l’universo ‘precedente’ influirebbe sul nostro, in varie misure, compresa un influenza gravitazionale, il nostro vicino di bolla potrebbe essere più vicino di quanto si pensi, ricorda che secondo la teoria delle stringhe il nostro spaziotempo è immerso in una struttura a 11 dimensioni

  • # 22
    umbriel
     scrive: 

    @neural noise

    mi limito alla relatività senza scomodare stringhe et simila (che attualmente sono teorie speculative se confrontate a ciò che sappiamo per certo per prova empirica): ebbene vorrei che qualcuno mi spiegasse come, nell’ambito della teoria dei campi, sia pensabile di trovare nel nostro attuale universo tracce di un universo precedente.
    Questo ripeto nell’ambito della relatività e della teoria dei campi.

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