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La radiazione cosmica di fondo: dal Nobel 1978 a Penzias e Wilson al Nobel 2006 a Smoot e Mather
Amedeo Balbi

Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata
http://www.fisica.uniroma2.it/balbi
[Giornale di Astronomia, vol. 33, n.1, marzo 2007]

La recente assegnazione del premio Nobel per la fisica 2006 a George Smoot e John Mather per i risultati ottenuti con il satellite COBE è un ulteriore riconoscimento del ruolo svolto negli ultimi anni dalla cosmologia nell’ambito delle scienze fisiche. Un tempo considerata una disciplina minore a causa delle difficoltà teoriche con cui doveva confrontarsi e di una cronica mancanza di riscontri osservativi, oggi la cosmologia è non solo diventata una scienza a tutti gli effetti, ma è anche un settore in rapido sviluppo e à la page: le novità si susseguono a un ritmo frenetico, e non riguardano soltanto la comprensione delle proprietà su grande scala del nostro universo, lo studio della sua origine e della sua evoluzione, ma hanno anche profonde implicazioni in vaste aree della fisica teorica e fondamentale.
Quando Stephen Hawking definì la rivelazione delle anisotropie della radiazione cosmica di fondo da parte di COBE “la scoperta scientifica del secolo, se non di tutti i tempi” aveva probabilmente deciso di rinunciare al proverbiale understatement anglosassone, ma non possiamo biasimarlo per l’eccesso di enfasi. In effetti, non è facile trovare un altro singolo fenomeno il cui studio abbia avuto ricadute così numerose e della stessa portata di quelle ottenute dall’investigazione della radiazione cosmica di fondo nell’arco di soli quattro decenni. Due premi Nobel nel giro di poco meno di trent’anni (l’altro era stato dato nel 1978 a Penzias e Wilson che l’avevano scoperta nel 1965) sono una testimonianza che non ha bisogno di molti altri commenti.
Vale la pena però riguardare in prospettiva a questi ultimi quarant’anni e fare una lista delle cose che abbiamo imparato dallo studio teorico e dall’osservazione della radiazione cosmica di fondo.
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La nascita della cosmologia moderna è solitamente fatta risalire alle osservazioni effettuate da Edwin Hubble negli anni venti del secolo scorso che, da un lato, stabilirono l’esistenza di altre galassie simili alla nostra e, dall’altro, mostrarono la prima evidenza che l’universo si espande. Ma fino all’inizio degli anni sessanta non esisteva un modello teorico universalmente accettato che potesse interpretare in maniera univoca le osservazioni cosmologiche. Da un lato c’era il modello del big bang, che aveva tra i suoi principali fautori George Gamow e Georges Lemaître (il primo ideatore, Alexander Friedmann, era morto nel 1925, ancora prima che Hubble scoprisse l’espansione dell’universo): secondo questo modello l’universo si stava espandendo a partire da uno stato di densità e temperatura infinita e, così facendo, evolveva, attraversando stati fisici radicalmente diversi. Ma a questa idea di cosmo in evoluzione si opponeva il modello dello stato stazionario, propugnato da Fred Hoyle, secondo cui l’universo era fondamentalmente immutabile, perché alla continua espansione dello spazio faceva fronte una costante creazione di materia: una creazione dal nulla, essenzialmente fuori dalla portata delle osservazioni (pochi atomi l’anno in un volume simile a quello della nostra galassia) ma sufficiente a mantenere lo status quo nell’universo.
Il confronto tra modello del big bang e stato stazionario fu per lungo tempo essenzialmente un duello di ingegni tra Gamow e Hoyle; una disputa anche piuttosto godibile, visto il carattere brillante dei due contendenti, e che finì spesso per occupare le pagine dei giornali e delle riviste scientifiche più popolari con dibattiti seguìti con molto interesse dal grande pubblico. Ma, in mancanza di un riscontro oggettivo che chiarisse definitivamente la questione, la cosa avrebbe potuto trascinarsi per anni e restare nell’ambito della pura speculazione.
La fine delle ostilità fu decretata negli ultimi mesi del 1964, quando due radioastronomi dei Bell Laboratories, Arno Penzias e Robert Wilson, captarono un misterioso eccesso di rumore nella loro antenna radio, a frequenze caratteristiche delle microonde. Il rumore era imprevisto, stando alle specifiche tecniche dell’antenna, e oltretutto rimaneva della stessa intensità ovunque si puntasse l’antenna (quindi non era dovuto a specifiche sorgenti nel cielo). Escluse tutte le possibili cause locali (tra cui le deiezioni di alcuni piccioni che avevano nidificato nell’antenna e che furono sbrigativamente sacrificati sull’altare della scienza) Penzias e Wilson furono costretti a

