Modello evolutivo e modello stazionario

Lo stesso vale per l’universo, per cui, si cominciò a pensare che questo, agli inizi, fosse una massa molto piccola, e facendo il cammino a ritroso con le galassie, si arrivava all’espansione, che doveva essere cominciata qualcosa, come dieci miliardi di anni fa. Da questa osservazione, si cominciò a parlare, appunto, dell’origine come un punto ad altissima temperatura e densità, che aveva cominciato a dilatarsi. E da questa osservazione, nacquero due modelli, ossia il tentativo di spiegare l’universo, in due modi differenti. Quello più immediato era, appunto, di pensare, che l’universo fosse evolutivo, e che iniziò da un punto, di dimensioni paragonabili a quelle di una particella elementare, dove vi si concentrava tutta la materia che noi osserviamo oggi: stelle, galassie, e poi, lo spazio avrebbe cominciato a espandersi, dando così origine all’universo. Questa idea però, che l’universo fosse iniziato da un punto, non convinse molti astronomi, faceva pensare un po’ al fiat lux della bibbia, e allora un gruppo di scienziati proposero un modello alternativo, quello dell’universo stazionario.
L’ipotesi, era che l’energia d’espansione, dilatando l’universo, si trasformasse in energia di creazione della materia, quindi, più l’universo si espandeva, più materia si creava, e la densità dell’universo restava costante. Non era un’idea poi, tanto strana, perché già dalla relatività di Einstein, – la teoria della relatività proposta nel 1915 – era stata mostrata l’equivalenza tra massa ed energia, quindi si poteva benissimo pensare che l’energia d’espansione si potesse tramutare in creazione di materia. Quindi, in un caso abbiamo l’universo evolutivo iniziato dal Big Bang, dall’altro, l’universo stazionario.

Quali tra questi due modelli rappresentava meglio l’universo reale? Si crearono proprio due partiti tra gli astro-fisici, e si può dire che erano l’un contro l’altro armati, come i tifosi della Lazio e della Roma. Nel frattempo, si pensava a quale tipo di osservazione fosse indicata, per stabilire quale fosse, il modello d’universo che spiegava meglio la realtà di fatto.
Una proposta fu fatta da un fisico russo-americano, George Gamow, il quale disse che, se effettivamente l’universo fosse iniziato da un punto ad altissima temperatura e densità, oggi noi dovremmo trovare le tracce di questa fase iniziale, perché un corpo ad altissima temperatura emette soprattutto radiazioni di altissima energia, come i raggi gamma e i raggi x, ed espandendo doveva raffreddarsi e dopo una decina di miliardi di anni, quale si pensava allora l’età dell’universo – si era nel 1948 – la temperatura, calcolava Gamow, doveva essere scesa a dei valori di circa cinque, sei, dieci gradi assoluti. Cosa vuol dire gradi assoluti? Lo zero assoluto, cioè che più basso non si può andare, corrisponde a -273 gradi centigradi.
Quindi Gamow calcolava che l’universo doveva avere una temperatura dell’ordine di -260 gradi centigradi, in grosso modo. Un corpo così freddo emette, soprattutto, lunghezze d’onda millimetriche e centimetriche, cioè quelle che oggi si chiamano le micro-onde. Quindi Gamow suggeriva che se davvero l’universo era stato originato da una fase estremamente calda e densa, oggi doveva essere riempito di radiazione a millimetri, centimetri di lunghezza d’onda. Si era nel ’48, allora non c’erano strumenti abbastanza sensibili per poter verificare questo suggerimento.
Nel 1965, quindi 17 anni dopo, due ingegneri della Bell Telephone Company, che stavano cercando di capire quali erano i rumori che disturbavano le trasmissioni a micro-onde verso i satelliti artificiali e dai satelliti artificiali alla Terra, facendo una serie di osservazioni, trovarono che c’erano vari fastidi. Un tipo di questi, era dovuto all’emissione della nostra stessa atmosfera: l’alta atmosfera ha una temperatura di circa 100 gradi centigradi e quindi dava luogo a un rumore indistinto, rumore vuole dire come quello quando si alza troppo il volume della radio; un’altro tipo di rumore era dovuto all’attività umana, alle radio, alle televisioni, e poi, c’era un rumore indistinto che copriva uniformemente tutto il cielo e che non capivano cosa potesse essere. Pubblicarono la notizia, e questa fu letta da degli astronomi dell’osservatorio di Princeton, in New Jersey, i quali erano a conoscenza delle predizioni di Gamow e stavano proprio costruendo uno strumento per cercare di rivelare la radiazione prevista da Gamow. Capirono che questi due ingegneri l’avevano scoperta, quindi furono proprio bruciati sul tempo e questa fu la prova definitiva che il nostro universo risponde a un universo evolutivo, perché un universo stazionario, che non è mai passato attraverso una fase ad altissima temperatura e densità, non è in grado di spiegare l’esistenza di questa radiazione. Radiazione che poi è stata chiamata anche la radiazione fossile, perché è proprio un fossile dell’universo primordiale.

