I confini dell’Universo

1. I confini dell’Universo “Lo spazio è vasto. Veramente vasto. Non riuscireste mai a credere quanto enormemente incredibilmente spaventosamente vasto esso sia. Voglio dire, magari voi pensate che sia un bel tratto di strada andare fino alla vostra farmacia, ma questo tratto di strada è una bazzecola in confronto allo spazio…” Douglas Adams, Guida galattica per autostoppisti Il problema dell’orizzonte

2. I confini dell’Universo In effetti, l’universo che noi osserviamo oggi coi telescopi è davvero vasto; una sfera di 40 miliardi di anni luce di raggio, contenente migliaia di miliardi di galassie Il problema dell’orizzonte

3. I confini dell’Universo Tuttavia, ciò che osserviamo potrebbe non essere abbastanza per poterlo comprendere; al di là di questo “orizzonte cosmico” potrebbe trovarsi la risposta a molte domande tuttora senza risposta Il problema dell’orizzonte

4. I confini dell’Universo Consolidate teorie e recenti osservazioni mostrano che l’orizzonte cosmico non solo è invalicabile, ma si sta anche rimpicciolendo: questo potrebbe porre severi limiti alla nostra conoscenza dell’Universo Il problema dell’orizzonte

5. I confini dell’Universo Gran parte degli argomenti di questa lezione sono stati presentati dal ricercatore italiano Amedeo Balbi in un articolo scritto per l’istituto FQXi, che si propone di stimolare la ricerca sui fondamenti della fisica Il problema dell’orizzonte

6. I confini dell’Universo Qual è lo scopo ultimo della scienza? Il problema dell’orizzonte

7. I confini dell’Universo Semplice: lo scopo ultimo della scienza è quello di CONOSCERE TUTTO Il problema dell’orizzonte

8. I confini dell’Universo Molti hanno cercato e cercano, per vari motivi, di porre dei limiti alla conoscenza scientifica Il problema dell’orizzonte

9. I confini dell’Universo Tutto ciò NON E’ argomento della presente lezione Il problema dell’orizzonte

10. I confini dell’Universo Da qui in avanti supporremo che la scienza possa portare avanti il suo programma senza alcuna limitazione di carattere religioso, etico o logico Il problema dell’orizzonte

11. I confini dell’Universo Gli unici limiti che ci interessano sono quelli, se ve ne sono, che la scienza trova al suo interno, ovvero quelli determinati dalle stesse leggi di natura e dalle osservazioni sperimentali Il problema dell’orizzonte

12. I confini dell’Universo La scienza ottocentesca credeva di aver individuato delle ben precise barriere di inconoscibilità, espresse da fisico Emil du Bois-Reymond con i suoi celebri “ignorabimus” Il problema dell’orizzonte

13. I confini dell’Universo du Bois-Reymond, in un discorso del 1880 all’accademia delle scienze di Berlino, indicò sette questioni che la scienza non avrebbe mai potuto chiarire Il problema dell’orizzonte

14. I confini dell’Universo • Tra queste • la natura ultima della materia e delle forze • l’origine del moto • l’origine della vita Il problema dell’orizzonte

15. I confini dell’Universo L’apparente impossibilità di osservare gli atomi era dovuta al fatto che la lunghezza d’onda della luce è enormemente maggiore della dimensione di un atomo Il problema dell’orizzonte

16. I confini dell’Universo Questo impedisce a qualsiasi microscopio ottico di fornire un’immagine degli atomi Il problema dell’orizzonte

17. I confini dell’Universo Pochi anni dopo Wilhelm Roentgen scoprì i raggi X, onde elettromagnetiche di lunghezza molto più piccola della luce Il problema dell’orizzonte

18. I confini dell’Universo Usando i raggi X Max von Laue ottenne chiare immagini del reticolo atomico di un cristallo Il problema dell’orizzonte

19. I confini dell’Universo Un altro problema apparentemente insolubile della fisica ottocentesca è quello delle condizioni iniziali Il problema dell’orizzonte

20. I confini dell’Universo Il problema dell’orizzonte Allora l’Universo veniva concepito come un gigantesca isola di materia posta in uno spazio vuoto

21. I confini dell’Universo La teoria della gravitazione di Newton descrive l’evoluzione di questo universo-isola, ma non dice nulla su come è perché si è originato Il problema dell’orizzonte

22. I confini dell’Universo Ai fisici dell’800 sembrava del tutto impossibile spiegare l’inizio dell’Universo, e la stessa questione sembrava antiscientifica e priva di significato Il problema dell’orizzonte

23. I confini dell’Universo La teoria della relatività generale (Einstein, 1915) cambia totalmente le cose Il problema dell’orizzonte

24. I confini dell’Universo Secondo questa teoria un Universo omogeneo, come sembra essere il nostro, può solo espandersi o contrarsi Il problema dell’orizzonte GAMOW