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concludere che il rumore fosse di origine celeste: ma se non proveniva dalla nostra galassia o da altre sorgenti astrofisiche, cosa altro poteva averlo causato, se non l’universo stesso?
A poche miglia di distanza dall’antenna di Penzias e Wilson, un gruppo di cosmologi guidati da Robert Dicke stava nel frattempo cercando di captare esattamente questo tipo di segnale: il calore residuo del big bang, rimasto nell’universo per miliardi di anni e raffreddatosi fino a temperature di pochi gradi sopra lo zero assoluto. Quando Dicke seppe che Penzias e Wilson lo avevano preceduto, fu abbastanza sportivo da spiegare ai due ignari radioastronomi quale fosse la causa del rumore che avevano rivelato: era la prova che l’universo aveva attraversato una fase calda e densa, che il modello del big bang era corretto e quello dello stato stazionario no.
La scoperta della radiazione cosmica di fondo fu annunciata nel 1965, e Penzias e Wilson ebbero il Nobel per la fisica tredici anni dopo. La cosmologia aveva trovato un modello di riferimento, il modello del big bang, e cominciava a essere una scienza basata su osservazioni concrete.
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Se l’universo ha davvero attraversato una fase in cui era enormemente più caldo e più denso di quanto non sia oggi, si deve necessariamente concludere che nei suoi primi istanti di vita esso fosse anche molto più semplice da descrivere: una specie di magma indifferenziato in cui la materia era dissociata nelle sue forme più elementari e nessuna struttura complessa poteva sopravvivere. Questo pone il problema di come sia potuta emergere l’enorme quantità di aggregati di materia che forma la struttura su grande scala dell’universo odierno: stelle, galassie, ammassi di galassie, un’architettura complicata e di grande ricchezza. La forza di gravità è un’instancabile costruttrice, in grado di ammassare la materia su se stessa in modo formidabile, e inoltre ha avuto miliardi di anni per agire: ma deve sempre partire da un nocciolo iniziale. Bisogna quindi ipotizzare che piccolissimi grumi di materiale abbiano fornito l’impalcatura di partenza per la lenta creazione delle gigantesche strutture cosmiche.
Se ciò è vero, queste lievi disuniformità dovevano essere presenti già al momento in cui la radiazione di fondo ha iniziato il suo viaggio attraverso l’universo, circa 380 mila anni dopo il big bang. Un’immagine molto sensibile della radiazione cosmica di fondo dovrebbe allora mostrare zone leggeremente più calde e leggeremente più fredde della media, in corrispondenza a regioni di universo che erano un po’ più dense o un po’ meno dense della media.
Inoltre, se la radiazione cosmica di fondo è davvero il residuo di un’epoca in cui l’intero universo era incandescente e la materia atomica era scomposta nei suoi costituenti elementari (protoni, neutroni ed elettroni liberi) essa deve avere una caratteristica molto precisa: deve avere una distribuzione energetica di corpo nero, la stessa che ha la radiazione emessa da una stella o quella presente dentro un forno. Un corpo nero che 380 mila anni dopo il big bang era a circa 3000 gradi Kelvin, ma che oggi dovrebbe trovarsi tutto intorno a noi a circa 3 gradi Kelvin.
La conferma di queste due previsioni chiave del modello del big bang (la natura di corpo nero della radiazione cosmica di fondo, e la presenza di minuscole fluttuazioni nella sua temperatura in direzioni diverse del cielo – le cosiddette anisotropie) è stata inseguita dai cosmologi per oltre venticinque anni dopo la scoperta di Penzias e Wilson. Alla fine, ci è voluta una missione spaziale appositamente progettata dalla NASA per ottenere il successo sperato. Agli inizi degli anni novanta, il satellite COBE, con i due esperimenti FIRAS (guidato da John Mather) e DMR (guidato da George Smoot) ha fatto fare un’ulteriore balzo in avanti alla ricerca cosmologica.
Sono bastati soltanto nove minuti di osservazioni a FIRAS (uno spettrometro costruito per misurare la distribuzione energetica dei fotoni osservati) per stabilire la natura di corpo nero della radiazione cosmica di fondo e la sua temperatura: 2.725 K. La radiazione cosmica di fondo è così precisamente rispondente alla descrizione teorica ideale di un corpo nero che non se ne conoscono altri casi analoghi né in natura né in laboratorio.
La scoperta delle anisotropie è stata più laboriosa. Il radiometro differenziale DMR (un dispositivo in grado di misurare differenze di temperatura lievissime tra zone diverse del cielo) ha dovuto operare per diversi mesi, e man mano che i dati venivano analizzati veniva esclusa la presenza di anisotropie con un grado di precisione crescente. Nel 1992, quando ormai sembrava che la ricerca fosse sul punto di dare esito negativo, il team guidato da Smoot annunciò di aver trovato l’evidenza che le fluttuazioni esistevano ed erano più o meno del livello previsto dai modelli teorici: qualche decina di milionesimo di grado Kelvin. Un ulteriore straordinario successo per il modello del big bang e per la cosmologia.

