Fine dell'Universo

La fine dell’universo

Liceo Scientifico Niccolò Copernico

La fine dell’universo Tesina di:

Muna Haik

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Anno scolastico 2010/2011

Indice

1. Introduzione....................................................p. 4

2. L’universo di Einstein........................................p. 5

2.1 I diversi destini dell’universo............................p. 7

2.2 Spazi piatti o curvi...........................................p. 9

2.3 La curvatura dello spazio...................................p. 10

3. Spencer, una visione quasi profetica...................p. 14

4. Leopardi, il cosmo e la fine del mondo................p. 17

4.1 Le operette morali..............................................p. 18

4.2 Il Cantico del Gallo Silvestre..............................p. 20

4.3 Il Frammento apocrifo di Stratone di Lampsaco...p. 22

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4.4 La visione meccanicistica e materialistica e il pessimismo cosmico leopardiano........................................p. 25

5. Bibliografia e sitografia.......................................p. 29

Introduzione

La contemplazione del cielo è una delle più antiche attività umane: ispira da sempre suggestione e meraviglia, portando l’uomo a porsi molti quesiti.

All’alba della civiltà queste domande ebbero una risposta di tipo religioso; per questo motivo in quasi tutte le antiche culture, gli astronomi rivestivano anche il ruolo di sacerdoti. Di conseguenza, nonostante essi osservassero gli astri, non potevano non privilegiare l’aspetto fideistico a quello scientifico.

L’interpretazione religiosa influenzò successivamente anche quella filosofica, che si consolidò in Grecia con Aristotele: degli dei gli oggetti celesti ereditarono caratteristiche quali l’immutabilità e l’eternità. Ad esempio, Aristotele teorizzava un universo geocentrico ed eterno e supponeva che tutti i corpi celesti si muovessero attorno alla Terra compiendo orbite circolari.

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Solo con le osservazioni galileiane la cosmologia diventò scienza.

Ma la concezione di un universo in evoluzione è propria del XX secolo: solo allora, infatti, la cosmologia divenne una branca della ricerca astronomica.

Gli argomenti cosmologici su cui ci si interroga da sempre sono tre: l’origine dell’universo, l’entità del cosmo e la fine a cui questo stesso potrebbe andare incontro.

Questa è una semplice presentazione sulle teorie scientifiche più accreditate sulla possibile fine dell’universo.

2. L’universo di Einstein

“Tra il 1917 e il 1925, ad alcuni anni di distanza, un fisico geniale e un telescopio gigantesco, maneggiato da un astronomo di pari livello, apportarono alla filosofia della natura l’uno un’idea, l’altro una visione dell’universo, di quale non si sa dire quale fosse la più sorprendente e la più eccitante. La cosmologia moderna è nata da quest’incontro...” Così scriveva Merleu-Ponty all’inizio del suo libro sulla cosmologia del XX secolo. Il fisico e l’astronomo sono rispettivamente A. Einstein e E. Hubble.

Sviluppando la Relatività Generale, Einstein costruì le basi teoriche della cosmologia fisica. Tuttavia, quando venne ora di applicare le sue equazioni alla struttura dell’universo, Einstein si basò sulle (scarse) osservazioni e i (molti) preconcetti del suo tempo che prescrivevano un universo statico. Dato che le equazioni prevedevano un universo in movimento, Einstein truccò le equazioni per aggiungere un termine stabilizzante, la cosiddetta costante cosmologica. La teoria della relatività generale si basa fondamentalmente su due idee:

• La presenza delle masse curva lo spazio-tempo.
• I corpi che vengono sottoposti alla forza di gravità devono essere considerati come particelle libere che si muovono seguendo le curve proprie dello spazio-tempo dette geodetiche.

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Come coronamento della teoria della relatività Einstein costruì le equazioni di campo. Queste permettono di calcolare la geometria dello spazio quando si ha la distribuzione delle masse in esso presenti.

Alcuni anni dopo Hubble scoprì che l’universo invece si espande con una caratteristica legge lineare (due galassie si allontanano con una velocità proporzionale alla loro distanza) immediatamente deducibile dalle equazioni di Einstein aggiungendo le più semplici assunzioni sulla struttura dell’universo: identico in ogni punto ci si trovi e in qualsiasi direzione si guardi.

