TEORIA DELL’INFLAZIONE

Alan Guth

La teoria dell’inflazione nacque nei primi anni '80, dall'esigenza, di colmare alcune falle del modello standard (vedi Teoria del Big bang), quali la piattezza dell’universo e il problema dell’orizzonte. Tale teoria ipotizza un periodo di espansione esponenziale durante il quale le dimensioni del nostro universo attuale si dilatarono, partendo da quelle di un protone fino ad arrivare a quelle di un pompelmo. Fu proprio questo processo ad  avere “appiattito” l’universo . L’analogia a cui si ricorre spesso è quella di un palloncino e della sua superficie curva che, sottoposta ad una espansione abbastanza lunga, può apparire piatta. Questo avrebbe fatto l’inflazione allo spazio-tempo quando l’universo era ancora molto giovane. Il primo modello inflazionistico, fu ideato da  Alexei Starobinski, che non usò il termine inflazione. Essendo un modello molto complicato, e aggiungendo che a quell’epoca per gli scienziati russi era molto difficile esporre le proprie idee al mondo, la teoria non superò i confini nazionali. Il termine inflazione fu utilizzato dal fisico americano Alan Guth, nel 1981. Più semplice da capire, e più facile da “esportare”, nonostante gli errori di dettaglio (riconosciuti subito dall’autore), fu questa versione a far conoscere ai cosmologi la potenza dell’inflazione.  Essa dunque “appiattisce” lo spazio, ma non lo fa in modo perfetto. A causa degli effetti quantistici, rimangono delle piccole irregolarità, che sono all’origine delle stelle e delle galassie future. Gli argomenti a favore dell’inflazione si riassumono in tre affermazioni.

L’inflazione è inevitabile. I progressi della fisica teorica hanno corroborato l’esistenza di campi in grado di produrre l’inflazione nell’universo primordiale. L’inflazione spiega perché l’universo attuale sia così uniforme  e piatto. E infine, la teoria dell’inflazione è fortemente predittiva. Conferme sono arrivate dalla radiazione cosmica di fondo, e dalla distribuzione delle galassie. Ciononostante, la teoria oggi “accusa” diversi colpi, e non tutti i cosmologi l’accettano senza remore, Questo più a livello logico che non tramite le osservazioni, che si sposano quasi sempre bene con la teoria. I punti più controversi sono quelli di una “cattiva inflazione”, che produca per esempio variazioni di temperatura troppo elevate; la cosiddetta “inflazione eterna”, per cui in un insieme infinito di possibilità (inflazionistiche), non c’è modo di dire che il nostro universo sia l’unico risultato possibile di un'unica inflazione possibile. Quindi qualche cosmologo oggi sostiene che le analisi hanno confermato i dati della teoria inflazionaria ingenua precedente al 1983, ma questa teoria non è la cosmologia inflazionaria che intendiamo oggi. La maggior parte sostiene che i dubbi nei confronti della teoria sono solo mal di pancia. La controversia sarà risolta da dati empirici. L’osservazione dell’impronta di un onda gravitazionale rafforzerebbe l’inflazione, la sua mancata osservazione sarebbe una sconfitta. Non ci resta che aspettare…..

Conoscere il cielo - Le Pleiadi

Figura 1

Nella costellazione del Toro, più o meno allo zenith da ottobre a marzo,  è possibile vedere un ammasso aperto molto affascinante: Le Pleiadi (M45).

Figura 2
Mappa stellare del 4200 a.c.