I risultati di COBE davano inoltre credito a una rivoluzionaria teoria introdotta negli anni ottanta per spiegare, tra le altre cose, proprio la presenza di lievi disuniformità nell’universo primordiale: l’inflazione, proposta dal fisico teorico Alan Guth, un esempio di fecondo interscambio tra le teorie più speculative della fisica delle particelle e la descrizione dell’origine dell’universo tentata dalla cosmologia moderna. Secondo l’inflazione, i semi da cui ha avuto inizio la formazione di struttura hanno avuto origine una minuscola frazione di secondo dopo il big bang, in seguito all’agitazione casuale prevista dalla meccanica quantistica per la materia alle scale subatomiche (il principio di indeteminazione di Heisenberg). Ecco quindi che il legame tra fisica fondamentale e cosmologia, essenziale per capire le prime fasi di vita dell’universo, viene rafforzato proprio dai risultati di COBE.

Figura 1. La mappa delle lievi fluttuazioni di temperatura (poche decine di milionesimi di grado Kelvin rispetto alla media, che è di 2.725 gradi Kelvin) misurata dall’esperimento DMR a bordo del satellite COBE (Immagine archivio LAMBDA/NASA: http://lambda.gsfc.nasa.gov/).

"Purtroppo la piantina dell'universo non viene riprodotta sul forum con il copia e incolla, ma si tratta di un un disegno a forma di uovo schiacciato riportanti delle macchie rosse sfocato tendente al rosa e delle zone celesti azzurro. In pratica si distinguino i punti più caldi e quelli più freddi dell'universo"

