Universo

Materie:Riassunto
Categoria:Scienze Della Natura
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Universo
Nella prima metà del XX secolo, la parola Universo era usata per riferirsi all'intero continuum spazio-temporale in cui esistiamo, assieme a tutta la materia e l'energia in esso contenute. La scienza che cerca di comprendere l'Universo nel suo insieme, alla scala più grande possibile, è la cosmologia, che si è sviluppata dalla fisica e dall'astronomia. Durante la seconda metà del XX secolo, lo sviluppo della cosmologia osservata, chiamata anche cosmologia fisica, ha portato ad una divisione del significato del termine Universo tra i cosmologi osservativi e i cosmologi teorici: i primi (in genere) abbandonano la speranza di poter osservare l'intero continuum spazio-temporale, mentre i secondi mantengono questa speranza, cercando di trovare le ipotesi più ragionevoli per modellizzare l'intero spazio-tempo, nonostante l'estrema difficoltà di trovare dei limiti a questi modelli e il rischio di decadere nella metafisica.
I termini universo conosciuto, universo osservabile o universo visibile sono spesso usati per descrivere quella parte di Universo che possiamo vedere in modo diretto o indiretto. Coloro che credono che sia impossibile osservarlo tutto possono usare l'espressione il nostro universo, riferendosi alla parte conoscibile dagli esseri umani.
Espansione, età, Big Bang
Il risultato più importante della cosmologia, che l'Universo è in espansione, è derivato dalle osservazioni degli spostamenti verso il rosso delle galassie ed è quantificato dalla Legge di Hubble. Estrapolando questa espansione all'indietro nel tempo, si incontra una singolarità gravitazionale, un concetto matematico piuttosto astratto, che può o meno corrispondere ad un oggetto reale. Questa estrapolazione diede vita alla teoria del Big Bang, il modello dominante della cosmologia moderna. Il tempo zero, che nella teoria segna letteralmente l'inizio del tempo come noi lo conosciamo, è stimato a 13,7 miliardi di anni fa, con un'incertezza di soli 200 milioni di anni, secondo la sonda WMAP della NASA.
Un aspetto fondamentale del Big Bang può essere osservato oggi nel fatto che la velocità alla quale le galassie si allontanano è proporzionale alla loro distanza. Un’altra prova a sostegno della teoria è la radiazione cosmica di fondo, la quale è un residuo attenuato della radiazione che ebbe origine poco dopo il Big Bang. Questa radiazione di fondo è estremamente uniforme in tutte le direzioni, cosa che i cosmologi hanno cercato di spiegare con un periodo di espansione rapida (detta inflazione) che è immediatamente seguita al Big Bang.
Dimensioni dell'Universo e dell'universo osservabile
Non si sa se l'Universo sia finito o infinito in dimensione e in volume, anche se la maggior parte dei teorici al momento preferisce un Universo finito.
L'universo osservabile, composto di tutto ciò che può averci influenzato dal momento del Big Bang, è sicuramente finito grazie al fatto che la velocità della luce, cioè la massima velocità a cui un fenomeno fisico può propagarsi, è anch'essa finita. L'orizzonte cosmico si trova a 13,7 miliardi di anni luce di distanza. La distanza effettiva di questo orizzonte è però più grande, perché nel tempo trascorso perché la luce sia arrivata fino a noi, questo bordo ha continuato ad espandersi. Si stima che si trovi a circa 50 miliardi di anni luce (4,7×1023 km). Questo comporterebbe che il volume dell'universo osservabile sia di 5×1032 anni luce cubici (assumendo che questa regione sia sferica). L'universo osservabile contiene circa 7×1022 stelle, organizzate in circa 1010 (dieci miliardi) di galassie, le quali si riuniscono in gruppi e ammassi di galassie e in superammassi. Recenti osservazioni condotte col Telescopio Spaziale Hubble suggeriscono un numero ancora maggiore di galassie.
Il lettore dovrebbe fare attenzione al fatto che sia gli articoli di divulgazione, sia quelli di cosmologia professionale usano spesso il termine Universo, quando si riferiscono in realtà all'universo osservabile. Questo perché i fenomeni fisici inosservabili sono filosoficamente irrilevanti per l'esistenza umana.
Noi ci troviamo al centro dell'universo osservabile, in apparente contraddizione al principio copernicano, che dice che l'Universo è più o meno uniforme e non ha un centro ben definito. Questa contraddizione nasce dal fatto che la luce non viaggia ad una velocità infinita, e le osservazioni di oggetti lontani sono quindi osservazioni del passato. Più lontano guardiamo, più vicini arriviamo al limite di tempo zero del modello del Big Bang. E siccome la luce viaggia alla stessa velocità in ogni direzione, l'universo osservabile è una sfera centrata su di noi.
Forma dell'universo
Un'importante domanda della cosmologia per ora senza risposta è quella della forma dell'Universo.
Per prima cosa, occorrerebbe stabilire se l'Universo è piatto, ossia rispetta le regole della geometria euclidea su grande scala. Al momento, la maggior parte dei cosmologi pensa che l'universo osservabile sia (quasi) piatto, esattamente come la superficie della Terra è (quasi) piatta.
In secondo luogo, occorre stabilire se l'Universo è molteplicemente connesso oppure no. Secondo il modello del Big Bang, l'Universo non ha un confine spaziale, ma potrebbe comunque essere "spazialmente" finito. Questo può essere compreso mediante un'analogia con le due dimensioni: la superficie della Terra non ha confini, ma ha comunque un'area finita. Si può pensare anche ad un cilindro, e poi immaginare di liberarsi dalle costrizioni imposte dalla geometria ordinaria e immaginare di unire le due estremità del cilindro, ma senza piegarlo. Anche questo è uno spazio a due dimensioni con un'area finita, ma a differenza della superficie terrestre è piatto, ed è quindi un modello migliore.
Ne segue che, strettamente parlando, dovremmo chiamare le sopra menzionate stelle e galassie "immagini" di stelle e galassie, poiché è possibile che l'Universo sia finito e così piccolo che possiamo vedere una o più volte "attorno" ad esso, ed il numero reale di stelle e galassie fisicamente distinte potrebbe essere più piccolo. Alcune osservazioni sono in corso per cercare di confermare o escludere questa possibilità.
Destino dell'Universo
Il modello del Big Bang prevede che, secondo il valore della densità media di materia ed energia, l'Universo continuerà ad espandersi per sempre oppure che sarà frenato dalla sua stessa gravitazione e collasserà su se stesso in quello che è stato chiamato un Big Crunch. Al momento le osservazioni suggeriscono che non solo la densità di massa/energia è troppo piccola per causare un collasso, ma che l'espansione dell'Universo sembra addirittura in accelerazione, e che questa accelerazione debba verosimilmente continuare in eterno (vedi universo in accelerazione). Per una discussione più dettagliata di altre teorie, vedi l'articolo sul destino ultimo dell'Universo.

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