Alcuni astronomi pensano che l'universo possa alla fine agire come uno sfortunato soufflé, a differenza di questo, che sembra ben espanso e pronto da mangiare. © iStockphoto.com/robynmac Siamo tutti preoccupati per quello che accadrà alla fine della nostra vita. Vediamo altri esseri viventi morire, e sappiamo che accadrà a noi. Perché è inevitabile, ci preoccupiamo di quando, dove e come accadrà. Molti di noi si interrogano anche sul destino della Terra. Sarà per sempre un'ospitale palla blu, o alla fine sarà consumato dal sole mentre si gonfia da una stella gialla di medie dimensioni a una gigante rossa? O forse avveleneremo il nostro pianeta, e galleggerà, freddo e desolato, attraverso lo spazio. Se dovesse succedere una cosa del genere, quanto tempo ci vorrebbe? Cento anni? Un migliaio? Un milione?
Alcuni astronomi, quelli che si definiscono cosmologi, fanno domande simili sull'universo. La scala su cui lavorano questi scienziati, Certo, è molto diverso. L'universo è enorme rispetto a un singolo pianeta, anche una sola galassia, e la sua cronologia è molto, molto più a lungo. A causa di ciò, i cosmologi non possono sapere con certezza come l'universo sia iniziato o come finirà. Loro possono, però, raccogliere prove, fare ipotesi plausibili e stabilire teorie.
Una tale teoria, riguardo al futuro dell'universo, è scherzosamente noto come il "big crunch". Secondo questa teoria, l'universo un giorno smetterà di espandersi. Quindi, mentre la gravità tira sulla questione, l'universo comincerà a contrarsi, cadendo verso l'interno finché non è sprofondato di nuovo in un super-caldo, singolarità super-densa. Se la teoria è vera, l'universo è come un soufflé gigante. Inizia in piccolo, poi si espande mentre si riscalda. Infine, però, il soufflé si raffredda e comincia a crollare.
A nessuno piace un soufflé caduto, e non dovrebbe piacerci un universo che si comporta come tale. Segna il destino di ogni galassia, stella e pianeta che esiste attualmente. Per fortuna, il big crunch non è una garanzia. I cosmologi sono attualmente impegnati in un acceso dibattito. Un campo dice che il soufflé cadrà; l'altro campo dice che il soufflé si espanderà per sempre. Ci vorranno miliardi di anni prima di sapere con certezza quale campo è giusto.
Nel frattempo, approfondiamo il big crunch per capire cos'è e cosa significa per l'universo. Perché il big crunch è in realtà una conseguenza del big bang, cominciamo da lì.
Contenuti
Mentre molte persone credono che la teoria del big bang si riferisca a un'esplosione, in realtà si riferisce all'espansione dell'universo. 2008 Come funzionano le cose Anche se How the Big Bang Theory Works copre l'origine dell'universo in dettaglio, sarà utile coprire le basi qui. La versione breve recita così:circa 15 miliardi di anni fa, tutta la materia e l'energia sono state imbottigliate in una regione incredibilmente piccola conosciuta come a singolarità . In un istante, questo singolo punto di materiale super-denso iniziò ad espandersi a un ritmo sorprendentemente rapido. Gli astronomi non comprendono appieno cosa abbia causato l'inizio dell'espansione, ma usano il termine "big bang" per descrivere sia la singolarità che i primi momenti che seguirono.
Mentre il neonato universo si espandeva, cominciò a raffreddarsi ea diventare meno denso. Pensa a un getto di vapore che esce da un bollitore. Vicino al coperchio del beccuccio, il vapore è piuttosto caldo, e le molecole di vapore sono concentrate in uno spazio ristretto. Quando il vapore si allontana dal bollitore, però, il vapore si raffredda man mano che le molecole si diffondono nella tua cucina. La stessa cosa è successa dopo il big bang. Entro circa 300, 000 anni, tutto ciò che era contenuto nella singolarità si era dilatato in un ribollire, sfera opaca di materia e radiazione. Come ha fatto, la temperatura è scesa a 5, 432 gradi Fahrenheit (3, 000 gradi Celsius), permettendo la formazione di particelle più stabili. Prima vennero gli elettroni e i protoni, che poi si combinano per formare atomi di idrogeno ed elio.