Lo straordinario successo di COBE ha funzionato da catalizzatore, mettendo in moto un’attività di ricerca senza precedenti. Negli ultimi dieci anni lo studio della radiazione cosmica di fondo è diventato uno dei settori più competitivi non solo della cosmologia ma della fisica in generale. I risultati di COBE sono stati confermati e raffinati da un numero enorme di esperimenti, per lo più condotti da terra o con apparati montati su palloni stratosferici. Tra questi ultimi, un ruolo da protagonista lo hanno svolto due collaborazioni internazionali, MAXIMA e BOOMERANG, che a cavallo del nuovo millennio hanno osservato con occhio molto più acuto di COBE la struttura fine delle anisotropie. Lo scopo era quello di costruire una statistica dettagliata delle “macchie” di temperatura, per verificare una delle previsioni più affascinanti delle teorie cosmologiche basate sul modello del big bang e sull’inflazione: la presenza di onde sonore nell’universo primordiale, causate dall’alternarsi di fasi di compressione e rarefazione messe in moto dai processi di formazione delle strutture.
MAXIMA e BOOMERANG hanno mostrato la prima evidenza della presenza di queste onde acustiche, osservando la frequenza fondamentale dei modi di oscillazione, analoga a quella che stabilisce l’altezza della nota prodotta da una corda vibrante. Questa frequenza fondamentale è associata a una precisa lunghezza d’onda che può essere dedotta dalla dimensione angolare media delle macchie sulla radiazione di fondo. Una conseguenza straordinaria di questa osservazione è che la dimensione angolare osservata varia a seconda della geometria dell’universo, semplicemente perché i fotoni viaggiano lungo traiettorie diverse in universi di geometria diversa. La geometria dell’universo è stabilita, secondo la teoria della relatività generale di Einstein, dal suo contenuto complessivo di materia. Quindi misurare la frequenza fondamentale delle oscillazioni acustiche equivale a “pesare” l’universo. Dalle misure di MAXIMA e BOOMERANG si è dedotto che la geometria dell’universo è di tipo euclideo, ovvero piatta (i fotoni viaggiano cioè lungo traiettorie parallele), e che quindi la sua densità complessiva deve essere pari a un certo valore critico. Un sogno inseguito dai cosmologi per decenni, quello di ottenere un inventario del contenuto dell’universo, è diventato quindi realtà, di nuovo grazie allo studio della radiazione cosmica di fondo.
Dove siamo oggi? Il successore di COBE, il satellite WMAP, lanciato dalla NASA per osservare la radiazione cosmica di fondo con una precisione e un dettaglio angolare molto maggiore, ha prodotto i suoi primi risultati nel 2003, e ha da pochi mesi pubblicato i risultati aggiornati dopo tre anni di osservazioni. È molto probabile che le osservazioni di WMAP, e prima ancora quelle di MAXIMA e BOOMERANG e degli altri esperimenti, abbiano giocato un ruolo decisivo nel convincere i membri dell’Accademia delle Scienze svedese ad assegnare il Nobel 2006 a Smoot e Mather. I risultati di COBE sono stati infatti ormai confermati al di là di ogni ragionevole dubbio.
Ma i dati di WMAP hanno svelato molti altri misteri del nostro universo, rivelando la presenza di armoniche che si accompagnano alla frequenza fondamentale delle oscillazioni acustiche primordiali, analoghe a quelle che conferiscono un timbro specifico alla nota emessa da uno strumento musicale. La misura della struttura dettagliata di queste armoniche (il loro spettro in frequenza) ha permesso di effettuare stime molto accurate dei parametri cosmologici che stabiliscono le proprietà fisiche dell’universo. Ad esempio, grazie a WMAP oggi sappiamo non solo qual è la densità totale dell’universo, ma anche che essa non è spiegabile dalla massa complessiva di tutta la materia atomica (che raggiunge appena il 5 per cento del totale). È molto probabile che sia presente una grande quantità (fino al 25 per cento circa) di materia oscura di natura ancora ignota e, fatto ancora più sorprendente, una ancora più grande quantità di energia oscura, con proprietà particolarmente misteriose, tali da portare l’universo ad accelerare la sua espansione sotto il dominio di una forma di gravità repulsiva. Sulla natura dell’energia oscura è al momento aperta una forsennata attività di indagine, che si serve, oltre che dello studio della radiazione cosmica di fondo, anche di altri tipi di osservazioni cosmologiche.