25. I confini dell’Universo Quindi o l’Universo comincia con una singolarità (cioè un punto di densità infinita) e si espande… Il problema dell’orizzonte

26. I confini dell’Universo …o comincia a densità nulla e finisce in una singolarità. Le osservazioni astronomiche dimostrarono che la prima possibilità è quella giusta Il problema dell’orizzonte

27. I confini dell’Universo La meccanica quantistica, con la teoria dell’inflazione, rende più chiaro e coerente il quadro tracciato dalla relatività Il problema dell’orizzonte ALAN GUTH

28. I confini dell’Universo • Rende inutile ipotizzare che l’universo nasca omogeneo, in quanto l’inflazione lo rende comunque tale • Elimina la singolarità, che non ha significato fisico Il problema dell’orizzonte

29. I confini dell’Universo Il nodello inflazionario prevede che l’universo abbia avuto un periodo iniziale di rapidissima espansione, a cui seguì l’espansione standard osservata ancora oggi Il problema dell’orizzonte

30. I confini dell’Universo Anche se oggi ancora non conosciamo tutto dell’origine dell’Universo, non pensiamo più che questa sia inconoscibile Il problema dell’orizzonte

31. I confini dell’Universo Oggi le barriere indicate da Emil du Bois-Reymond sono cadute e molti scienziati pensano di essere vicini a una TEORIA DEL TUTTO ovvero di una teoria che spiega tutto Il problema dell’orizzonte

32. I confini dell’Universo Nonostante ciò, sono le stesse teorie fondamentale che hanno permesso tanti successi ad indicarci l’esistenza di nuovi e molto più severi limiti alla conoscenza umana Il problema dell’orizzonte

33. I confini dell’Universo Uno di questi limiti lo si trova nello studio dell’infinitamente grande ed è il cosiddetto “problema dell’orizzonte” Il problema dell’orizzonte

34. I confini dell’Universo Possiamo, almeno in linea di principio, osservare tutto ciò che esiste, accade o è accaduto nell’Universo? Il problema dell’orizzonte

35. I confini dell’Universo Ovviamente non possiamo farlo in pratica, ma da un punto di vista solo teorico? Il problema dell’orizzonte

36. I confini dell’Universo La risposta della scienza moderna è NO Il problema dell’orizzonte

37. I confini dell’Universo L’Universo osservabile è racchiuso da un ORIZZONTE oltre al quale il nostro sguardo non può e non potrà mai spingersi Il problema dell’orizzonte

38. I confini dell’Universo • Tre sono gli elementi che determinano questa risposta negativa • La velocità della luce • L’espansione dell’Universo • L’energia oscura che accelera l’espansione Il problema dell’orizzonte

39. I confini dell’Universo Esperimenti compiuti nel corso di oltre un secolo con tecniche sempre più raffinate, oltre ad un solidissimo e coerente edificio teorico, dimostrano che nel vuoto la luce viaggia ad una velocità fissa C=300.000 Km/s Il problema dell’orizzonte

40. I confini dell’Universo Einstein assunse come postulato della teoria della relatività che questa velocità sia un limite invalicabile per qualsiasi oggetto nell’Universo Il problema dell’orizzonte

41. I confini dell’Universo Le vaste conferme sperimentali della relatività hanno convinto i fisici che l’insuperabilità della velocità della luce sia una legge fondamentale della natura, anche se recenti esperimenti sembrano sollevare dei dubbi Il problema dell’orizzonte

42. I confini dell’Universo Perché la velocità della luce pone un limite alla conoscenza? Il problema dell’orizzonte

43. I confini dell’Universo Perché la conoscenza è informazione e l’informazione ha bisogno di un supporto materiale per viaggiare Il problema dell’orizzonte

44. I confini dell’Universo Quindi, se un evento accade ad una distanza S da noi, possiamo osservarlo solo dopo un tempo T pari a quello impiegato dalla luce per giungere fino a noi Il problema dell’orizzonte

45. I confini dell’Universo Si potrebbe pensare che per osservare anche gli eventi nelle galassie più remote ci voglia solo un po’ di pazienza… …ma non è così Il problema dell’orizzonte

46. I confini dell’Universo L’espansione dell’Universo fu scoperta prima teoricamente da Friedman e Lemaitre nel 1927 e poi dimostrata sperimentalmente da Hubble nel 1929 Il problema dell’orizzonte

47. I confini dell’Universo FRIEDMAN LEMAITRE Il problema dell’orizzonte HUBBLE EINSTEIN

48. I confini dell’Universo Secondo la legge di Hubble le galassie sembrano allontanarsi da noi ad una velocità V che cresce al crescere della distanza S secondo la formula: Il problema dell’orizzonte V =H·S

49. I confini dell’Universo La costante di Hubble H ha un valore che oggi si stima in circa 23Km/s per milione di anno luce Il problema dell’orizzonte

50. I confini dell’Universo La legge di Hubble si spiega col fatto che lo spazio tra le galassie si sta espandendo a un tasso costante Il problema dell’orizzonte