L'universo ha continuato ad espandersi e ad assottigliarsi. Potresti essere tentato di immaginare questo giovane universo come uno stufato, con ciuffi di materia che galleggiano in un sugo denso. Ma gli astronomi ora pensano che fosse più simile a una zuppa, molto liscia nella densità tranne per alcune piccole fluttuazioni. Questi disturbi erano abbastanza significativi da far fondere la materia. Enormi grappoli di protogalassie cominciò a formarsi. Le protogalassie maturate in galassie , grandi isole di gas e polvere che hanno dato vita a miliardi di stelle. Intorno ad alcune di quelle stelle, la gravità ha unito le rocce, ghiaccio e altri materiali per formare pianeti. Su almeno uno di quei pianeti, la vita si è evoluta, circa 11 miliardi di anni dopo che il big bang ha iniziato tutto.
oggi, l'universo continua ad espandersi, e gli astronomi hanno prove per dimostrarlo. Avanti il prossimo, esamineremo alcune di queste prove.
Se la teoria del big bang è corretta, allora gli astronomi dovrebbero essere in grado di rilevare l'espansione dell'universo. Edwin Hubble, l'omonimo del telescopio spaziale Hubble, è stato uno dei primi scienziati ad osservare e misurare questa espansione. Nel 1929, stava studiando il spettri , o arcobaleni, di galassie lontane permettendo alla luce di questi oggetti di passare attraverso un prisma sul suo telescopio. Notò che la luce proveniente da quasi tutte le galassie era spostata all'estremità rossa dello spettro. Per spiegare l'osservazione, si rivolse al effetto Doppler , un fenomeno che la maggior parte delle persone associa al suono. Per esempio, mentre un'ambulanza ci si avvicina per strada, il tono della sirena sembra aumentare; mentre passa, il passo diminuisce. Ciò accade perché l'ambulanza sta raggiungendo le onde sonore che sta creando (tonalità aumentata) o si sta allontanando da esse (tonalità ridotta).
Hubble pensava che le onde luminose create dalle galassie si comportassero in modo simile. Se una galassia lontana si stesse precipitando verso la nostra galassia, ha sostenuto, si sarebbe avvicinato alle onde luminose che stava producendo, che ridurrebbe la distanza tra le creste d'onda e sposterebbe il suo colore all'estremità blu dello spettro. Se una galassia lontana si stesse allontanando di corsa dalla nostra galassia, si sarebbe allontanato dalle onde luminose che stava creando, che aumenterebbe la distanza tra le creste d'onda e sposterebbe il suo colore all'estremità rossa dello spettro. Dopo aver osservato costantemente i redshift, Hubble ha sviluppato ciò che chiamiamo la legge di Hubble :Le galassie si stanno allontanando da noi ad una velocità proporzionale alla loro distanza dalla Terra.
oggi, gli spostamenti verso il rosso di oggetti celesti distanti rappresentano una prova evidente che l'universo si sta espandendo. Ma tutto ciò che si espande deve alla fine fermarsi, Giusto? non sarà l'universo, proprio come una palla lanciata in cielo, raggiungere un punto massimo di espansione, fermarsi e poi ricominciare a ricadere dove è iniziato? Come vedremo in seguito, questo è uno dei tre possibili scenari.
Controllo dei precedenti
Forti prove del big bang provengono anche dalla radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB). Questi forni a microonde sono dello stesso tipo che usi per cucinare il cibo nella tua cucina, tranne che sono sparsi in tutto l'universo. Infatti, sono così uniformemente diffusi nello spazio che gli astronomi ora credono che la radiazione CMB sia l'eco del big bang, il sussulto morente dell'esplosione che ha dato vita al cosmo che conosciamo oggi.
Come funzionano le cose Quasi tutti gli astronomi accettano che l'universo si stia espandendo. Quello che succede dopo è il vero mistero. Per fortuna, ci sono solo tre possibilità reali:l'universo può essere aperto, piatto o chiuso.
Universo aperto. In questo scenario, l'universo si espanderà per sempre, e come fa, la materia che contiene si diffonderà sempre più sottile. Infine, le galassie esauriranno le materie prime di cui hanno bisogno per creare nuove stelle. Le stelle che già esistono si spegneranno lentamente, come braci morenti. Invece di culle di fuoco, le galassie diventeranno bare piene di polvere e stelle morte. A quel punto, l'universo diventerà oscuro, freddo e, purtroppo per noi, senza vita.
Universo piatto . Immagina una biglia che rotola su una superficie di legno infinitamente lunga. C'è appena abbastanza attrito per rallentare il marmo, ma non abbastanza per farlo velocemente. Il marmo rotolerà a lungo, alla fine si ferma lentamente e dolcemente. Questo è ciò che accadrà a un universo piatto. Consumerà tutta l'energia del big bang e, raggiungere l'equilibrio, costa una battuta d'arresto nel lontano futuro. In molti modi, questa è solo una variazione dell'universo aperto perché ci vorrà, letteralmente, per sempre affinché l'universo raggiunga il punto di equilibrio.