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I dati di WMAP hanno inoltre ulteriormente consolidato l’idea che qualcosa di simile a quanto ipotizzato dalla teoria dell’inflazione abbia avuto luogo nell’universo primordiale, anche se i dettagli precisi hanno ancora bisogno di essere raffinati. Alcuni risultati di WMAP, d’altra parte, lasciano aperti dubbi che dovranno essere affrontati nei prossimi anni da ulteriori osservazioni. Particolarmente interessante è il fatto che le anisotropie su scale angolari molto grandi sembrano essere meno intense del previsto: detto in altri termini, le frequenze molto basse nello spettro acustico sembrano essere soppresse. Se questo sia dovuto a un semplice accidente statistico (la nostra posizione nell’universo è una fra le tante possibili, e potremmo trovarci in una regione con caratteristiche leggermente diverse dalla media) oppure se sia un’indicazione di qualche fenomeno fisico non ben compreso, è ancora oggetto di controversia. Una possibile spiegazione potrebbe essere fornita dai modelli di universo con topologia compatta: universi cioè di forma non banale che, ad esempio, hanno un volume finito pur avendo una geometria euclidea e nessun limite fisico. Prima però di abbandonare i modelli classici di universo bisognerà avere evidenze molto più schiaccianti di quelle attuali.
Altre novità importanti dei nuovi risultati di WMAP riguardano proprio le previsioni della teoria dell’inflazione. I dati attuali sembrano mostrare una preferenza per fluttuazioni di densità di ampiezza maggiore su scale più grandi: un fatto che, se confermato, potrebbe servire a restringere il campo dei modelli accettabili di inflazione. Sembra invece accantonata la possibilità che la reionizzazione degli atomi di idrogeno (dovuta al rilascio di energia che accompagna la formazione delle prime generazioni di stelle) sia stata molto precoce: questo risultato, ottenuto nel corso della prima analisi dei dati di WMAP, aveva causato un forte interesse tra gli astrofisici che esplorano le epoche oscure dell’universo, cioè la lunga fase che precede la nascita delle galassie.
Nel prossimo futuro, il satellite Planck dell’ESA (che verrà lanciato nel 2008) potrà risolvere molti dei dubbi residui. Ad esempio, la sua capacità di risolvere minuscoli dettagli sarà tale da consentirgli di ricostruire l’intero spettro acustico, fino a frequenze così alte da non mostrare più oscillazioni (infatti, proprio come avviene nell’aria, le onde sonore di frequenza troppo alta non riescono a propagarsi nell’universo primordiale). La grande ricchezza di informazioni celate nello spettro verrà portata interamente alla luce da Planck, permettendo di stimare i parametri cosmologici con un livello di precisione mai raggiunto prima. Inoltre, restano ancora quasi completamente inesplorate le proprietà di polarizzazione della radiazione cosmica di fondo. Gli esperimenti DASI e, più di recente, BOOMERANG e WMAP, hanno misurato le prime evidenze dell’esistenza di una componente polarizzata al livello previsto dalla teoria, ma ancora molto dovrà essere fatto per portare alla luce tutte le potenzialità racchiuse in questo nuovo filone di ricerca. Anche in questo, Planck sarà in grado di dare un contributo fondamentale.
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La radiazione cosmica di fondo è stata negli scorsi quarant’anni una fonte preziosa di informazioni sulla natura del cosmo. Non sappiamo quali altre sorprese ci riserva ancora lo studio di questo affascinante residuo fossile del big bang. Solo il tempo potrà rispondere a tutte le domande che aspettano una risposta, inclusa quella che molti si saranno fatti dopo l’annuncio del 3 ottobre 2006: c’è un altro Nobel nel futuro della radiazione cosmica di fondo?

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L’autore. Amedeo Balbi è ricercatore presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma “Tor Vergata”. Laureato in fisica e dottore di ricerca in astronomia, si occupa di astrofisica e cosmologia, in particolare dello studio della radiazione cosmica di fondo. Ha pubblicato numerosi articoli di ricerca su riviste scientifiche internazionali. Oltre all'attività didattica per i corsi di laurea e di dottorato, tiene regolarmente conferenze e seminari, anche per non specialisti. In passato ha lavorato tra l'altro all'Università di Berkeley in California con George Smoot (premio Nobel 2006 per la fisica), collaborando all'esperimento MAXIMA, uno dei primi a produrre immagini dettagliate della radiazione cosmica di fondo e a misurare la geometria dell’universo. Tra le sue attività attuali c'è la partecipazione alla realizzazione della missione spaziale Planck dell'ESA.

