Quanto è grande l'Universo?

A questa domanda si può rispondere in molti modi diversi, alcuni corretti, altri frutto di mere ipotesi.

Cominciamo dai punti fermi, poi potremo lasciarci andare a qualche congettura. 

L’Universo che possiamo vedere ha un raggio di 13,4 miliardi di anni luce, delimitato inevitabilmente dalla radiazione cosmica di fondo che ci impedisce di vedere regioni più lontane, semplicemente perché la luce non ha ancora fatto in tempo ad arrivarci. In effetti, sotto questo punto di vista possiamo dire che l’Universo è troppo giovane per mostrarsi tutto.

In prima approssimazione, quindi, il diametro della porzione osservabile di cosmo è di 13,4 X 2 = circa 26,5 miliardi di anni luce. 

Tuttavia, queste non sono dimensioni reali, perché le varie porzioni che stiamo osservando nello spazio, quindi anche nel tempo, nel corso dei miliardi di anni si sono espanse, di conseguenza in questo nostro istante non si troveranno più alla distanza che ci appare da queste misurazioni.

Una galassia distante 10 miliardi di anni luce lo era altrettanti anni fa, ma nel corso di questo lungo intervallo di tempo lo spazio tra noi ed essa si è continuato a espandere. Attualmente, quindi, non si troverà più alla distanza misurata.

Se si considera il tasso medio con cui si è espanso l’Universo, le regioni che noi vediamo a 13,4 miliardi di anni luce, quindi quelle che ci inviano il segnale della radiazione cosmica di fondo, si trovano attualmente a non meno di 40 miliardi di anni luce di distanza. 

Il diametro dell’Universo osservabile, quindi, rapportato al nostro tempo attuale, dovrebbe essere vicino agli 80 miliardi di anni luce!

Ora complichiamo a piacere lo scenario.

L'Universo osservabile è una minima parte di quello esistente

Secondo alcuni modelli questa potrebbe essere una parte infinitesima dell’Universo, che negli istanti iniziali ha conosciuto una super espansione ben più veloce della luce chiamata inflazione.

Nessuno a questo punto sa con certezza quanto sia in realtà grande l’Universo, alcuni pensano che possa essere almeno miliardi di miliardi di miliardi di volte più esteso di quello osservabile corretto per il valore dell’espansione. Per gli amanti dei numeri, parliamo di un raggio circa 10³⁰ volte superiore all'Universo osservabile corretto per il valore dell'espansione, di 40 miliardi di anni luce.

Questo numero potrebbe essere vicino al concetto di infinito o addirittura diventare infinito qualora vengano avvalorati altri modelli che prevedono un’infinita generazione di bolle di universi a partire dalla super espansione di parte dello spazio. 

Infinito o meno, quello che sembra mettere d’accordo molti cosmologi è il fatto che l’Universo sia forse indefinito.

Questo concetto è più facile da immaginare, perché ce lo abbiamo sotto gli occhi continuamente.

La superficie della Terra, ad esempio, è naturalmente finita ma sferica. Se potessimo prendere un aereo, o una macchina senza problemi di carburante, potremo percorrere all’infinito la superficie del nostro pianeta senza mai trovare un confine, ma raggiungendo ogni volta il punto d’inizio.

Questo è il concetto di indefinito: una superficie che non ha dei confini.

Si pensa che l’intera struttura dell’Universo sia una speciale sfera a quattro dimensioni priva di un confine netto.

E d’altra parte uno scenario del genere, oltre a essere comune, è in perfetto accordo con il fatto che non esistono luoghi privilegiati dell’Universo che possano sperimentare proprietà fisiche diverse. Se esistesse un confine netto si aprirebbero molti paradossi: perché quella zona si dovrebbe comportare in modo diverso rispetto al resto? Cosa c’è fuori? Di quali proprietà gode la linea di confine? E com'è fisicamente fatta?

