Teoria del Tutto. L’origine

Teoria del Tutto. L’origine

Teoria del Tutto

L’origine

Provate ad immaginare una bella pista da corsa che si espande per chilometri e chilometri oltre il vostro orizzonte, poi prendete una macchina sportiva, la più rumorosa che vi viene in mente e lanciatela a tutta velocità su quell’invitante circuito: ascoltate il rombo del motore che si fa più forte ogni volta che la macchina si avvicina e diminuisce quando, invece, si allontana. Se i nostri occhi fossero più sensibili, potremmo notare che l’auto durante il suo percorso cambia colore, diventando blu nel momento in cui si avvicina e rossa quando si allontana. 

In breve, questo è l’effetto doppler. I fan di Sheldon Cooper avranno sentito nominare questo fenomeno almeno una volta durante la nota serie TV e, proprio grazie a questo fantomatico personaggio, sapranno che lo stesso principio vale anche per la luce. Proprio grazie al genietto di The Big Bang Theory gli appassionati sanno che tale fenomeno fisico non si limita solo alle macchine da corsa, ma riguarda anche la luce.

Il nostro universo è molto vecchio, ha circa 14 miliardi di anni e si presume che esisterà per altri 28 miliardi, ma gli studi per rispondere alle domande secolari dell’uomo sulla vita e la sua creazione sono ancora molto giovani. Uno dei famosi pionieri è stato Stephen Hawking, sostenitore della Teoria del tutto che studia la storia del cosmo da quando ebbe inizio e prosegue fino alle ipotesi per gli sviluppi futuri. Che cosa c’entra tutto questo con l’effetto doppler, la luce e i colori? Ogni luce del cielo rappresenta una galassia e si comporta esattamente come la nostra bella macchina da corsa: quando si allontanano le galassie sono rosse, blu quando si avvicinano. Stephen Hawking usava questa metafora per far capire ai suoi studenti dell’università di Cambridge che l’universo si espande e si dilata, esattamente come farebbe un palloncino nel momento in cui tentassimo di gonfiarlo. 

Non è sempre stato così, in origine tutto era compresso in una cosa sola. Ogni corpo celeste, ogni galassia o pianeta era tutto un solo ed unico punto, si può quindi dire che “il principio era il nulla”. Circa 13 miliardi e 700 milioni di anni fa si creò il “tutto” attraverso la grande esplosione chiamata Big Bang, ma la cosa affascinante è che questo fenomeno avvenne nel più completo buio (la luce non esisteva), nel nulla più totale, quando non esisteva lo spazio come lo intendiamo oggi.. si può dire che non esisteva nemmeno uno spazio, non c’era un “esterno”, l’unica cosa che esisteva era un unico piccolo nucleo delle dimensioni di un atomo, un “dentro” che non risponde ai nostri concetti di tempo e spazio.

In origine vi era come una nebbia di energia che si espanse con una esplosione di radiazioni, passando in pochi millesimi di secondo dalle dimensioni di un atomo a quelle circa di un’arancia, da questo momento possiamo dire che un “qualcosa” iniziò ad esistere e a crescere diventando sempre più grande e, man mano che si espandeva, incominciò a raffreddarsi. Da questa reazione si crea la materia, ciò di cui tutti e tutto sono fatti, ma questo affascinante processo porta con sé un gemello di uguale nascita ma origine opposta, ciò che viene definito antimateria. La materia e l’antimateria quando si incontrano si distruggono a vicenda, va da sé che nel caso in cui queste due componenti siano presenti in egual misura, nulla può crearsi. A pensarci bene tutto esiste solo perché, nel momento in cui l’universo è nato, da quel grande dispendio energetico si è creata più materia rispetto all’antimateria. Tutto è venuto ad essere da un residuo di materia, quindi possiamo dire di essere fatti di polvere nata dal Big Bang.

Dopo il Big Bang l’universo era pieno gas, serviva qualcosa per riaddensare tutto e creare le prime strutture per poter andare oltre all’origine. Qua entra in gioco la più grande scoperta di Isaac Newton, la gravità. Come scoprì il fisico del XVIII secolo, gli oggetti si attraggono a vicenda a causa della forza di gravità, esattamente come una mela è attratta verso la terra e, anche se noi non possiamo percepirlo, come la terra stessa è attratta verso la mela. Ogni cosa è legata dalla forza di gravità ed è proprio lei la creatrice delle prime strutture del nostro appena originato universo.

