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PARADOSSI Storie di illusioni e verità rovesciate Alessio Vezzoni - 5^BLT |
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PARADOSSI Storie di illusioni e verità rovesciate Alessio Vezzoni - 5^BLT |
Il paradosso di Olbers, o paradosso della notte buia, è appunto uno di quegli enigmi particolarmente tenaci che per molto tempo hanno tormentato gli scienziati. Pare sia stato scoperto nel Settecento, e per oltre due secoli ha tenuto testa a parecchi tentativi di risoluzione; solo le moderne conoscenze astronomiche hanno potuto fare più luce su questo problema.
Guardando il cielo notturno, vediamo un'immensa distesa buia, punteggiata da varie stelle, pianeti o in alcuni casi galassie. Tutto questo non ha mai sorpreso nessuno, fino a quando, nel 1823, l'astronomo tedesco Olbers formulò quello che prese appunto il nome di "paradosso di Olbers": “come è possibile che il cielo notturno sia buio nonostante l'infinità di stelle presenti nell'universo?”
A quell'epoca si credeva che l'universo fosse statico, cioè immutabile e immutato da milioni di anni, infinito ed uniformemente popolato di stelle, cioè con la stessa densità ovunque. Furono proprio queste le ipotesi che ispirarono Olbers per il suo paradosso.
Egli seguì questo ragionamento: immaginiamo una linea retta di lunghezza infinita che abbia origine dalla terra e punti in una qualsiasi direzione verso la volta celeste; date come premesse le ipotesi cosmologiche sopra riportate, tale retta dovrà necessariamente, prima o poi, incontrare una stella. Essa potrà anche proseguire per distanze enormi ma dato che l'universo è infinito, prima o poi incrocerà una stella. Questo significa che la luce di questa stella potrebbe arrivare fino a noi, infatti i raggi luminosi viaggiano in linea retta e la stella ha un'età infinita quindi la luce da essa generata ha avuto tutto il tempo per percorrere la distanza che la separa dalla Terra. Generalizzando, possiamo immaginare infinite rette con origine sulla terra che puntano in tutte le possibili direzioni verso la volta celeste: ognuna di esse incrocerà prima o poi una stella, e ognuna di queste stelle sarà perciò visibile da noi. Questo vuol dire che, in qualsiasi direzione volgiamo lo sguardo nel cielo, dobbiamo vederlo illuminato dalla luce di qualche stella lontana. Morale della favola: tutta la volta celeste dovrebbe essere costantemente illuminata come di giorno, anche dopo il tramonto del sole, e la notte non dovrebbe esistere.
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Diversi sono stati i tentativi di risolvere la questione.
Per molto tempo si è ritenuto che l'estensione del cosmo fosse limitata e che tra le stelle si intravedesse uno sfondo scuro. Questa ipotesi presume naturalmente che l'osservatore, cioè la Terra, si trovi centro dell'universo, ed è stata resa obsoleta dal crollo filosofico del geocentrismo.
Nel seicento si è ipotizzato che nubi di polvere presenti nello spazio vuoto oscurino le stelle lontane. Questa soluzione non regge all'analisi in quanto la radiazione assorbita scalderebbe la materia fino a farle riemettere la stessa quantità di luce (Radiazione di corpo nero). Lo stesso Olbers si era orientato inizialmente verso questa soluzione erronea.
Un'ulteriore possibilità è che la velocità della luce sia limitata e l'universo esista da un tempo limitato. In realtà la velocità della luce era già approssimativamente nota dal XVII secolo, misurata da Ole Romer, ma questa soluzione stranamente non fu mai molto considerata.
Per risolvere il paradosso dobbiamo rinunciare almeno in parte alle premesse sulle quali abbiamo basato il nostro ragionamento. Possiamo farlo senza grandi difficoltà dato che le moderne teorie cosmologiche propongono un quadro dell'universo ben diverso da quello su cui si è basato Olbers. Sono due i nuovi elementi che hanno un peso importante nella risoluzione del paradosso: l'espansione dell'universo e la sua età finita. Ed è qui che entrò in gioco Hubble.
L'espansione dell'universo è regolata appunto dalla Legge di Hubble: la velocità con cui una galassia (con le sue stelle) si allontana dalla Via Lattea (la nostra galassia) è proporzionale alla sua distanza da essa cioè v=hd dove h è la costante di Hubble.
Dal nostro punto di vista quindi, le galassie appaiono allontanarsi con velocità proporzionale alla distanza, fino ad un limite oltre il quale sembrerebbero allontanarsi alla velocità della luce, e perciò non saremmo in grado di vederle. Le stelle e le galassie lontane inviano verso di noi la loro luce, ma maggiore è la velocità di allontanamento, detta "di recessione", minore è l'intensità della luce inviata verso la terra (effetto red shift “spostamento verso il rosso”: lo spettro delle stelle che si allontanano anno le righe spostate verso il rosso e quindi verso un intensità minore); per velocità di recessione molto alte l'intensità della luce si riduce talmente da scendere sotto la soglia del visibile e quindi diventando per noi impossibile da vedere: per questo vedremmo il cielo buio di notte.
L'età finita dell'universo, che si ritiene essere compresa tra i 15 e i 18 miliardi di anni, identifica la sua porzione a noi visibile (15-18 miliardi di anni luce in ogni direzione), anche supponendo che esso sia infinito. Questa porzione contiene un numero di galassie finito con una distribuzione che non copre tutte le possibili viste sulla volta celeste; al contrario, la loro distribuzione è abbastanza rada. Quindi il paradosso è risolto, poiché non è vero che ovunque guardiamo vediamo una stella. Per nostra fortuna quindi, possiamo tranquillamente goderci le nostre ore di sonno...notturno.