Figura 3

Si tratta di un fitto gruppetto di stelle molto vicine tra loro, abbastanza  simili per forma alla costellazione dell'Orsa maggiore, ma in miniatura (per questo motivo sono spesso scambiate per l'Orsa minore, che occupa un'altra porzione di cielo). Ad occhio nudo si possono scorgere cinque o sei stelle in un cielo moderatamente inquinato, dieci o dodici in un cielo buio fuori dalle aree urbane. Se osservate con un binocolo potrete vederle in tutto il loro splendore. Appaiono da subito molto più numerose ed è possibile individuare alcune coppie e gruppi di stelle ad est e sud-ovest. Con un telescopio a bassi ingrandimenti si potrà inquadrare tutto l'insieme, mentre con ingrandimenti più alti non sarà possibile osservare l'ammasso completo nell'oculare ma emergeranno degli aloni azzuri (figura 1): sono delle deboli  nebulosità diffuse che riflettono la luce delle stelle più luminose dell'ammasso, creando un effetto affascinante visibile solo con strumenti potenti o tecniche di astrofotografia. Nella mitologia le Pleiadi sono citate più volte. Atlante, il titano che reggeva il mondo sulle sue spalle,  ebbe diverse relazioni amorose tra le quali quella con Pleione dalla quale nacquero le Pleiadi che, perseguitate da Orione vennero mutate in stelle da Zeus; per questo l'ammasso è anche conosciuto come "le sette sorelle" e pare che, nell'antichità, gli indiani d'America e i greci le usassero per misurare la vista. Un'altra prova del fatto che le Pleiadi fossero conosciute nell'antichità, è il ritrovamento di due  pietre con incisa una mappa stellare risalente al 4200 a.c.. La scoperta è avvenuta in una località della Valle d'Aosta e le tavole (figura 2) mostrano delle incisioni semisferiche create dall'uomo che ritraggono il gruppo delle Pleiadi. In giapponese Pleiadi si dice Subaru, per questo il marchio della nota casa automobilistica giapponese (figura 3) rappresenta le sei stelle più luminose dell'ammasso.

La teoria del Big Bang

La teoria del big bang è, ad oggi, la più accreditata teoria sulla nascita dell’universo. Il suo nome fu coniato, in maniera “bizzarra” dall’astronomo britannico Fred Hoyle, che  usò questo termine in maniera spregiativa contro una teoria da lui osteggiata, che definì “interessante  e minacciosa”, riferendosi alla singolarità all’inizio del tempo. La teoria prevede che l’universo ebbe inizio circa 15 miliardi di anni fa, da un globo caldissimo, super denso (la singolarità appunto). Da essa ebbe origine tutto ciò che vediamo oggi intorno a noi, sulla terra e fuori dal nostro pianeta, fino al limite dell’universo visibile. Una delle prime  e più importanti prove della teoria  arriva nel 1917 dalle equazioni della relatività generale di Einstein, in cui il grande scienziato tedesco “costruisce” un modello matematico dello spazio tempo nella sua totalità, in cui l’universo non può essere statico e immutabile, ma in espansione o in contrazione. Un'altra prova della validità della teoria arrivò alla fine degli anni 20, dall’astronomo americano Edwin Hubble 

Edwin Hubble

Fred Hoyle

(a cui è dedicato il telescopio spaziale attualmente ancora in orbita), cha dalle sue osservazioni si accorse che le galassie si allontanano l’una  dall’altra ad una  velocità molto elevata. Ciò dimostrò che l’universo era in espansione, perché non sono le galassie a viaggiare nello spazio-tempo, ma quest’ultimo ad espandersi “trascinando” con se le galassie. Gli astronomi sono soliti dimostrare questo passaggio con l’analogia dell’uvette e dei canditi in un panettone. Durante la lievitazione del dolce, infatti, le distanze tra le uvette e quelle tra i canditi aumentano, senza che esse si muovano nell’impasto. Un'ulteriore prova a sostegno del big bang arrivò da una scoperta casuale, ma di importanza fondamentale. Nel 1965 Arno Penzias  e Robert Wilson, mentre facevano ricerche radioastronomiche per conto dei Bell  Research Laboratories, scoprirono un'interferenza, un rumore radio nelle microonde che proveniva uniformemente da tutto il cielo. Non immaginavano quello che avevano trovato, nè sapevano che alcuni gruppi di ricerca da anni stavano cercando proprio quell’interferenza. Era la radiazione cosmica di fondo, il residuo dell’energia del globo di fuoco del Big bang. Questa incredibile scoperta lasciò però spazio ad un’altra importante domanda. La radiazione cosmica di fondo risultava infatti quasi troppo uniforme e compatta, mentre la teoria prevedeva che la materia si sarebbe formata grazie a delle piccole irregolarità nell’universo. Queste piccole irregolarità furono trovate nel 1992 dal satellite della NASA COBE, che aveva trovato increspature della grandezza previste esattamente dal modello standard. In ultimo, per studiare con ancora più precisone queste irregolarità, l’ESA ha lanciato nel 2009 il satellite Planck, che ha mandato dati sufficienti per poter ricostruire una mappa dell’universo primordiale.