E cosa ci dice appunto questa radiazione fossile? Intanto indica che questo rumore, uniforme per tutto il cielo, corrisponde a una temperatura di 3 gradi assoluti, cioè -270 gradi centigradi, quindi più o meno un po’ più di quello che aveva previsto Gamow, insomma siamo lì. E le prime osservazioni fatte da questi due ingegneri erano osservazioni molto disturbate dalla presenza dell’atmosfera, della nostra, che anch’essa emette un rumore a quelle lunghezze d’onda. E quindi per osservare meglio questa radiazione fossile fu costruita apposta un satellite chiamato COBE, Cosmic Background Explorer, cioè Esploratore della Radiazione Cosmica, che fu lanciata alla fine degli anni ’80, e mostrò che effettivamente c’era questa radiazione diffusa che corrispondeva a una temperatura di 3 gradi assoluti. Però vide anche che non era perfettamente uniforme, ma che c’erano delle zone un po’ più dense e più calde e delle zone un po’ meno dense e meno calde. Più dense e più calde… Più calde che cosa vuol dire? La temperatura media era di 2,7 gradi assoluti, ma le zone più calde e quelle più fredde erano più calde o più fredde di appena qualche centomillesimo di grado. Era una quantità minima, però sufficiente per capire che le zone più calde e più dense erano i semi da cui poi, si sarebbero formate le galassie e le grandi famiglie di galassie chiamate ammassi. Questa osservazione è quella che definitivamente mise al tappeto l’ipotesi dell’universo stazionario. Nel 1900, alla fine degli anni ’80, avevamo la prova certa che il nostro universo è un universo evolutivo. Sono state fatte altre osservazioni più raffinate: una da un pallone stratosferico, chiamato boomerang, da un gruppo internazionale di ricercatori, di cui il primo ricercatore era un ricercatore della Sapienza di Roma, Paolo de Bernardis; poi, sono state fatte altre osservazioni con un altro satellite della NASA, WMAP. C’era in costruzione un altro satellite chiamato Plank, dell’agenzia europea; tutti allo scopo di vedere più in dettaglio quest’immagine dell’universo primordiale. Cosa ci dicono queste immagini? Sono proprio la fotografia dell’universo bambino, dell’universo che oggi possiamo dire che aveva un’età di 400000 anni circa, cioè che l’espansione dell’universo era cominciato da circa 400000 anni. Poi vedremo perché. Intanto, oggi vediamo direttamente, a partire da quest’ immagine dell’universo alla sua nascita, queste macchie più calde, queste zone più fredde – le macchie più calde rappresentano le future galassie- l’universo fino ad oggi, sfruttando quella specie di macchina del tempo che è la velocità della luce, perché gli astronomi hanno la fortuna di potere guardare indietro nel tempo, anche perché, tutte le informazioni che noi abbiamo, ci sono portate dalla luce e la luce viaggia a 300000 chilometri al secondo, che è una velocità enorme ma finita. Ora, quando dico che guardo una galassia a due milioni di anni luce, e la vedo come era due milioni di anni fa, quando guardo una galassia a due miliardi di anni luce, la guardo come era due miliardi di anni fa. La galassia più lontana che è stata osservata con il telescopio spaziale si trova a tredici miliardi di anni luce, quindi io la vedo come era tredici miliardi di anni fa. Queste osservazioni dell’universo bambino risalgono a tredici miliardi e seicento milioni di anni fa. Quindi, noi vediamo direttamente come è evoluto l’universo da quattrocento mila anni fino ad oggi.