Se si pensa al Big Bang come a un’esplosione, possiamo ricondurlo a un singolo punto di origine. Ma cosa accadrebbe se fosse accaduto ovunque contemporaneamente?
Uno dei concetti più difficili da comprendere per chiunque, perfino per un astrofisico, è l’idea del Big Bang e dell’Universo in espansione. Nella lontananza, al limite di ciò che anche i nostri telescopi più potenti possono vedere, ci sono galassie che si allontanano da noi così velocemente che la luce emessa dalle loro stelle è stata allungata fino a dodici volte la sua lunghezza d’onda originale. Queste onde luminose allungate sono una conseguenza dell’Universo in espansione e sono quasi, ma non del tutto, identiche per le galassie che vediamo in tutte le direzioni dello spazio.
Dove si è verificato il Big Bang?
Quando osserviamo l’Universo, ciò che abbiamo capito è che esiste una relazione coerente tra la luce che misuriamo dalle galassie e la distanza che misuriamo da quelle galassie. In media, come confermato per migliaia e migliaia di galassie, più una galassia è lontana da noi, maggiore è la quantità di spostamento verso il rosso della sua luce. Non solo vediamo questa relazione in tutte le direzioni, ma è anche sorprendentemente semplice: la velocità a cui deduciamo che queste galassie si stiano muovendo è direttamente proporzionale alla loro distanza misurata da noi. In altre parole, più un oggetto è lontano, più velocemente lo vediamo allontanarsi da noi.
La temperatura dell’Universo
In tutte le direzioni dello spazio, c’è un bagno di radiazioni molto freddo, a bassa energia, ma onnipresente: la radiazione cosmica di fondo. Se un Universo in espansione allunga la lunghezza d’onda della luce che lo attraversa, allora ciò significa che “far tornare indietro l’orologio” a tempi precedenti è come contrarre l’Universo e, quindi, comprimere la lunghezza d’onda della luce che lo attraversa. Quindi, se riusciamo a misurare questo sfondo e scopriamo che non è perfettamente uniforme, ma favorisce una direzione rispetto a un’altra, possiamo usarlo per misurare il nostro moto attraverso l’Universo rispetto al “sistema di riferimento” in cui si è verificato il Big Bang.
Dove ci troviamo rispetto al Big Bang
Un po’ a sorpresa, ciò è stato misurato con incredibile precisione. L’Universo, in tutte le direzioni, ha una temperatura di fondo media di 2,7255 K: meno di tre gradi sopra lo zero assoluto. Ma in una direzione, è circa 3,4 millikelvin più caldo della media, e nella direzione opposta, è circa 3,4 millikelvin più freddo della media. Se traduciamo questo dato in velocità e consideriamo il moto del nostro Sole attraverso la Via Lattea, scopriamo che la Via Lattea si muove nell’Universo a circa 620 chilometri al secondo: verso la costellazione del Leone e lontano dalla costellazione dell’Acquario.
Sorprendentemente vicino!
Vi risparmiamo una serie di calcoli complicati. Supponiamo di essere partiti dalla quiete in un Universo quasi perfettamente uniforme: possiamo calcolare di quanto questa attrazione gravitazionale cumulativa ci abbia allontanati dal punto iniziale in cui tutte le direzioni si troverebbero approssimativamente alla stessa temperatura. La risposta? Siamo da qualche parte tra i 14 e i 20 milioni di anni luce di distanza da quel punto “centrale”; dividiamo la differenza e chiamiamola 17 milioni di anni luce per semplicità. In altre parole, se potessimo prendere tutte le galassie dell’Universo in espansione, misurare come si allontanano l’una dall’altra nell’Universo in espansione in tutte e tre le dimensioni e tracciare quel movimento fino a un singolo punto, ecco dove si troverebbe quel punto: a circa 17 milioni di anni luce di distanza da dove ci troviamo oggi.
Espansione, non esplosione
Dal punto di vista teorico, l’unica ragione per cui dovresti tracciare il moto apparente di tutte le galassie che vedi fino a un punto è se fossero tutte emerse da una sorta di esplosione. Ma “esplosione” non è la stessa cosa di “espansione”. Un’esplosione è qualcosa che accade nello spazio, e le schegge di quell’esplosione si muoverebbero attraverso lo spazio. L’espansione, invece, è qualcosa che accade allo spazio, e influenza il modo in cui gli oggetti all’interno del tuo Universo si percepiscono l’un l’altro.
L’uvetta e il lievito
La migliore analogia che conosco è quella di una palla di pasta con dentro dell’uvetta. La pasta è come lo spazio e l’uvetta è come le galassie al suo interno. Stai vivendo come parte di un’uvetta e puoi vedere solo le altre uvette, non l’impasto stesso. Mentre l’impasto lievita, l’uvetta che si trova vicino alla tua posizione sembrerebbe allontanarsi da te a una velocità particolare, ma più un’uvetta è lontana, più velocemente la vedresti allontanarsi da te. A un certo punto, vedresti persino l’uvetta allontanarsi da te a una velocità che implica una velocità superiore a quella della luce; un’impresa notevole che non può verificarsi nello scenario dell'”esplosione”, solo in quello dell'”espansione”.
L’Universo non ha un centro
In realtà, l’Universo non ha un centro, o da un altro punto di vista, ogni punto nello spazio e ogni osservatore nell’Universo può rivendicare pari dignità di essere al centro stesso. Come ha detto una volta brillantemente l’astrofisica Katie Mack: “L’Universo si sta espandendo come si sta espandendo la tua mente. Non si sta espandendo in niente, stai solo diventando meno denso.”
