Ogni volta che parliamo dell'universo in espansione, tutti vogliono sapere come andrà a finire. Sicuro, dicono, il fatto che la maggior parte delle galassie che possiamo vedere si stiano allontanando da noi in tutte le direzioni è davvero interessante. Sicuro, dicono, il Big Bang ha un senso, in quanto tutto era più vicino miliardi di anni fa.

Ma come finisce? Questo va avanti per sempre? Le galassie alla fine rallentano, fermati, e poi sfrecciare di nuovo insieme in un Big Crunch? Avremo un ciclo non-stop di Big Bang, per sempre?

Abbiamo scritto una serie di articoli su molti aspetti diversi di questa domanda, e l'attuale conclusione a cui sono giunti gli astronomi è che poiché l'universo è piatto, non crollerà mai su se stesso e darà inizio a un altro Big Bang.

Ma aspetta, cosa significa dire che l'universo è "piatto"? Perché è così importante, e come facciamo a saperlo?

Prima di iniziare a parlare della piattezza dell'universo, dobbiamo parlare di planarità in generale. Cosa significa dire che qualcosa è piatto?

Se sei in una stanza quadrata e cammini dietro gli angoli, tornerai al punto di partenza dopo aver fatto quattro curve di 90 gradi. Puoi dire che la tua stanza è piatta. Questa è la geometria euclidea.

ut se fai lo stesso viaggio sulla superficie della Terra. Inizia dall'equatore, fare una svolta di 90 gradi, camminare fino al Polo Nord, fare un altro giro di 90 gradi, tornare all'equatore, un'altra svolta di 90 gradi e tornare al punto di partenza.

In una situazione, hai fatto quattro giri per tornare al punto di partenza, in un'altra situazione ci sono voluti solo 3. Questo perché la topologia della superficie su cui stavi camminando ha deciso cosa succede quando fai una svolta di 90 gradi.

Potete immaginare un esempio ancora più estremo, dove cammini dentro un cratere, e ci vogliono più di quattro turni per tornare al punto di partenza.

Un'altra analogia, Certo, è l'idea delle rette parallele. Se spari due linee parallele al polo nord, si allontanano l'uno dall'altro, seguendo la topologia della Terra per poi tornare insieme.

Capito? Grande.

Ora, e l'universo stesso? Puoi immaginare la stessa analogia. Immagini di volare nello spazio su un razzo per miliardi di anni luce, eseguire manovre di 90 gradi e tornare al punto di partenza.

Non puoi farlo in tre, o cinque, te ne servono quattro, il che significa che la topologia dell'universo è piatta. Che è totalmente intuitivo, Giusto? Voglio dire, sarebbe una tua supposizione.

Ma gli astronomi erano scettici e avevano bisogno di sapere con certezza, e così, hanno deciso di verificare questa ipotesi.

Per dimostrare la piattezza dell'universo, avresti bisogno di fare molta strada. E gli astronomi usano la più ampia osservazione possibile che possono fare. La radiazione cosmica di fondo a microonde, il bagliore del Big Bang, visibile in tutte le direzioni come uno spostamento verso il rosso, momento di dissolvenza in cui l'universo è diventato trasparente verso il 380, 000 anni dopo il Big Bang.

Quando questa radiazione è stata rilasciata, l'intero universo era di circa 2, 700 C. Questo era il momento in cui faceva abbastanza freddo perché i fotoni fossero finalmente liberi di vagare per l'universo. L'espansione dell'universo ha allungato questi fotoni durante il loro viaggio di 13,8 miliardi di anni, spostandoli verso il basso nello spettro delle microonde, solo 2,7 gradi sopra lo zero assoluto.

Con i telescopi spaziali più sensibili che hanno a disposizione, gli astronomi sono in grado di rilevare piccole variazioni nella temperatura di questa radiazione di fondo.

Ed ecco la parte che mi sbalordisce ogni volta che ci penso. Queste minuscole variazioni di temperatura corrispondono alle strutture su scala più grande dell'universo osservabile. Una regione che era una frazione di grado più calda è diventata un vasto ammasso di galassie, centinaia di milioni di anni luce di diametro.

La radiazione cosmica di fondo a microonde dà e dà, e quando si tratta di capire la topologia dell'universo, ha la risposta di cui abbiamo bisogno. Se l'universo fosse in qualche modo curvo, queste variazioni di temperatura sembrerebbero distorte rispetto alle dimensioni reali che vediamo oggi queste strutture.

Ma non lo sono. Al meglio delle sue capacità, Il telescopio spaziale Planck dell'ESA, non è in grado di rilevare alcuna distorsione. L'universo è piatto.

Bene, non è esattamente vero. Secondo le migliori misurazioni che gli astronomi siano mai stati in grado di fare, la curvatura dell'universo rientra in un intervallo di barre di errore che indica che è piatto. Le future osservazioni di qualche super telescopio Planck potrebbero mostrare una leggera curvatura, ma per ora, le migliori misurazioni là fuori dicono... piatto.

Diciamo che l'universo è piatto, e questo significa che le linee parallele rimarranno sempre parallele. Le virate di 90 gradi si comportano come vere virate di 90 gradi, e tutto ha un senso.

Ma quali sono le implicazioni per l'intero universo? Cosa ci dice questo?

Sfortunatamente, la cosa più importante è ciò che non ci dice. Non sappiamo ancora se l'universo è finito o infinito. Se potessimo misurare la sua curvatura, potremmo sapere che siamo in un universo finito, e avere un'idea di quale sia la sua reale dimensione reale, fuori dall'universo osservabile che possiamo misurare.

Sappiamo che il volume dell'universo è almeno 100 volte superiore a quello che possiamo osservare. Almeno. Se le barre di errore di planarità vengono abbassate, la dimensione minima dell'universo aumenta.

E ricorda, un universo infinito è ancora sul tavolo.

Un'altra cosa che fa, è che in realtà causa un problema per la teoria originale del Big Bang, richiedendo lo sviluppo di una teoria come l'inflazione.

Dal momento che l'universo è piatto ora, deve essere stato piatto in passato, quando l'universo era una singolarità incredibilmente densa. E per mantenere questo livello di piattezza per 13,8 miliardi di anni di espansione, in una sorta di incredibile.

Infatti, gli astronomi stimano che l'universo deve essere stato piatto di 1 parte entro 1×10 ⁵⁷ parti.

Il che sembra una folle coincidenza. Lo sviluppo dell'inflazione, però, risolve questo, espandendo l'universo una quantità incomprensibile pochi istanti dopo il Big Bang. Gli universi pre e post inflazione possono avere livelli di curvatura molto diversi.

Ai vecchi tempi, i cosmologi dicevano che la piattezza dell'universo aveva implicazioni per il suo futuro. Se l'universo fosse curvo dove potresti completare un viaggio completo con meno di quattro giri, ciò significava che era chiuso e destinato a crollare su se stesso.

Ed erano più di quattro giri, era aperto e destinato ad espandersi per sempre.

Bene, questo non ha più importanza. Nel 1998, gli astronomi scoprirono l'energia oscura, che è questa forza misteriosa che accelera l'espansione dell'universo. Se l'universo è aperto, chiuso o piatto, continuerà ad espandersi. Infatti, quell'espansione sta per accelerare, per sempre.

Spero che questo ti dia un po' più di comprensione di cosa intendono i cosmologi quando dicono che l'universo è piatto. E come facciamo a sapere che è piatto? Misure molto precise nella radiazione cosmica di fondo a microonde.