V=Hd

La costante di E. Hubble è un numero che esprime la rapidità con cui l’universo si sta espandendo, e non è affatto costante perché cambia con il passare del tempo e varia tra 50 e 100 km/s/Mpc.

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2.0 I diversi destini dell’universo

I possibili scenari che rappresentano la fine dell’universo sono fondamentalmente tre: il Big Freeze, il Big Crunch ed il Big Rip. Nel modello Big Freeze si prevede un’espansione infinita dell’universo che allontanerebbe gli astri tra loro. Questa lontananza porterebbe l’universo al congelamento e quindi alla morte.

Nel modello Big Crunch l’espansione dell’universo cesserebbe perché la densità dell’universo avrebbe generato una forza gravitazionale capace di fermare l’espansione. A questo punto l’universo collasserebbe su sé stesso.

Nel terzo modello, il Big Rip, l’accelerazione aumenterebbe sempre di più, portando alla fine della vita.

Illustrazione 1: l’immagine rappresenta le possibili evoluzioni dell’universo

Attualmente l’Universo si sta espandendo, ma non si sa ancora quale sarà il suo destino; gli astrofisici affermano che quest’ultimo dipenda dalla sua densità, ovvero dalla quantità di materia in esso presente. A livello teorico è stata calcolata la densità dell’universo in relazione alla quantità di materia e a questo valore è stato dato il nome di densità critica, mentre dal punto di vista

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sperimentale la quantità di materia è stata calcolata in modo statistico. Fu Einstein il primo a ipotizzare la presenza nell’universo di più materia di quanto se ne veda, osservando la forza di gravità che agisce in esso; quando due corpi lontani accelerano l’uno rispetto all’altro, il cambiamento della loro gravità arriva a noi sotto forma di onde gravitazionali, cioè di onde che si propagano alla velocità della luce.

Oggigiorno si ritiene che il 90% dell’universo sia composto da materia oscura.

I cosmologi hanno fissato un valore teorico per la massa dell’universo, detto massa critica. Se la massa critica e quella reale dovessero coincidere allora l’attrazione tra la materia (gravità) e la forza d’espansione dell’universo sarebbero perfettamente bilanciate. Di conseguenza l’espansione ad un certo punto cesserebbe grazie all’equilibrio tra le due forze, in questo caso si parla di universo piatto.

Se la massa reale, invece, fosse inferiore alla massa critica, la forza di gravità non sarebbe sufficiente ad equilibrare quella d’espansione, che prevalerebbe; si avrebbe quindi un Universo aperto. Il destino di un Universo piatto e di un Universo aperto è simile: con l’esaurirsi del carburante delle stelle, il cosmo diventerebbe un luogo desolato, sempre più buio e sempre più freddo, fino a raggiungere lo zero assoluto (in questo caso si parla di Big Freeze).

Diverso invece è il destino di un Universo chiuso, che si avrebbe se la massa della materia che lo compone fosse maggiore della massa critica. In questo caso, in un remoto futuro la forza gravitazionale avrebbe la meglio sull’espansione. Le galassie inizierebbero ad avvicinarsi le une alle altre, finché l’Universo imploderebbe su sé stesso in un processo opposto a quello del Big Bang, chiamato Big Crunch (grande stritolamento).

Sebbene le osservazioni più recenti facciano supporre che la massa reale dell’Universo sia molto vicina a quella critica, il problema della geometria e del destino del cosmo rimane aperto. Una delle difficoltà che caratterizza questa

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ricerca è rappresentata dalla scoperta che la maggior parte della materia di cui è fatto l’Universo non è visibile poiché appunto materia oscura.

Comprendere la natura di questa materia oscura e determinarne la quantità sarà essenziale per svelarci se lo spazio è davvero infinito, e quale sarà il nostro ultimo destino.

2.1 Spazi piatti o curvi

Fino ai primi decenni dell’800 nessuno aveva pensato di mettere in discussione la geometria euclidea, in quanto considerata l’unica concepibile.