Saluti.
Giancarlo

Ok Eritiko, questo credo sia il tuo campo, quindi io cercherò di capire da te.

Io ho detto che l'energia non si perde (e mi sembra che tu dica uguale).

Siccome ho a cuore gli esempi che a noi umani non conoscitori della materia scientifica sono come il sale per il mare, farò un altro esempio e vediamo se questo corrisponde:

All'inizio del tempo l'universo è come una moneta di carta da 500 euro. Essa è molto calda per l'economia. Ma appena l'universo nasce deve incominciare a spendere quello che ha, e quindi dovrà cambiare le 500 in monete di taglio piu piccolo, due da 200 e una da 100. Piu va avanti la storia dell'universo piu queste monete vengono cambiate e trasformate in monete piu piccole (qualcuno ha ancora monete da 100, qualcun altro sta spendendo gia monete da 20). Tutta questa economia, questo commercio, e questo "lavoro" diventa sempre piu frenetico. Ora noi siamo in un epoca in cui circolano solo monete da 20 in giu. La fine dell'universo avverrà quando le monete saranno diventate tutte da un centesimo, e nessuna moneta da un centesimo produrrà un possibile lavoro (non ci si può scambiare monete dello stesso valore), quindi la grande fabbrica universale avrà fine.

Il problema che mi pongo è: se riunissi tutte le monetine da un centesimo sparse per l'universo, alla fine sempre una moneta da 500 riprodurrò. Quindi la somma è sempre la stessa, le unità saranno quelle non piu divisibili.

Errori ci sono?

Nella domanda iniziale, si chiede: : L'Universo Mantiene Sempre La stessa Temperatura: come ci riesce?.

Ora questa domanda a me sembra un pò strana. Cosa vuol dire sempre la stessa temperatura? La temperatura dipende da quanto lavoro si può fare, e se si può fare del lavoro significa che c'è ancora possibilità di chiedere in prestito denaro (va bhe...da noi comunemente si chiamano stipendi). Se c'è denaro in giro allora si lavora. Quando denaro di scambio c'è significa che ci sono ancora grosse monete in circolazione. Quando non ci si potrà piu scambiare nulla avremo la morte dell'universo. Per morte termica si può intendere senza piu scambi di energia.

Questa domanda però mi sembra come voler supporre che ci sia moneta che entra in quest'universo dalla <<finestra>> (creazione dal nulla di energia che va ad assommarsi alla cifra che c'era all'inizio del big ban).
Oppure si stava pensando all'energia oscura e alla materia oscura?

A me non interessa quale sia il problema, l'importante essere chiari, se no non si capisce nulla

ciao

Giancarlo, scusa ma continuo a non capire perchè leghi la radiazione di fondo alla questione della temperatura o del fatto che la temperatura, localmente, è tale da poter ancora sostenere la vita.
I processi che tengono accese le stelle dipendono dall'equilibrio tra le forze gravitazionali (che tengono brutalmente a comprimere) e le forze di pressione causate dalle reazioni nucleari. Quando questo meccanismo non sarà più possibile non si avrà creazione di altre stelle (Giove potrebbe essere l'esempio di una stella mancata), ed anche localmente (nelle galassie) si andrà verso il "gelo". Finchè ci sarà idrogeno in buona quantità e finchè le forze gravitazionali saranno in grado di far ammassare materia e farle assumere temperature tali da innescare la fusione, i vari caminetti saranno accesi ed alimentati (quindi la "legna" non viene dall'esterno, ma è presente in quantità notevole all'interno dell'universo).

La radiazione cosmica di fondo è equivalente a quella di un corpo nero a 2.7°K (approssimativamente, perchè non è perfettamente isotropa) ed è legata al fenomeno del redshift cosmologico: espansione metrica dell'universo e conseguente allungamento della lunghezza d'onda della radiazione verso lo spettro delle microonde.

