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 L'ORIGINE DELL'UNIVERSO

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MessaggioTitolo: L'ORIGINE DELL'UNIVERSO   Sab Set 27, 2008 12:31 am

L'origine del nostro universo può essere fatta risalire a circa 15 miliardi di anni fa (miliardo più, miliardo meno); in quel tempo tutta la materia e l'energia presenti oggi erano concentrate in un volume di spazio molto piccolo, praticamente puntiforme, con temperature e densità altissime.

Ad un certo punto questo piccolissimo volume di spazio ha cominciato ad espandersi molto velocemente, come sottoposto ad una specie di esplosione.

Man mano che l'espansione procedeva lo spazio si dilatava sempre di più e di conseguenza la temperatura e la densità diminuivano costantemente; cominciarono così a formarsi le prime particelle, poi queste particelle contribuirono a formare gli atomi i quali si condensarono in gigantesche nubi da cui si formarono le galassie e gli ammassi di galassie fino ad arrivare all'universo attuale.

Questa teoria, che descrive la nascita e lo sviluppo dell'universo in cui viviamo, è nota con il nome di “teoria del Big Bang”
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MessaggioTitolo: Re: L'ORIGINE DELL'UNIVERSO   Sab Set 27, 2008 12:32 am

Un aspetto molto importante della teoria è che il Big Bang non fu un evento che si verificò in qualche punto dello spazio durante una certa epoca; tutt'altro: anche lo spazio e il tempo nacquero con il Big Bang. Di conseguenza domande come «dove avvenne il Big Bang?» oppure come «che cosa c'era prima del Big Bang?» sono completamente prive di significato. L'unica risposta che si potrebbe dare alla prima domanda è che il Big Bang è avvenuto dappertutto mentre una risposta alla seconda praticamente non esiste; sarebbe un po’ come chiedersi che cosa c'è a nord del Polo Nord.

La teoria del Big Bang è al giorno d'oggi accettata dalla stragrande maggioranza degli astronomi ed ha ricevuto diverse conferme sperimentali.

Le tappe che hanno portato verso il successo la teoria del Big Bang sono ormai pietre miliari lungo il cammino che l'astronomia ha percorso fino ai giorni nostri e sono fondamentalmente due.

La prima si colloca negli anni che vanno dal 1925 al 1930. In quegli anni Edwin P. Hubble, un astronomo americano che sarebbe diventato molto famoso e in onore del quale è stato battezzato il telescopio spaziale (Hubble Space Telescope), completando uno studio sulle cinquanta galassie più vicine alla Terra fece una scoperta che di lì a poco si sarebbe rivelata come una delle più importanti del secolo. Hubble scoprì che, a parte qualche rara eccezione, tutte le galassie possedevano un moto di allontanamento dalla Terra; inoltre più la galassia è lontana e più alta è la sua velocità di fuga.

Questo curioso fenomeno venne quasi subito correttamente interpretato come la prova sperimentale che il nostro universo è in espansione. Per capire bene questo discorso ricorriamo all'ormai classico esempio del palloncino.

Si supponga che il nostro universo sia la superficie di un palloncino e che le galassie siano dei punti neri posizionati sulla superficie dello stesso. Ad un certo punto, senza dirci niente, qualcuno comincia a soffiare dentro al palloncino il quale si gonfia, cioè si espande. Ora il singolo punto nero, cioè la singola galassia, non si accorge che lo spazio gli si sta gonfiando sotto i piedi; se ne accorge quando va ad osservare gli altri punti, cioè le altre galassie, ognuno dei quali sembra allontanarsi con velocità proporzionali alla distanza. L'espansione dell'universo è ciò che resta del Big Bang, cioè della grande esplosione iniziale.

La seconda grande scoperta di cui si accennava in precedenza avvenne nell'inverno fra il 1964 e il 1965; in quel periodo Arno Penzias e Robert Wilson, due tecnici radio americani che lavoravano per i Bell Telephone Laboratories, scoprirono casualmente un fondo di radiazione, localizzato nel campo delle microonde, diffuso in tutto l'universo. La radiazione, perfettamente isotropa (o quasi, come vedremo in seguito), sembrava provenire in egual misura da ogni direzione del cielo.

Questa radiazione, denominata “radiazione cosmica di fondo” e la cui esistenza era già stata prevista da molto tempo, altro non è che la prima radiazione fuoriuscita da un universo ancora giovanissimo che è stata enormemente “stirata” dall'espansione dello spazio.

