Svelare i segreti ‘oscuri’ della notte
‘Che domanda sciocca!’ Si potrebbe pensare. Il sole è tramontato, ecco tutto. Beh, la risposta sembra davvero ragionevole, ma, come c’è sempre stato, è tutto qui?
Le notti sulla Terra sono naturalmente buie. Questo va bene. Possiamo dormire o fare altre cose adatte al buio. Il cielo scuro ci permette anche di dare una buona occhiata al grande universo e chiedersi come tutto sia nato. La risposta a “Perché la notte è buia?” non è semplice come “Perché il sole è tramontato”. Si collega all’origine dell’universo come lo conosciamo. Non semplice, ma bella.
Il paradosso
Se l’universo fosse statico, infinitamente vasto, eterno e pieno di un numero infinito di stelle, il cielo dovrebbe essere sempre splendente quando tutte le stelle brillano. Le luci delle stelle viaggerebbero in ogni direzione e alla fine toccherebbero ogni angolo dell’universo. Ogni punto della superficie di ogni pianeta, compresa la nostra Terra, sarebbe alla fine immerso nella luce delle stelle per tutto il tempo. La notte non dovrebbe essere buia allora. La parola ‘notte’ dovrebbe allora significare qualcosa di completamente diverso. Tutto questo sarebbe vero se solo la realtà non fosse quella che è ed è sempre stata: il cielo è buio di notte. Perché? Un medico-astronomo tedesco si pose questa domanda già nel 1823, e la questione divenne nota dopo il suo nome come il ‘Paradosso di Olbers’.”
Il modello dell’universo statico propone anche che l’universo sia omogeneo. Su una scala immensa, lo stesso numero di stelle riempirebbe un volume uguale dell’universo da qualsiasi posizione. Immaginate, secondo questo modello, se dovessimo tagliare l’universo in sezioni o gusci, ognuno spesso un anno luce e separati da una distanza di 1 miliardo di anni luce (astronomicamente lontano), ci sarà un numero crescente di stelle nei gusci più lontani dall’osservatore.
La luce dei gusci più lontani sarebbe naturalmente più fioca di quella del guscio più vicino all’osservatore, ma ci sarebbero più stelle nei gusci più lontani. Così l’osservatore vedrebbe la stessa quantità di luce dal guscio n. 2 che dal guscio n. 1. Ogni guscio contribuirebbe ad un’unità di luce, per un totale di tutto ciò che potrebbe essere visto dall’osservatore. Con un numero infinito di gusci, tutto sarebbe accecantemente luminoso.
Infatti, le notti sulla Terra sarebbero luminose come i giorni solo se l’assunzione che l’universo, essendo spazialmente e temporalmente infinito, e statico, fosse corretta. Secondo questo modello, non ci sarebbe né l’inizio né la fine dell’universo.
L’universo può essere infinitamente vasto, ma non è infinitamente vecchio. C’è stato un punto nel tempo in cui tutto è venuto all’esistenza. Questa nozione spiega infine il motivo per cui la notte è buia.
La luce viaggia veloce a circa 1080 milioni di chilometri all’ora. Niente nell’universo può andare più veloce della luce. Ma la luce impiega comunque del tempo per attraversare grandi distanze. Una delle ragioni per cui il cielo è buio di notte è che, fin dall’inizio, alcune luci di stelle lontane non sono ancora arrivate fino a noi, come ragiona Edgar Allan Poe nel suo saggio del 1848, Eureka.