Il tuo esempio sulle banconete, Dubbio, io lo farei al contrario: all'inizio del tempo abbiamo un mare di monetine da 1 cent che formano un insieme indistinto; mentre lo spazio-tempo si espande le monetine si ammassano localmente a creare quella che conosciamo come materia ordinaria. Ad un certo punto non ci saranno più monetine (nè potranno emergere dal vuoto quantistico). Rimarranno solo monete più grandi e banconote, che non potranno però fare quello che facevano le monetine da 1 cent: la somma sarà sempre la stessa, ma tale energia non sarà più in grado di compiere lavoro.
Questo ovviamente se la densità di energia dell'universo è inferiore a quel valore critico che permetterebbe alle forze gravitazionali di vincere la battaglia finale e di ricompattare tutta la materia (big-crunch).

Acc... che confusione che hai fatto, Katerpillar... se vuoi una risposta precisa e diretta, almeno devi formulare la tua domanda in modo chiaro e diretto, anche tu; ti chiedo: qual è veramente la tua domanda?

Suppongo a questo punto sia questa: “come mai la temperatura rimane entro certi paletti termici, tali tra l’altro da consentire la vita dell’uomo?” (domanda alla quale si è già ampiamente risposto e si potrebbe banalmente dire: ma non sarà che la vita su base carbonio si è sviluppata proprio perché le condizioni erano divenute favorevoli...? troppo semplice e lineare, eh?)

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Proviamo, tuttavia, di nuovo sinteticamente... la risposta che dà l’astrofisica è: “l’universo non possiede alcun paletto termico, se non quello della minima temperatura raggiungibile, lo zero assoluto; inoltre dai primi istanti di vita la temperatura si è costantemente abbassata, questo è un fatto sperimentale, e non ci sono motivi o ipotesi scientifiche tali da ritenere che questa non debba abbassarsi ancora, visto l’universo si sta espandendo (accelerando sembra) e va verso il suo equilibrio termodinamico. Tutti gli scenari, da quello di eterna espansione, all’universo oscillante, al big crunch, immaginano un universo che attraversi o giunga in futuri molto remoti in uno stato dove la vita, così come la conosciamo oggi, è impossibile che possa sopravvivere.”

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Il resto, compreso il lungo articolo che hai postato (l’hai letto?), a parte approfondire il tema sulle disomogeneità della radiazione di fondo (che non c’entrano con la tua domanda), non fa che con molte più parole dire ciò che abbiamo già detto. Questo ciò che dice in poche ed abbozzate parole la scienza, a cui evidentemente stai tentando di chiedere ciò che non ti può fornire come risposta.

Se si è tanto sicuri di una cosa, soprattutto immagino riguardo a ciò su cui ti stai interrogando, la si cerca dentro di sé, sentendo senza troppa razionalità ciò che si ha da dire. Interrogare la cosmologia per trovare conferme mi pare molto povero, da un certo punto di vista, ma siamo cresciuti in una cultura dove la teologia è praticamente pura razionalità ed allora anche l’astrofisica diventa materia di conquista per la fede e così la si spoglia dalla sua bellezza, poiché non se ne comprende l’intimo significato.


Sui libri di divulgazione purtroppo non so consigliarti, mi spiace, ne ho letti veramente pochi, potrei dirti i soliti titoli più famosi, degli autori più conosciuti, Hawking, la Hack... ma preferisco di no, visto non li ho letti e non li conosco, spero qualcun altro possa consigliarti.

In ultimo, vorrei dirti che si parla di espansione perché tutte le strutture su grande scala si allontanano da tutte le altre, reciprocamente. Questo mi par sufficiente per parlare di espansione... leggi i siti che ti ho consigliato (quelli per esempio con le risposte di Ulisse) e vedrai che non c’è nessun bisogno per spiegare le cose, le “osservazioni” attuali, di un punto centrale e di uno di massima espansione... semmai poni pure altre domande.