Nel 1982 Hawking fece un esperimento che portò a concludere che la prima regola che vige nell’universo è che nulla è perfetto. Venne riempita una superficie piana con delle biglie (rappresentazione della materia) poste in posizione equidistante l’una dall’altra. In questo stato di perfezione la gravità agisce allo stesso modo su tutte le direzioni, mantenendo le biglie allineate in modo impeccabile, ma con questa condizione di perfezione nulla può esistere, rimarrebbe tutto immobile. Per fortuna l’universo è tutt’altro che perfetto e non segue le regole. La materia generata dal Big Bang non era ordinata, proprio per questo motivo la gravità aveva effetti diversi a seconda della maggiore o minore attrazione. Le irregolarità sono ciò che ha permesso alla gravità di “mischiare i colori”, portando alla creazione delle stelle e delle galassie. 

L’universo vede le sue origini come un ammasso di gas, in maggior misura idrogeno, che grazie alla gravità si riaddensano e mescolano. Man mano che si comprime l’idrogeno i suoi atomi rimbalzano in modo sempre più frenetico sprigionando energia e alzando la temperatura. Così inizia la fusione nucleare e si crea un nuovo elemento, più pesante dell’idrogeno: l’elio. 

Questa fusione è la stessa che avviene anche sul nostro Sole, è ciò che permette alle stelle di emanare l’energia e la luce che ci permettono di vivere. Dalla fusione continua si creano gli astri, ma non si può costruire tutto con i soli idrogeno ed elio. Per portare la creazione a vera vita servono anche l’ossigeno, il carbonio e il ferro. Come si creano questi altri elementi? Esattamente nello stesso modo in cui si è creato l’elio. Le stelle sono come delle enormi fabbriche di energia e al loro interno gli atomi degli elementi si fondano e creano sempre qualcosa di più pesante. Così dagli atomi di idrogeno si crea l’elio, dall’elio il carbonio, da questi l’ossigeno e infine il ferro. Più ci avviciniamo al centro di una stella più la sua materia è pesante, ma ad un certo punto il processo cambia: il ferro, al contrario degli altri elementi, quando fonde non produce energia, bensì l’assorbe. Più aumenta il ferro e più diminuisce l’energia, motore di vita della stella senza la quale non può avvenire la reazione. Cosa succede quando, nel momento in cui la gravità comprime tutto, non si sprigiona energia? La gravità ha il sopravvento e la stella inizia a comprimersi su se stessa, portando la temperatura a salire fino a quando non raggiunge il collasso ed esplode creando una supernova. Così muore una stella, che nella morte porta alla creazione di qualcosa di nuovo: l’esplosione di una supernova genera una forte onda d’urto che porta il ferro a fondere in atomi ancora più pesanti, ed è così che dal cuore di una stella morta nascono elementi presenti intorno a noi tutti i giorni quali l’oro e il platino.

Non è finita qui, come ci insegna la saga di Star Wars ogni forza ha un lato oscuro e anche la gravità non è da meno. Proprio al centro della nostra galassia (la Via Lattea) c’è l’esempio di ciò che accade quando la gravità ha il sopravvento, un buco nero.

Un buco nero si forma quando una stella molto grande, con una massa all’incirca venti volte maggiore di quella del nostro Sole, muore. Questo tipo di stelle mastodontiche hanno un nucleo talmente pesante che non possono fare altro che collassare sotto al loro stesso peso, ne consegue che gli strati esterni del corpo celeste vengono spazzati via dalle onde d’urto generate dalla forte esplosione, ma la parte più interna (e pesante) viene stritolato dalla gravità, compresso in un solo punto fino a quando non collassa in quello che viene chiamato pozzo gravitazionale. Così nasce un buco nero, fenomeno che attrae tutto ciò che gli capita a tiro (luce compresa!).

Stiamo quindi dicendo che i buchi neri sono ciò che ci porterà alla fine di tutto? Può essere, ma in realtà è proprio grazie a uno di questi che esistiamo. I buchi neri possono avere varie dimensioni: i più piccoli hanno una massa che è circa quattro volte quella del Sole, i più grandi equivalgono a migliaia di soli e poi ci sono i buchi neri enormi, chiamati supermassicci, come quello che si trova la centro della nostra galassia. Queste ultime tipologie formano dei poli attorno ai quali ruotano i corpi celesti e fungono da stabilizzatori, sono questi che plasmano l’aspetto di una galassia. Per noi questo ha significato (con l’immancabile aiuto della gravità) la nascita del Sole, della Terra e del genere umano; la vita è quindi figlia del caso e noi siamo residui di un’esplosione. 

Questa è solo l’origine della teoria del tutto di Stephen Hawking. Una affascinante quanto geniale teoria che in modo molto romantico ci ha portato a capire e a riflettere sul fatto che i nostri corpi, nonché noi stessi, siamo fatti della stessa sostanza di cui sono fatte le stelle. 

Eleonora Acito

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