Il paradosso di Olbers, oltre a rivestire una certa importanza storica, ci consente alcune considerazioni di portata più generale. Si tratta infatti di uno di quei paradossi che si sono inseriti nel dialogo scientifico, avvenuto in questo caso tra i sostenitori di due modelli cosmologici differenti: quello di un universo statico e immutabile e quello di un universo dinamico e in espansione regolato dalla scoperta di Hubble. Come abbiamo visto, il paradosso è stato in grado di mettere in evidenza alcune incrinature nel primo, le cui premesse portavano a conclusioni incoerenti con la nostra esperienza. Ovviamente, la scelta per il secondo modello è avvenuta non certo grazie a Olbers ma a seguito di un dialogo scientifico molto più ampio e suffragato da evidenze sperimentali.
È tuttavia interessante notare come i paradossi ma soprattutto questo in particolare sia riuscito a mettere in crisi un modello scientifico ben stabile. Possiamo vedere i paradossi come visti come una sorta di campanelli d'allarme che devono spingere scienziati e studiosi a rivedere bene le basi di tali teorie colpite dal paradosso. Era probabilmente questo che intendeva Bertrand Russell quando affermò che le teorie scientifiche dovevano sapersi misurare con gli indovinelli.
E lo stesso Russell fu coinvolto nella rivoluzione della teoria dell'insiemistica, che è spiegata nella sezione Paradossi Matematici.
Abbiamo detto che Olbers con il suo paradosso mise "in crisi" un modello scientifico bene stabile, come era la teoria dell'universo statico, a favore di una nuova teoria, che certamente non deriva dalle considerazioni di Olbers, ma che sicuramente fu, per lo meno, ispirata da esse.
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Con il termine "inflazionato" si indica la rapidissima espansione (esponenziale) che ha avuto l'universo al momento della sua nascita. Secondo qesta teoria l'universo ha avuto origine in un preciso momento circa 15 miliardi di anni fa. All'origine ci fu un esplosione chiamata Big Bang e da questa esplosione ebbe origine tutto il cosmo.
Partiamo dall'inizio quindi, quando ad un tratto, non sappiamo come e non sappiamo perchè, è avvenuta l'esplosione.
Tra 0 e 10-43 sec dopo la l'esplosione non si sa precisamente cosa sia accaduto. Si ritiene però che lo spazio-tempo così come lo intendiamo noi abbia avuto origine in questo momento.
Tra 10-43 e 10-10 sec dopo è avvenuta la separazione delle 4 forze fondamentali che sono: la forza nucleare debole, la forza nucleare forte, la forza gravitazionale e la forza elettromagnetica.
Tra 10-10 e 1 sec dopo è avvenuta la formazione dei primi quark. Si forma quindi la materia ma contemporaneamente anche l'antimateria di cui parleremo più avanti.
Tra 1 sec e 3 min dopo si sono formati i primi nuclei di idrogeno (H ma anche deuterio 2H e trizio 3H), Elio (He), e in piccolissime quantità anche Litio (Li) e Berillio ( Be).
In 380000 anni la temperatura è scesa ad un valore che rende possibile l'assemblaggio degli atomi. Inoltre è avvenuto il disaccoppiamento tra materia e energia, energia che possiamo ancora individuare in una radiazione lunga come se fosse emessa da un corpo freddissimo. Questa radiazione è chiamata Radiazione 3 K (kelvin) e fu una delle prove che favorirono questa teoria.
Dopo un miliardo di anni la materia si è aggregata formando stelle e galassie.
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Dopo circa 15 miliardi di anni siamo giunti fino all'universo come lo vediamo noi ma come sarà in futuro?
Il problema della futura evoluzione dell'universo dipende dallamateria presente nello stesso poiché ogni parte di materia esercita su ogni altra parte una forza di attrazione gravitazionale che tende a frenare l’iniziale espansione dell’Universo.Si possono prospettare due differenti scenari futuri: un Universo aperto o un Universo chiuso.
Alcuni ipotizzano che il Big Crunch potrebbe essere seguito da un altro Big Bang e così via, secondo un processo ciclico.
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I dati fino a qui raccolti ci farebbero pensare ad un universo di tipo aperto. Tuttavia esiste il cosi detto problema della Massa Mancante, che rimetterebbe in gioco l'ipotesi dell'universo chiuso.
Si è scoperto, osservando gli ammassi di galassie e le nel centro della nostra galassia (Via Lattea) che il loro movimento è più veloce rispetto a quello che sarebbe giustificato dalla massa visibile (stelle, polvere intergalattica, ecc). In particolare si è scoperto che se la massa presente nell'universo fosse solo quella visibile le galassie non si sarebbero nemmeno formate.
Questa massa invisibile, che potrebbe essere data da buchi neri o oggetti opachi (come i pianeti o le stelle nane scure e quindi non visibili) o addirittura dai neutrini, se si scoprisse, come pare, che hanno una massa, sia pur piccola, sarebbe tale da giustificare l'ipotesi dell'universo chiuso.
Si pensa che ciò che,secondo la teoria dell'universo chiuso, accelera l'universo sia un tipo di energia oscura con una natura repulsiva.
La verità è che nonostante la teoria della relatività generale di Einstein o la teoria dei quanti non sabbiamo ancora abbastanza sull'universo. Ad essere precisi sappiamo solo che il 4% dell'universo è composto da materia ordinaria che sarebbe la materia che compone le stelle e i pianeti e da materia oscura di tipo conosciuto.
Il 25% è composto da materia oscura di tipo sconosciuto. E il restante 61% è composto da energia oscura.
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