L'immagine che non sei riuscito a caricare la puoi trovare a questo indirizzo, insieme a delle altre "simili": http://map.gsfc.nasa.gov/m_or.html

La prima mostra in particolare ( http://map.gsfc.nasa.gov/m_ig/060913/CMB_ILC_Map75.jpg ) una ricostruzione di tutto il cielo nella regione delle microonde con delle fluttuazioni della temperatura cosmica di fondo dell'ordine dei 200 microKelvin (+/- 0,0002 K); le disomogeneità dunque sono di quest'ordine di grandezza rispetto ai circa 2,7 K medi della radiazione di fondo; tali immagini stanno pure nel tutorial di cosmologia di cui ho dato l'indirizzo nel mio post precedente, dove viene anche spiegato che è questa radiazione di fondo, visto non se ne è veramente parlato proprio, ma, ripeto, mi pare non c'entri granché con la presente discussione, a questo punto.

Il tuo esempio con le monetine, semplificando enormemente tutta la questione, mi sembra condivisibile, se non altro poiché mette in luce tre degli aspetti salienti di cui stiamo parlando:

• la conservazione dell’energia totale (principio base della Fisica);

• l’esistenza di una minima quantità di energia non divisibile (risultato della meccanica quantistica);

• il fatto che, nell’ipotesi (non l'unica) di un’espansione diciamo “eterna”, queste minime unità non più divisibili e distribuite per tutto l’universo (sono esso, nel tuo esempio) non hanno la capacità di produrre “lavoro” dunque d’essere scambiate o meglio di riformare “monete” con valore più elevato, così da rialimentare l’”economia”; non vi sarebbero più differenze, dunque, o come hai detto niente scambi di energia tra zone tutte rappresentate dalle stesse “monetine”.

Dunque, secondo me, è un buon esempio almeno per mettere sinteticamente in luce questi tre aspetti salienti e potrebbe essere utile anche a Kartepillar per farsi un'ulteriore idea della questione.

Il tuo esempio, vista la bontà, ti consente anche di porre le giuste domande a Katerpillar ovvero: sta ipotizzando che qualche moneta nascosta, che "prima" non c'era, entri da qualche parte in modo che l'universo mantenga la medesima temperatura? Beh... spero con questo e con i post precedenti d'aver risposto a questa domanda (negativamente), almeno secondo la visione scientifica attuale.

[b]Il_Dubbio[b]
katerpillar

Veramente, fin dalla prima volta che hai specificato che la legna per alimentare l'universo non può che essere contenuta nell'universo stesso, sono rimasto entusiasta, poiché questa teoria o ipotesi (non sò), dava sostegno ad una mezza idea che ho su tale argomento, anche se non hai specificato come questa legna può tramutarsi in energia, perché se così fosse, avresti sciolto un nodo importantissimo.

Per quanto riguarda la stranezza della domanda, mi sembra curioso che ve ne siete accorti dopo aver scritto pagine e pagine da formare quasi un trattato specialistico, che la domanda poteva essere esposta meglio. Ma nel forum si rivolgono domande su cui non siamo esperti o che ne vorremmo sapere di più, perché se dovessi fare domande sul contenimento dei consumi energetici - branca in cui mi sono cimentato per 35 anni - mi sentirei ridicolo, poiché farei delle domande solo per verificare quanti di voi le conoscono.

Si sarà "notato"che non sono un astrofico, ma ho solo una buona tendenza all'intuizione che alimento con piacere. Questa tendenza mi porta a spaziare nelle direzioni più variegate e, alcune volte, in questo forum, mi sembra di aver sollevato argomenti che valeva la pena di approfondire, anche se qualche volta capita, come sembra capitato, di non formularle nel modo giusto. Per altro:

Il_Dubbiokaterpillar

Quello che ha meravigliato gli studiosi era proprio questo, perché sembra che durante questi passaggi la temperatura media, da calcoli da loro effettuati, dovrebbe essere più bassa, mentre sembra che rimanga costante. Da li la mia domanda: come fa a rimanere costante? qualcuno l'alimenta come il caminetto di casa? Se poi la legna è già in casa (universo chiuso), tanto meglio; ma se l'ipotesi è esatta: come viene trasformata, questa legna, in energia spendibile?
Vi sono solo cambiamenti infinitesimali, come documentato dalla scheda prima riportata.

Il_Dubbio
katerpillar

Essere empirici mi stà bene, ma non mi sono avventurato a tanto.