Dopo l’esperienza di Cristoforo Colombo, che sbagliando aveva comunque dimostrato in modo pratico che la Terra non aveva confini netti perché sferica, nessuno scienziato immagina più una struttura, o l’Universo stesso, con dei bordi delimitati dalle mitologiche colonne d’Ercole.

Qualche cosmologo ha pure cercato di replicare, su scala decisamente maggiore, l’esperienza pratica di Cristoforo Colombo. Se l’Universo è una specie di sfera senza confini, allora la luce delle stelle potrebbe “fare il giro” e presentarsi anche nella parte opposta. Di nuovo, benché questa ipotesi sia plausibile, l’Universo è troppo giovane e vasto affinché la luce di qualche corpo celeste, anche quelli più lontani, abbia avuto il tempo di fare un giro completo.

Cos'è l'inflazione?

Come ormai dovremmo aver imparato, in astronomia si usano spesso parole del linguaggio comune, alle quali compete però un significato differente. Non fa eccezione la parola “inflazione”, che con i meccanismi economici creati dall’uomo a seguito del suo isolamento dall’Universo non ha proprio nulla in comune. 

L'inflazione: una super espansione dell'Universo primordiale

Con il concetto di inflazione si identifica un brevissimo istante di tempo, miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di secondo, nel quale l’Universo, pochissimi istanti dopo il Big Bang, ha subito una super espansione che ne ha aumentato le dimensioni di miliardi di miliardi (e forse miliardi e miliardi ancora) di volte, come lo spazio fosse esploso espandendosi con un ritmo di gran lunga superiore alla velocità della luce. 

La teoria dell’inflazione riesce a spiegare alcuni fatti altrimenti paradossali, come ad esempio l’aspetto globale dell’Universo.

Com’è possibile, infatti, che due regioni di spazio diametralmente opposte, che quindi a causa dell’enorme distanza non hanno mai potuto comunicare le une con le altre neanche quando erano vicinissime, abbiano in realtà identiche proprietà? La radiazione cosmica di fondo, ad esempio, presenta una temperatura omogenea in ogni zona dell’Universo con una tolleranza di pochi milionesimi di grado.

Le proprietà non cambiano se osserviamo la distribuzione perfettamente identica delle lontane galassie in zone di cielo opposte, al punto che sicuramente la luce, quindi nessuna informazione, si è potuta trasmettere tra di loro. Eppure, considerando il tasso di espansione, regioni poste agli estremi dell’Universo non hanno mai potuto scambiarsi informazioni per accordarsi così bene sulla temperatura o sulla distribuzione del materiale per formare stelle e galassie.

Sarebbe come se noi decidessimo di scaldare un pezzo di ferro e pretendessimo che un fabbro cinese, del quale ignoriamo persino l’esistenza, scaldi nel nostro stesso istante lo stesso pezzo a una temperatura uguale, con una tolleranza massima di un milionesimo di grado centigrado: è impossibile senza mettersi d’accordo su quale temperatura raggiungere, senza coordinare il riscaldamento, senza utilizzare gli stessi macchinari e un pezzo di ferro identico. 

La teoria dell’inflazione risolve il problema della comunicazione, affermando che poco prima di questo evento la materia dell’Universo aveva avuto modo di comunicare e mescolarsi.

Poi lo stiramento violentissimo dello spazio e del tempo ha rotto definitivamente quell’unione perfetta.

Dopo questa fase, l’espansione è ripresa ai ritmi precedenti, come se nulla fosse successo. Ma l’Universo era profondamente cambiato e molto, molto più grande di prima, avvicinandosi pericolosamente al concetto di infinito.

Fino a poche settimane fa questa era una teoria che ben risolveva i problemi appena esposti e molti altri. Ora, grazie all'esperimento BICEP2, questo affascinante, e per certi versi incredibile, scenario, sembra aver trovato delle prove concrete, anzi, la prova più evidente che potessimo sperare di trovare. Una delle più importanti scoperte dell'ultimo secolo, e forse di sempre. Se volete saperne di più, leggete questo articolo, in italiano, dell'ottimo divulgatore Amedeo Balbi.