In cosa si sta espandendo l’universo se è già infinito?

Quando si cuoce una pagnotta di pane o un lotto di muffin, si mette l’impasto in una teglia. Durante la cottura, l’impasto si espande all’interno della teglia. Eventuali gocce di cioccolato o mirtilli nell’impasto si allontanano l’uno dall’altro man mano che l’impasto si espande.

L’espansione dell’universo, in un certo senso, è simile. Tuttavia, questa analogia ha un limite importante: mentre l’impasto si espande nella teglia, l’universo non si espande in qualcosa. Si espande solo in sé stesso.

Può sembrare un rompicapo, ma l’universo viene considerato tutto ciò che esiste. Nell’universo in espansione, non c’è una “teglia”. C’è solo l’impasto. E anche se ci fosse una teglia, sarebbe parte dell’universo e si espanderebbe anch’essa insieme ad esso.

Questo concetto è difficile da comprendere. Non si sperimenta nulla di simile nella vita quotidiana. È come chiedersi in che direzione si trova il punto più a nord del Polo Nord.

Un altro modo per pensare all’espansione dell’universo è osservare come le altre galassie si stanno allontanando dalla nostra, la Via Lattea. Gli scienziati sanno che l’universo si espande perché possono tracciare il movimento delle galassie lontane da noi. Definiscono l’espansione in base alla velocità con cui queste galassie si allontanano, il che permette loro di immaginarla senza necessità di uno spazio “esterno” in cui espandersi.

L’espansione dell’universo

L’universo è iniziato con il Big Bang 13,8 miliardi di anni fa. Il Big Bang descrive l’origine dell’universo come una singolarità estremamente densa e calda. Questo minuscolo punto ha subito un’espansione rapida chiamata inflazione, in cui ogni parte dell’universo si è espansa verso l’esterno. Tuttavia, il termine “Big Bang” può essere fuorviante: non si trattò di un’esplosione gigante, come il nome potrebbe suggerire, ma di un momento in cui l’universo si espanse rapidamente.

In seguito, l’universo si raffreddò e si condensò, iniziando a formare materia e luce. Col tempo, è evoluto fino a diventare quello che conosciamo oggi.

L’idea che l’universo non fosse statico, ma potesse espandersi o contrarsi, fu pubblicata per la prima volta dal fisico Alexander Friedman nel 1922. Egli confermò matematicamente che l’universo era in espansione.

Fu però Edwin Hubble, nel 1929, a misurare il tasso di espansione dell’universo, dimostrando che tutte le galassie si allontanano dalla Via Lattea e che la velocità di espansione aumenta nel tempo. Questo fenomeno continua a sconcertare gli astrofisici. Come può l’universo superare la forza di gravità che lo tiene insieme e al contempo espandersi, separando gli oggetti al suo interno, con una velocità che cresce nel tempo?

L’energia oscura e il funnel dell’espansione

Molti scienziati utilizzano un’immagine chiamata “funnel dell’espansione” per descrivere l’accelerazione dell’universo dal Big Bang in poi. Immagina un imbuto profondo con un’ampia apertura. L’estremità stretta a sinistra rappresenta l’inizio dell’universo. Spostandosi verso destra, si procede avanti nel tempo. L’apertura dell’imbuto rappresenta l’espansione dell’universo.

Gli scienziati non sono riusciti a misurare direttamente l’energia responsabile di questa espansione accelerata. Poiché non riescono a vederla né a misurarla, la chiamano energia oscura. Secondo i modelli dei ricercatori, questa energia rappresenta circa il 68% dell’energia totale dell’universo. L’energia della materia ordinaria, che costituisce la Terra, il Sole e tutto ciò che possiamo vedere, rappresenta solo circa il 5%.

Fuori dal funnel dell’espansione

Cosa c’è fuori dal funnel dell’espansione?

Gli scienziati non hanno prove di nulla oltre il nostro universo conosciuto. Tuttavia, alcuni ipotizzano che potrebbero esistere più universi. Un modello che include universi multipli potrebbe risolvere alcuni problemi che i ricercatori incontrano con i modelli attuali del nostro universo.

Uno dei problemi principali della fisica attuale è che non riesce a integrare la meccanica quantistica, che descrive come funziona la fisica su piccola scala, con la gravità, che governa la fisica su larga scala.

Nel mondo quantistico, le regole prevedono quantità discrete di energia, comportamenti probabilistici e la possibilità che gli oggetti appaiano e scompaiano. Su larga scala, invece, la fisica classica descrive un comportamento continuo e prevedibile. Integrare questi due sistemi è una delle sfide principali della fisica moderna.

Una delle teorie più promettenti per unificare questi mondi è quella del multiverso. Esistono molte ipotesi che esplorano universi oltre il nostro, tra cui la teoria delle stringhe, la cosmologia a brane e la teoria della gravità quantistica a loop.

In ogni caso, l’universo continuerà a espandersi e la distanza tra la Via Lattea e la maggior parte delle altre galassie aumenterà col passare del tempo.