Concetti Chiave
- Il modello dello stato stazionario propone un universo immutabile nel tempo, con continua formazione di materia, violando però il principio di conservazione della materia e dell'energia.
- Il modello del big bang descrive l'universo come nato da un'esplosione iniziale di densità e temperatura infinite, dando origine a spazio, tempo e materia.
- La teoria del big bang spiega la formazione dei primi nuclei atomici e atomi nei primi minuti e anni successivi all'esplosione, con successiva formazione di protogalassie.
- Prove a favore del big bang includono il moto di recessione delle galassie, la composizione di idrogeno ed elio, e la radiazione cosmica di fondo.
- L'evoluzione dell'universo dipende dalla sua densità, con possibilità di un universo piatto, aperto o chiuso, influenzando l'espansione futura.
L'origine e l'evoluzione dell'Universo è studiata dalla cosmologia. Si sono formate
- modello dello stato stazionario: l'universo non cambia nel tempo e non ha un inizio preciso. Per spiegare il fenomeno della recessione si sostiene che si formi continuamente materia che prende il posto delle galassie che si sono allontanate. Questa ipotesi viola il principio di conservazione della materia e dell'energia.
- modello del big bang: l'universo è nato in seguito ad un esplosione, a partire da una singolarità, uno stato iniziale di densità e temperatura infinite. Questa esplosione creò non solo tutta la materia ma anche lo spazio ed il tempo e avrebbe dato l'avvio all'espansione che continua tuttora.
Il
Modello del big bang
Il
Era di Plank e nucleosintesi
Secondo il modello standard il momento in cui si è originato l'universo è detto tempo zero, collocato tra 15 e 20 milioni di anni fa. I cosmologi sono riusciti a ricostruire la storia dell'universo fino a 10^-43 s dal tempo zero. L'intervallo tra 0 e 10^-43 s è detto era di Plank, nella quale non esistevano ancora lo spazio e il tempo.
- Nei primi tre minuti dopo il big bang (fase di nucleosintesi) la temperatura scese sotto un miliardo di kelvin generando le condizioni necessarie alle prime fusioni nucleari tra protoni. Si formarono così nuclei atomici di deuterio e elio;
- Quattro minuti dopo il big bang, l'universo divenne troppo freddo per innescare nuove fusioni nucleari
- Nei 300.000 anni successivi proseguì l'espansione. Quando la temperatura scese a 3000 K si poterono formare i primi atomi per aggregazione di nuclei ed elettroni;
- Due-tre milioni di anni dopo, le nebulose di gas formatesi in precedenza si condensarono facendo nascere le prime protogalassie.
Evidenze del big bang
1.Il 2.Le percentuali di idrogeno (75%) e di elio (25%) nell'universo attuale indicano che non è possibile che una così grande quantità di elio si sia formata dalle reazioni nucleari delle stelle e quindi non può che essere stata originata dal big bang;
3.La radiazione cosmica di fondo: cioè quei fotoni generati dopo il big bang che, a causa dell'effetto Doppler, si sono trasformati in onde radio.
Tipologie di universo
In base alla densità dell'universo si può determinare quale sia l'evoluzione dell'universo:
- Universo PIATTO: La forza di gravità non sarà sufficiente a causare una contrazione, ma rallenterà l'espansione (densità dell'U. = densità critica) ;
-
Universo APERTO: La densità dell'universo non genera una forza gravitazionale in grado di fermare l'espansione e le galassie continueranno ad allontanarsi e le stelle con il tempo si spegneranno. (dU ;
-
Universo CHIUSO: La densità dell'universo sarà tale da fermare l'espansione e farà contrarre l'universo generando un gigantesco collasso, big crunch (dU > dC). Potrebbe ripetersi il big bang e l'Universo continuerà ad espandersi e collassare.
Domande da interrogazione
- Quali sono le due ipotesi cosmologiche fondamentali sull'origine dell'universo?
- Cosa avvenne nei primi tre minuti dopo il big bang?
- Quali sono le prove a favore della teoria del big bang?
- Quali sono le possibili evoluzioni dell'universo in base alla sua densità?
Le due ipotesi cosmologiche fondamentali sono il modello dello stato stazionario e il modello del big bang.
Nei primi tre minuti dopo il big bang, la temperatura scese sotto un miliardo di kelvin, permettendo le prime fusioni nucleari tra protoni e la formazione di nuclei atomici di deuterio e elio.
Le prove a favore della teoria del big bang includono il moto di recessione delle galassie, le percentuali di idrogeno ed elio nell'universo, e la radiazione cosmica di fondo.
Le possibili evoluzioni dell'universo sono: universo piatto, dove l'espansione rallenta; universo aperto, dove l'espansione continua indefinitamente; e universo chiuso, dove l'espansione si ferma e l'universo collassa in un big crunch.
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