Universo chiuso . Lega un'estremità di una corda elastica alla tua gamba, l'altra estremità alla ringhiera di un ponte e poi salta giù. Accelererai rapidamente verso il basso finché non inizierai ad allungare il cavo. All'aumentare della tensione, la corda rallenta gradualmente la tua discesa. Infine, ti fermerai completamente, ma solo per un secondo come il cavo, allungato al limite, ti riporta indietro verso il ponte. Gli astronomi pensano che un universo chiuso si comporterà più o meno allo stesso modo. La sua espansione rallenterà fino a raggiungere una dimensione massima. poi si ritrarrà, ricadere su se stesso. Come fa, l'universo diventerà più denso e più caldo finché non finirà in un infinitamente caldo, singolarità infinitamente densa.
Un universo chiuso porterà a un big crunch, l'opposto del big bang. Ma quali sono le probabilità che un universo chiuso sia più probabile di un universo aperto o piatto? Gli astronomi stanno cominciando a tirare fuori alcune ipotesi plausibili.
Per determinare se l'universo si espanderà per sempre, per arrestarsi o crollare su se stesso, gli astronomi devono decidere quale delle due forze opposte vincerà un braccio di ferro cosmico. Una di queste forze è la parte bang del big bang, l'esplosione che ha catapultato l'universo verso l'esterno in tutte le direzioni. L'altra forza è la gravità, l'attrazione che un oggetto esercita su un altro. Se la gravità all'interno dell'universo è abbastanza forte, potrebbe regnare nell'espansione e far contrarre l'universo. Altrimenti, l'universo continuerà ad espandersi per sempre.
Sebbene gli astronomi sappiano che l'universo si sta espandendo, non possono misurare con precisione la forza responsabile dell'espansione. Anziché, cercano di misurare la densità dell'universo. Maggiore è la densità, maggiore è la forza gravitazionale. Applicando questa logica, ci deve essere una soglia di densità - un limite critico - che determinerà se la gravità all'interno dell'universo è abbastanza forte da fermare l'espansione e riportare tutto indietro. Se la densità è maggiore del limite critico, allora l'universo smetterà di espandersi e comincerà a contrarsi. Se è inferiore al limite critico, allora l'universo si espanderà per sempre. Gli astronomi lo rappresentano matematicamente con la seguente equazione:
Ω =densità media effettiva/densità critica
Se omega (Ω) è maggiore di 1, allora l'universo sarà chiuso. Se è inferiore a 1, l'universo sarà aperto. E se è uguale a 1, l'universo sarà piatto. Sulla base della questione che possiamo vedere, come le galassie, stelle e pianeti, la densità dell'universo sembra essere al di sotto del valore critico. Ciò suggerirebbe un universo aperto che si espanderà per sempre. Ma i cosmologi pensano che ci sia un altro tipo di materia che non può essere vista. Questo materia oscura può rappresentare molto di più dell'universo rispetto al normale, materia visibile e può avere abbastanza gravità per fermarsi, e poi invertire, l'espansione.
Recentemente, gli astronomi hanno fatto alcune osservazioni che indicano che c'è un altro materiale invisibile nel cosmo: energia oscura . L'energia oscura potrebbe influenzare profondamente il destino dell'universo?
Siamo grandi " Grande "Il termine "big bang" è iniziato come uno scherzo, un'osservazione dispregiativa fatta dall'astronomo Fred Hoyle. Ma il nome è rimasto bloccato e ha generato una serie di imitazioni della nomenclatura. Un universo che si espande per sempre produrrà un "grande freddo" o un "grande gelo". Un universo che collassa in una singolarità ed esplode di nuovo verso l'esterno sperimenterà un "grande crunch" seguito da un "grande rimbalzo". E un universo che raggiunge l'equilibrio e non fa nulla diventerà un "grande noia".
Nella foto e ingrandita qui a sinistra c'è una supernova che Hubble ha catturato con una telecamera esplosa 10 miliardi di anni fa. Chiamato 1997ff, ha notevolmente rafforzato la tesi dell'esistenza dell'energia oscura che pervade il cosmo. Foto per gentile concessione della NASA-GSFC Proprio come gli astronomi erano alle prese con l'impatto della materia oscura, hanno fatto una scoperta che li ha portati a tornare ancora una volta alla lavagna. La scoperta è avvenuta nel 1998, quando i migliori telescopi del mondo hanno rivelato quel tipo io supernovae -- stelle morenti che hanno tutte la stessa luminosità intrinseca -- erano più lontane dalla nostra galassia di quanto avrebbero dovuto essere. Per spiegare questa osservazione, gli astronomi hanno suggerito che l'espansione dell'universo sta effettivamente accelerando o accelerando. Ma cosa farebbe accelerare l'espansione? La gravità inerente alla materia oscura non è abbastanza forte da impedire una tale espansione?