Mappa dell'universo primordiale

Questo articolo rappresenta un brevissimo riassunto di quello che riguarda, a grandi linee, la teoria del Big bang. Personalmente (nel mio piccolo, ovviamente), mi sento di dire che la teoria del Big bang è sicuramente un modello valido e ormai comunemente accettato, ma lascia aperti altri interrogativi, e non è detto che sia per forza quello corretto. Per esempio mi son sempre chiesto: perché, nei primissimi secondi dopo il Big bang, nella "lotta" tra particelle e antiparticelle l'hanno spuntata le prime, seppure in minima percentuale (che è quella che ci permette di essere qui ora)? Perché sembra che la teoria dell'inflazione, sviluppata per "sostenere" delle crepe nel modello standard, e sulla quale torneremo in seguito, oggi potrebbe essere rimessa in discussione? Come mai la scienza, che dovrebbe diffidare di interpretazioni ad hoc e accettare solo fatti accertabili oggettivamente, basa la nascita di tutte le cose su una singolarità (il famoso globo di fuoco), che difficilmente sarebbe tollerata in altri ambiti, e su un modello, quello dell'inflazione, non proprio privo di falle? Ribadisco che queste sono solo considerazioni di un non addetto ai lavori, ma curioso per natura, e affamato di sapere. Scrivo queste cose esprimendo liberamente il mio pensiero e con la massima reverenza nei confronti di tutti gli scienziati citati nell'articolo, e anche di quelli non citati, che han fatto grande la cosmologia, l'astronomia e la fisica. E voi cosa ne pensate?

Accadde oggi

Il 3 febbraio 1984 lo Space Shuttle Challenger parte per la decima missione del programma Space Shuttle. Questa missione è ricordata per la prima passeggiata nello spazio, o attività extraveicolare, senza corda, effettuata dall''astronauta americano Bruce McCandless, il 7 febbraio. Per attività extraveicolare (in inglese Extra-vehicular activity - EVA) si intende il lavoro fatto da un astronauta nello spazio e all'esterno della sua navicella spaziale (capsula, veicolo o stazione). Il termine che comunemente si utilizza per descrivere una EVA da un veicolo orbitale terrestre è passeggiata nello spazio (spacewalk), mentre per le EVA sulla Luna, il più utilizzato è passeggiata lunare (moonwalk).

Il 3 febbraio 1966 la navetta sovietica Luna 9 effettua il primo allunaggio. La capsula d'atterraggio pesava 99 kg, era ermeticamente chiusa e conteneva un sistema televisivo per la raccolta di immagini, una radio, un sistema di controllo della temperatura, batterie ed altri apparati scientifici. Il modulo allunò nell'Oceanus Procellarum (Oceano delle Tempeste) e subito furono aperti i quattro petali che racchiudevano e proteggevano la sonda in modo da stabilizzarla sul suolo lunare. Furono dispiegate le antenne e il sistema televisivo, grazie a degli specchi orientabili, iniziò a riprendere il panorama lunare. Furono inviate alla Terra sette sessioni di riprese per un totale di 8 ore e 5 minuti. Una volta elaborate ed assemblate al centro di controllo produssero una vista panoramica del sito di allunaggio, e mostravano anche un masso nelle vicinanze della sonda e l'orizzonte lunare distante 1,4 km. Queste erano le prime immagini che giungevano da un corpo celeste e fu un vero successo per le autorità sovietiche, che avevano dimostrato la possibilità di inviare sonde automatiche su altri pianeti.

(Fonte: Wikipedia)