Se la successione delle stelle fosse infinita, allora lo sfondo del cielo ci presenterebbe una luminosità uniforme, come quella mostrata dalla Galassia – poiché non potrebbe esserci assolutamente nessun punto, in tutto quello sfondo, in cui non esista una stella. L’unico modo, quindi, in cui, in un tale stato di cose, potremmo comprendere i vuoti che i nostri telescopi trovano in innumerevoli direzioni, sarebbe supporre la distanza dello sfondo invisibile così immenso che nessun raggio da esso è stato ancora in grado di raggiungerci. – Edgar Allan Poe, Eureka
La teoria del Big Bang e l’espansione dell’universo
Ci sono cose che il modello statico dell’universo non può spiegare. Con le nuove tecnologie, gli scienziati e gli astronomi hanno trovato sempre più prove che l’universo non è statico. Le osservazioni hanno suggerito che l’universo si sta espandendo. E a un ritmo molto veloce. Qualcosa deve aver causato questa espansione molto tempo fa. Una grande esplosione, forse? La visione intuitiva di Poe dell’universo con un’età finita ha anche supportato questa speculazione perché implica che ha un inizio. Entra la teoria del Big Bang.
La teoria del Big Bang dice che l’universo era un posto molto caldo in un certo momento. Il posto più caldo dell’universo (duh!) Era anche molto denso. Poi è avvenuto il bang. Tutta la materia nel “brodo cosmico primordiale”, formatosi poco dopo il botto, ha iniziato a raffreddarsi. La materia si è poi condensata per formare particelle subatomiche, poi atomi – i mattoni delle stelle – e tutto il resto.
Poco prima, l’universo era presumibilmente molto luminoso ma opaco perché gli elettroni liberi non avrebbero permesso alla luce di viaggiare così lontano. Raffreddandosi, l’universo divenne sempre più trasparente. Allo stesso tempo, l’universo si espanse. Ogni cosa al suo interno cominciò ad allontanarsi l’una dall’altra. L’espansione fu così veloce che le luci delle stelle e delle galassie formatesi in precedenza nell’universo si allungarono. Questo fenomeno è chiamato ‘redshift cosmologico’. Il termine ‘redshift’ deriva dal fatto che quando la lunghezza d’onda della luce viene allungata quando l’universo si espande e si raffredda, il colore della luce diventa più rosso perché la sua lunghezza d’onda si allunga e cade nella regione dell’infrarosso, facendo cadere la sua energia in seguito al raffreddamento dell’universo.
Quando guardiamo le stelle o le galassie, stiamo guardando nel loro passato. Questo perché la luce impiega anni per viaggiare da quegli oggetti a noi. Dal redshift cosmologico, gli scienziati hanno anche scoperto che più una stella o una galassia è lontana da noi, più velocemente si allontana. L’oggetto celeste osservabile più lontano è visibile solo nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico. Quando il telescopio Hubble ha fotografato l’immagine eXtreme deep field (XDF), lo ha fatto con sensori a infrarossi per rivelare stelle e galassie nelle zone più lontane dell’universo, per quanto possiamo osservare con la nostra tecnologia attuale.
Un’altra prova che sostiene la teoria del Big Bang è la radiazione cosmica di fondo scoperta inavvertitamente dagli scienziati nel 1965, che è la radiazione residua sotto forma di microonde e onde radio diffusa in tutto l’universo. Queste radiazioni sono così allungate molto più delle luci delle stelle e delle galassie osservabili più lontane. Le loro lunghezze d’onda sono più lunghe di quelle delle regioni infrarosse. La radiazione cosmica di fondo è, in altre parole, la versione raffreddata della radiazione rilasciata al tempo del Big Bang. È la più antica radiazione osservabile. Possiamo anche pensare a questa radiazione come all’istantanea dell’universo nel periodo in cui avvenne il Big Bang, cioè circa 14 miliardi di anni fa.
La breve risposta a “perché è buio di notte?”
Il messaggio da portare a casa è che i nostri cieli notturni sono bui perché non possiamo vedere le luci delle stelle e delle galassie lontane perché si allontanano da noi così velocemente che le loro luci sono allungate e diventano luci infrarosse. Non tutte le luci di tutte le stelle dell’universo ci raggiungeranno nel corso della nostra vita, semplicemente perché sono troppo lontane. Ma in realtà, l’intero “universo osservabile” è tutto illuminato allo stesso tempo da ogni sorta di radiazioni invisibili ai nostri occhi e ancora pieno di meraviglie che aspettano di essere scoperte.