Origine ed evoluzione dell'Universo

L'espansione dell'Universo

L'osservazione dello spazio con i più potenti telescopi ha mostrato che, dovunque si volga lo sguardo, si vedono galassie. Le galassie non sono immobili ma sembrano tutte allontanarsi dalla Terra, cose se essa fosse al centro dell'Universo.
L'allontanamento delle galassie è stato dimostrato mediante l'effetto Doppler: se osserviamo una sorgente luminosa con uno spettroscopio, scopriamo che se la sorgente si allontana le righe dello spettro sono spostate verso il rosso e verso il blu se si avvicina.
Per spiegare questo fenomeno occorre immaginare il nostro Universo come la superficie di un palloncino sulla quale si trovano disegnati dei pallini che rappresentano le galassie; uno di essi indica la galassia dove si trova il nostro Sistema Solare. Il modello richiede l'eliminazione della terza dimensione, cioè il volume dell'Universo tridimensionale è ridotto alla superficie bidimensionale del palloncino. Il raggio del palloncino rappresenta la dimensione temporale.
Se noi gonfiamo il palloncino, scopriamo che tutti i pallini si allontanano tra loro e quello della nostra galassia non ha nulla di particolare rispetto agli altri: l'espansione dell'Universo non è dunque un allontanamento delle galassie in uno spazio vuoto, ma l'aumento reciproco delle distanze tra le galassie.

Il Big Bang

Se le galassie si allontanano, vuol dire che in passato erano più vicine tra loro e, andando a ritroso nel tempo possiamo immaginare che c'è stato un momento in cui tutta la materia e l'energia dell'Universo era concentrata in un unico punto detto singolarità. È l'istante zero del Big Bang, del tutto inaccessibile alla fisica che noi conosciamo.
L'inizio descrivibile dalla fisica corrisponde al tempo di Planck: 10^-43 sec. Da quel momento, circa 12-15 miliardi di anni fa, che è all'origine dello spazio e del tempo, inizia l'espansione della singolarità. Come ho spiegato sopra, non c'è un'espansione nello spazio, ma dello spazio.
10^-36 secondi dopo il Big Bang si creano le prime particelle e antiparticelle che si annichilano tra loro producendo una grande quantità di radiazioni, ma si deve arrivare a 3 minuti per avere i primi nuclei di elio e a 300000 anni per avere i primi atomi stabili di idrogeno ed elio. Un eccesso di materia rispetto all'antimateria ha permesso di avere le particelle che formano l'attuale Universo.
Bisogna attendere poi 100 milioni di anni per avere le protogalassie e 4 miliardi di anni per le prime stelle.