Come risulta, c'è di più nella storia cosmica di quanto si pensasse in precedenza. Alcuni cosmologi ora pensano che qualcos'altro - qualcosa di altrettanto inspiegabile e inosservabile come la materia oscura - sia in agguato nell'universo. A volte si riferiscono a queste cose invisibili come energia oscura . A differenza della gravità, che attrae l'universo e ne rallenta l'espansione, l'energia oscura spinge sull'universo e lavora per accelerare l'espansione. E ce n'è molto. Gli astronomi stimano che l'universo potrebbe essere il 73% di energia oscura. Materia oscura, pensano, costituisce un altro 23 per cento, e la materia ordinaria - la roba che possiamo vedere - costituisce un misero 4% [fonte:Brecher]. Con numeri del genere e dato che l'energia oscura è una forza inflazionistica, è facile vedere come il big crunch potrebbe non verificarsi mai.
interessante, Albert Einstein predisse l'esistenza dell'energia oscura nel 1917 mentre cercava di bilanciare le equazioni della sua teoria della relatività generale. All'epoca non la chiamò energia oscura. Lo chiamava il costante cosmologica e lo ha etichettato come lambda nei suoi calcoli. Anche se non poteva provarlo, Einstein pensava che ci dovesse essere una forza repulsiva nell'universo per diffondere tutto in modo così uniforme. Infine, ha ritrattato, chiamando lambda il suo più grande errore.
ora, gli scienziati si chiedono se Einstein abbia avuto ragione ancora una volta, a meno che, Certo, ha torto. Avanti il prossimo, esploreremo perché alcuni tengono ancora in grande considerazione il big crunch e perché potrebbe non essere la fine dell'universo, ma un secondo inizio.
Il grande rimbalzo prende il ciclo di vita dell'universo HowStuffWorks
Chiaramente, non c'è una risposta facile quando si tratta di predire il destino dell'universo. Ma immaginiamo per un momento che la densità dell'universo sia al di sopra del valore critico richiesto per fermare l'espansione. Questo porterebbe alla grande crisi, che in molti modi sarebbe come premere il pulsante di riavvolgimento su un videoregistratore. Mentre la gravità all'interno dell'universo tirava indietro tutto, gli ammassi di galassie si avvicinerebbero. Quindi le singole galassie inizierebbero a fondersi finché, dopo miliardi di anni, si formerebbe una mega-galassia.
Dentro questo gigantesco calderone, le stelle si fonderebbero insieme, facendo sì che tutto lo spazio diventi più caldo del sole. Infine, le stelle esploderebbero e i buchi neri emergerebbero, prima lentamente e poi più rapidamente. Mentre la fine si avvicinava, i buchi neri risucchieranno tutto ciò che li circonda. Persino loro si sarebbero uniti a un certo punto per formare un mostruoso buco nero che avrebbe chiuso l'universo come una borsa con cordoncino. Alla fine, non rimarrebbe altro che un super caldo, singolarità super-densa -- il seme di un altro universo. Molti astronomi pensano che il seme germinerebbe in un "grande rimbalzo, "ricominciando l'intero processo da capo.
Questa non è l'unica teoria. Alcuni cosmologi, guidato da Paul J. Steinhardt dell'Università di Princeton e Neil Turok dell'Università di Cambridge, hanno recentemente sostenuto che il big chill e il big crunch non si escludono a vicenda. Il loro modello funziona così:l'universo è iniziato con il big bang, che fu seguito da un periodo di lenta espansione e graduale accumulo di energia oscura. Questo è dove siamo oggi. Quello che succede dopo è altamente speculativo, ma Steinhardt e Turok credono che l'energia oscura continuerà ad accumularsi e, come fa, stimolerà l'accelerazione cosmica. L'universo non smetterà mai di espandersi, ma si estenderà per trilioni di anni, estendendo tutta la materia e l'energia a un tale estremo che il nostro unico universo sarà separato in più universi. Dentro questi universi, la misteriosa energia oscura si materializzerà nella normale materia e radiazione. Questo innescherà un altro big bang - forse molti di loro - e un altro ciclo di espansione.
Se sei sconcertato da tutto questo parlare di sgranocchiare ed espandere, puoi consolarti sapendo che il destino dell'universo non sarà determinato per miliardi, forse anche trilioni, di anni. Questo ti dà tutto il tempo per concentrarti su cose un po' più certe, come il tuo ciclo di vita di nascita, crescita e morte.
Pubblicato originariamente:2 marzo 2009