Infatti durante le epoche immediatamente successive al Big Bang la radiazione (e la luce in particolare) non era libera di propagarsi nello spazio poiché veniva continuamente emessa ed assorbita dal denso miscuglio di particelle ed energia che a quei tempi formava l'universo (in gergo tecnico si dice che l'universo era “opaco” alla radiazione). Dopo circa 300.000 anni a partire dal Big Bang la temperatura dell'universo discese fino ad arrivare a circa 4.000 gradi; di conseguenza le particelle, che fino a quel momento avevano vagato libere, cominciarono ad aggregarsi per formare gli atomi e finalmente la radiazione fu libera di propagarsi (in gergo tecnico si dice che l'universo divenne “trasparente” alla radiazione).
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MessaggioTitolo: Re: L'ORIGINE DELL'UNIVERSO   Sab Set 27, 2008 12:36 am

La radiazione cosmica di fondo rappresenta proprio questa prima radiazione dell'universo primordiale; ovviamente, come già accennato in precedenza, più di dieci miliardi di anni di espansione dello spazio l'hanno enormemente stirata e raffreddata al punto che noi oggi la osserviamo nel campo delle microonde con una temperatura di 270 gradi sotto zero, quindi molto vicina allo zero assoluto (273 gradi sotto zero).

Di conseguenza la radiazione cosmica di fondo ci mostra com'era l'universo in questa primissima fase della sua storia, cioè 300.000 anni dopo il Big Bang. Grazie a questa scoperta Penzias e Wilson nel 1978 vinsero il premio Nobel.

Questa è la cosiddetta “teoria classica del Big Bang”; questa versione della teoria presenta, però, diverse difficoltà. Ne citiamo una, quella che gli addetti ai lavori chiamano “problema dell'orizzonte”.

Attualmente l'universo è fortemente isotropo (cioè presenta le stesse caratteristiche in qualunque direzione lo si osservi); di conseguenza non si capisce come regioni che sono lontanissime fra loro, e che non possono essere mai state a contatto poiché la loro distanza è sempre stata più grande di quella che la luce riuscirebbe a percorrere, abbiano le stesse caratteristiche.

Le difficoltà legate al problema dell'orizzonte (e ad alcuni altri) possono essere superate se si suppone che durante i primissimi istanti dopo il Big Bang l'universo abbia attraversato un piccolo periodo di tempo in cui l'espansione anziché essere rallentata dalla gravità fu enormemente accelerata come se fosse stata presente per un attimo una potentissima antigravità (periodo dell'inflazione). In questo brevissimo intervallo di tempo l'universo aumentò in maniera smisurata le proprie dimensioni (nota 3); alla fine del periodo inflattivo l'espansione dell'universo avrebbe ripreso il suo corso come previsto dalla teoria classica.
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MessaggioTitolo: Re: L'ORIGINE DELL'UNIVERSO   Sab Set 27, 2008 12:37 am

La teoria dell'inflazione è oggi generalmente accettata ed ha ricevuto una brillante conferma durante la scorsa primavera.

Infatti un ulteriore problema, rimasto irrisolto fino ad una decina di anni fa riguarda la formazione delle galassie; abbiamo visto come la radiazione cosmica di fondo sembra provenire in egual misura da ogni parte del cielo e quindi ci mostra un universo primordiale perfettamente omogeneo. Oggi, però, l'universo è tutt'altro che omogeneo (almeno localmente) poiché abbiamo galassie ed ammassi di galassie separati da immensi spazi vuoti e quindi non è chiaro come sia potuta avvenire la formazione delle galassie. Di conseguenza gli astronomi si erano convinti che la radiazione cosmica di fondo avrebbe dovuto per forza presentare delle irregolarità, corrispondenti a zone dell’universo più dense e zone meno dense, che si sarebbero in futuro trasformate in galassie (e ammassi di galassie) e in spazi vuoti.

Le prime tracce di queste irregolarità (quelle che in seguito sarebbero state chiamate “increspature dello spazio-tempo”), furono scoperte nel 1992 dal satellite COBE (COsmic Background Explorer). A distanza di otto anni da questa straordinaria scoperta, durante la scorsa primavera, per mezzo di un pallone sonda che trasportava a bordo sofisticati strumenti (progetto Boomerang) è stata ottenuta una mappa della radiazione cosmica di fondo molto dettagliata che copre 1.800 gradi quadrati di cielo. In questa mappa le increspature dello spazio-tempo sono evidentissime e le loro dimensioni sembrano essere quelle previste dalla teoria del Big Bang completata dalla teoria dell'inflazione
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MessaggioTitolo: Re: L'ORIGINE DELL'UNIVERSO   Sab Set 27, 2008 12:39 am

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