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La legge di Hubble

Il quadro dell’universo che possiamo vedere non ci offre un'illustrazione di come l’universo stesso è oggi, ma è un'immagine composita in cui, quanto più l’oggetto è lontano, tanto più è antico l’aspetto che ne osserviamo. Una galassia che si trova a 5 miliardi di anni-luce da noi ci appare come era 5 miliardi di anni fa. Accanto a queste considerazioni dobbiamo ricordare una delle più grandi scoperte di questo secolo fatta nel 1929 da Edwin Powell Hubble. Egli osservò negli spettri di alcune galassie un progressivo spostamento verso il rosso, deducendo che tali galassie si allontanavano alla velocità di migliaia di km/s. Si accorse anche che lo spostamento verso il rosso negli spettri di galassie che si trovavano a distanze note aumentava con l’aumentare di tali distanze. La legge di Hubble afferma dunque che le galassie si stanno allontanando con una velocità tanto più alta, quanto più sono lontane. Il rapporto tra la velocità di allontanamento delle galassie e la loro distanza dalla terra è costante, e viene indicata con

[math]H_{0}[/math]
, nota come Costante di Hubble.
[math]\frac{V}{D}[/math]
=
[math]H_{0}[/math]

Attualmente le stime di

[math]H_{0}[/math]
variano tra gli 80 e i 150 km/s.
V è la velocità misurata in km/s, mentre D è la distanza misurata in Mps (megaparsec).
La recessione delle galassie si può spiegare solo se si ammette che l’Universo è in espansione.
Sulle basi di questa legge si basano le due teorie cosmologiche, per certi aspetti antitetiche, sulla nascita dell’universo.

L’universo stazionario
Si può pensare che, se l’Universo si espande, nel passato la sua massa doveva essere concentrata in uno spazio minore, ma questa conclusione non è poi cosi ovvia. La fisica infatti propone un Principio Cosmologico, in base al quale l’Universo dovrebbe essere immutabile e uniforme. Se si estende nel tempo, tale principio comporta che l’Universo deve apparire in media sempre uguale. Su tale principio si basava la teoria dell’Universo Stazionario. Per giustificare la recessione delle galassie, che comporterebbe la diminuzione della densità media dell’Universo, la teoria afferma che ci sarebbe una continua creazione nello spazio di nuova materia,la cui aggregazione finirebbe per creare nuove galassie in sostituzione di quelle lontane. Nonostante la teoria preveda la formazione di un solo atomo di idrogeno per m3 ogni miliardo di anni,la teoria ha incontrato molte difficoltà a cominciare dalla mancanza di conferme circa la possibilità di formazione di nuova materia.

L’universo inflazionario
L'idea di un Universo stazionario rifletteva la preoccupazione di evitare il concetto di un inizio e di condizioni iniziali dell'Universo. La teoria dell’espansione dell’Universo fu proposta da G. Gamow negli anni 40 del XX secolo, quando descrisse un Universo in continua evoluzione, che aveva avuto origine in uno stato primordiale, detto Big Bang (grande scoppio). Questa teoria è nota come la Teoria dell’Universo Inflazionario. Essa può essere sintetizzata in 5 punti essenziali.

1) All’inizio del tempo, nelle istanze zero (dagli 11 ai 15 miliardi di anni fa, forse 12), l’Universo doveva essere più piccolo di un atomo, con una densità pressoché infinita e ad una temperatura di miliardi di gradi. Non sappiamo come fosse fatto questo atomo di energia, ma in un determinato momento questo "uovo cosmico" si è squarciato con un'esplosione immane, il Big Bang. Lo spazio esterno in cui potesse dilatarsi prima dell’esplosione era inesistente, e si creò a partire dall’esplosione stessa.

2) Negli attimi successivi all’esplosione - si parla di pochi secondi - l’Universo sarebbe passato attraverso una brevissima fase durante la quale le forze fondamentali si sarebbero comportate in maniera diversa rispetto ad oggi. Di conseguenza si sarebbe verificata una violentissima espansione (inflazione) che avrebbe fatto aumentare il volume di miliardi di volte. La temperatura sarebbe scesa fino a toccare lo zero assoluto.

3) La temperatura non sarebbe però rimasta tale. Infatti subito dopo si sarebbe liberata una grandissima quantità di calore. L’Universo, ormai sfera di fuoco, avrebbe continuato la sua inflazione, ma con un ritmo più lento. Questa è anche detta la fase della radiazione. Infatti è questo il momento in cui si originano neutroni, protoni e gli elementi chimici più semplici. Si formò la materia e l’antimateria.

4) Con la formazione di idrogeno neutro, la materia si separò da tutto l’agglomerato e si avviò a diventare la componente dominante dell’Universo. La radiazione emessa dalla sfera di fuoco ad alta temperatura si irraggiava in ogni direzione. Questa è l’unica fase di cui siamo certi, dal momento che ne abbiamo tracce sicure. Infatti il residuo di questa radiazione si troverebbe nell’esistenza di una radiazione di fondo, probabilmente il residuo della radiazione iniziale.

5) Dopo il primo miliardo di anni, l’Universo cominciava a prendere l’aspetto che più si approssima a quello moderno. La temperatura è quella di una stella, la materia è fatta di idrogeno, elio, elettroni, protoni. Dove la densità dei gas è maggiore, l’idrogeno si condensa a causa della gravità e dà origine ad esplosioni. Da queste esplosioni nascono i Quasar. Mentre l’evoluzione continua, i Quasar diventano sempre più rari e iniziano a formarsi le galassie a spirale, formate da milioni di stelle. A partire dall’evoluzioni delle stelle si vanno formando gli elementi chimici più pesanti.

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