In che cosa si sta espandendo l'universo? - Sajan Saini

Guarda la lezione intera: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-universe-expanding-into-sajan-saini

L'universo è nato con un Big Bang circa quattordici miliardi di anni fa, e da allora ha continuato a espandersi. Ma in che modo si espande l'universo, e in che cosa si sta espandendo? Sajan Saini racconta le teorie esistenti riguardo al Big Bang e che cosa, semmai, si trova oltre il nostro universo.

Lezione di Sajan Saini, diretta da Wooden Plane Productions.

L'universo ha iniziato
la sua vita cosmica con il big bang

circa quattordici miliardi di anni fa,

e da allora non ha smesso di espandersi.

Ma in che cosa si sta espandendo?

Questa è una domanda complicata.

Ecco perché:

la teoria della relatività
generale di Einstein

descrive lo spazio e il tempo come un
tessuto interconnesso dell'universo

Ciò significa che quello che noi
conosciamo come spazio e tempo

esiste solo come parte
dell'universo e non oltre.

Ora, quando gli oggetti
quotidiani si espandono,

si muovono verso uno spazio maggiore.

Ma se non c'è spazio in cui espandersi,

che cosa vuol veramente dire espandersi?

Nel 1929, le osservazioni
astronomiche di Edwin Hubble

ci diedero una risposta definitiva.

Esaminando il cielo notturno,
ha scoperto che le galassie lontane

retrocedono, cioè
si allontanano dalla Terra.

Inoltre, più è lontana la galassia,
più velocemente retrocede.

Come lo possiamo interpretare?

Pensiamo a una pagnotta di pane
all'uvetta che cresce nel forno.

L'impasto cresce in maniera
omogenea in mezzo a ogni uvetta.

Se pensiamo all'uvetta come
a un sostituto per le galassie,

e l'impasto allo spazio tra di loro,

possiamo immaginare che
l'allungamento o l'espansione

dello spazio intergalattico
allontana le galassie una dall'altra,

e per ogni galassia, quelle più lontane
arretreranno di una distanza maggiore

rispetto a quelle più vicine

nello stesso periodo di tempo.

Quindi, le equazioni
della relatività generale prevedono

un tiro alla fune cosmico
tra la gravità e l'espansione.

È solo nel vuoto oscuro tra le galassie
che l'espansione ha la meglio,

e lo spazio si allunga.

Questa è la nostra risposta.

L'universo si espande su se stesso.

Detto ciò, i cosmologi stanno spingendo
i limiti dei modelli matematici

per speculare su cosa, semmai,
esiste oltre il nostro spazio-tempo.

Questi non sono
supposizioni casuali, ma ipotesi

che affrontano le imperfezioni
della teoria scientifica del Big Bang.

Il Big Bang prevede una distribuzione
uniforme della materia nell'universo,

come un gas rarefatto,

ma allora, come sarebbero nate
le galassie e le stelle?

Il modello inflazionario
descrive una breve fase

di espansione estremamente rapida,

legata alle fluttuazioni quantistiche
nell'energia agli inizi dell'universo,

fino alla formazione di agglomerati di gas
che col tempo sono diventati galassie.

Se accettiamo questo paradigma, ciò
implica che il nostro universo rappresenta

una regione in una realtà cosmica
più grande in continua, eterna espansione.

Non sappiamo nulla di questa
realtà speculativa in espansione,

a parte la previsione matematica
che questa espansione continua

possa essere causata da uno stato
di energia quantistica instabile.

In molte zone, però, l'energia
può essersi addensata casualmente

in uno stato stabile, fermando
l'espansione e formando bolle di universo.

Ogni bolla di universo, come la nostra,

può essere spiegata dal proprio Big Bang
e dalle proprie leggi fisiche.

Il nostro universo farebbe parte
di un multiverso più grande,

in cui il fantastico tasso di eterna
espansione rende impossibile

l'incontro con un universo vicino.

Il Big Bang prevede anche che,
in quell'iniziale universo caldo,

le nostre forze fondamentali
possano essersi unite in una super forza.

La teoria matematica delle stringhe
propone una spiegazione di questa unione,

in aggiunta alla struttura fondamentale
di quark subatomici e degli elettroni.

Nei modelli proposti, le corde vibranti
sono mattoni che costituiscono l'universo.

I modelli delle stringhe in competizione

sono stati unificati
in un'unica definizione,

e si suggerisce che queste
strutture possano interagire

con superfici di grandissima
dimensione chiamate brane.

Il nostro universo può essere
contenuto in una di queste brane,

mentre fluttua in una dimensione
superiore sconosciuta,

scherzosamente chiamata
"l'ammasso", o iperspazio.

Altre brane, contenenti vari universi,
potrebbero coesistere nell'iperspazio,

e brane vicine potrebbero condividere
alcune forze fondamentali come la gravità.

Sia l'espansione eterna sia le brane
descrivono un multiverso,

ma mentre gli universi
in eterna espansione sono isolati,

gli universi di brane possono
collidere l'uno contro l'altro.

Potrebbe esserci un'eco di tale collisione
nello sfondo cosmico di microonde,

un mix di radiazioni nel nostro universo,
reliquia dell'era del Big Bang.

Fino ad ora, però, non abbiamo
trovato nessun'eco cosmico.

Alcuni sospettano che queste
varie ipotesi sul multiverso

possono alla fine fondersi
in una descrizione unica

o essere sostituite da qualcos'altro.

Per ora, sono ricerche speculative
di modelli matematici.

Mentre questi modelli sono ispirati e
guidati da molti esperimenti scientifici,

sono pochi gli esperimenti oggettivi
per testarli direttamente, per ora.

Mentre aspettiamo l'arrivo
del prossimo Edwin Hubble,

gli scienziati si troveranno a discutere
l'eleganza dei loro modelli concorrenti,

e continueranno a immaginare, casomai,
che cosa c'è oltre il nostro universo.