Sia la luce

Riverside Probate Lawyer

Immaginatevi

 

 

In ogni secolo gli esseri umani hanno pensato

di aver capito definitivamente l’Universo

e, in ogni secolo, si è capito che avevano sbagliato.

Da ciò segue che l’unica cosa certa che possiamo dire oggi

sulle nostre attuali conoscenze è che siano sbagliate.

 

Isaac Asimov,

Grande come l’universo

Saggi sulla scienza

 

Come avevo detto, in questa sezione, Immaginatevi, mi sarei dedicato, tra le altre cose, alla Cosmologia, nella speranza di indurre qualcuno a vedere con gli occhi della mente (“Immaginare”, appunto), quanto avrei descritto.

 

Già la volta scorsa mi sono occupato del Big Bang, ovvero di quello che fu l’evento, da cui, presumibilmente, ebbe inizio l’Universo Mondo; questa volta mi occuperò invece della fine l’Universo Mondo.

 

La frase di Asimov in apertura ha due motivi d’essere: uno, è bellissima, dà molto da pensare, e, su tutto, come alla fine capirete, spero sia vera; due, dal momento che parlare della fine del cosmo vuol dire parlare dell’entropia, chiuderò questo post richiamando “L’ultima domanda”, un bellissimo racconto del grande Isacco proprio relativo a quest'argomento.

 

Una premessa sul significato dei numeri relativi al tempo di vita in secondi dell’universo (da ora in poi: “t”) che appariranno nel presente post:

- il numero a base 10 elevato a potenza 10 positiva (10¹⁰), corrisponde a 10 miliardi; in astronomia, per brevità, per indicare tempi superiori o uguali ai 10 miliardi di anni si usa la notazione dell’elevamento a potenza positiva. L’unità base, per comodità, è l’anno terrestre (e, invece di usare il numero di secondi che c’è in un anno, si usa l’anno). 10 a potenza 12 positiva (10¹²) indicherà pertanto 1000 miliardi di anni;

- il numero 10 elevato a potenza 43 negativa (10^-43, noto, tra parentesi, come Tempo di Planck), si legge come 1/[10 elevato alla 43-esima potenza]; in astronomia, per brevità, per indicare il tempo prima del 1° secondo di vita del cosmo si usa la notazione dell’elevamento a potenza negativa. L’unità base di computo è, appunto, il secondo. 10 a potenza 43 negativa indicherà pertanto un tempo di 1 secondo diviso un 10 elevato a potenza 43-esima, che è pur sempre un tempo positivo.

 

 

Questa, in breve, è la storia dell’universo, e, questo, in breve, è il modo in cui la materia finirà la sua storia (esclusa pertanto l’ipotesi del Big Crunch, ovvero l’ipotesi che la materia esistente sia insufficiente a contrastare la forza gravitazionale, provocando un collasso della stessa a livello universale). Taluni periodi si sovrappongono, e non è un errore: è proprio che tali fenomeni si sovrappongono in parte, e fare un elenco temporalmente lineare con periodi che non si intersecano è assai scomodo. Inoltre tali dati sono teorici, e niente e nessuno, al momento - come peraltro Asimov dice splendidamente lassù - può dire se l'universo abbia o no una dimensione massima compresa tra i 24 e i 30 miliardi di anni luce e quindi quanto sotto riportato sia vero in assoluto (ovvero, ad un diametro - ma parlare di diametro è riduttivo, perché lo spazio espandendosi definisce sé stesso - pari ad un numero di anni luce pari a circa il doppio del tempo da cui esiste il nostro universo, ovvero un tempo compreso tra i 12 e i 15 miliardi di anni, escluse eventuali espansioni ultra-luminali, che porterebbero le dimensioni del diametro cosmo, dicono, ad una grandezza che va dai 50 ai 100 miliardi di anni luce, e il fatto che esista un Orizzonte Cosmico degli Eventi, che si troverebbe tra i 12 e i 15 miliardi di anni luce da noi, che ci impedirà di guardare mai oltre detto limite). Secondo me, il successore dell'Hubble Space Telescope, il James Webb Space Telescope, ci riserverà in ogni caso non poche sorprese.

 

1) 0 < t < 10^-43 (il tempo universale è inferiore al tempo indicato a destra dell’espressione; il dato è in secondi): ciò che avvenne prima del tempo di Planck è sconosciuto; raggio di curvatura e geometria dell’universo sono ignoti; l’universo corrisponde ad un’entità puntiforme a singolarità infinita. Anche se è difficile da capire, questo tempo, anche se infinetisimale, è un tempo positivo. Per spiegarmi, 1/[10 elevato a 43], è uguale ad uno zero seguito da altri 43 zeri e un 1. E', ripeto, un  tempo infinitamente piccolo, ma superiore allo zero. Un tempo negativo pertanto, anche se potrebbe esistere, non è qui preso in considerazione.
Tra l’altro, non solo cosa accade prima, ma anche e soprattutto perché accadde, sono appannaggio non della scienza, ma della metafisica e della religione.

2) 10^-43 < t < 10^-23 ( il tempo universale, sempre in secondi, è compreso tra i termini indicati a destra e a sinistra dell’espressione): l’universo è nella cosiddetta "era degli adroni" (adroni sono le particelle elementari pesanti); tra parentesi, una considerazione importante: essendo E=mc², la stessa materia che ci circonda e quella da cui siamo formati, prima di essere tale, era energia (“luce” è improprio, ma, in effetti, trattandosi di fotoni, si potrebbe parlare di luce). En passant, quando lessi la prima volta queste teorie, dal momento che gli atomi stessi da cui noi siamo formati sono gli eredi dell’era adronica, rimasi scioccato: prima di essere, la materia, era luce. Quindi, e ciò viene anche confermato in un certo senso dalla fisica stellare, secondo la quale alle stelle di cosiddetta Seconda Popolazione, prevalentemente formate da idrogeno ed elio, seguono le stelle di Prima Popolazione, che, come le nebulose planetarie da cui si formano, contengono elementi pesanti (i cd “metalli”), noi stessi, prima di essere, eravamo luce (“We are all made of stars” di Moby: vi dice niente?).

3) 10^-23 < t < 10^-4 (idem come sopra): con una temperatura nell’ordine dei (!!!) 1000 miliardi di gradi, i fotoni cominciano a trasformarsi nelle prime coppie di particelle pesanti, ossia i barioni e gli antibarioni, ovvero materia ed antimateria. La densità dell’universo è ancora altissima, e materia ed antimateria si annichilano a vicenda dando luogo a fotoni di alta energia. Alla fine dell’era adronica, a causa di un – non ancora spiegato – eccesso della materia sull’antimateria, un’esigua frazione di adroni sfugge all’annichilazione, creando le basi per permettere all’universo di divenire ciò che è oggi.

4) 10^-4  = t: quando il tempo dell’universo è 1 decimillesimo di secondo inizia l’"era leptonica" (l’era delle particelle leggere, contrapposta alla precedente): i fotoni, che hanno energia minore di quelli di precedente generazione, possono creare particelle meno energetiche (che, sempre per l’uguaglianza E=mc², vuol dire meno massicce); si formano coppie di elettroni e positroni, mentre molti dei protoni creatisi nell’era precedente decadono in protoni ed elettroni.

5) 10  = t: l’universo, a 10 secondi di vita, continua ad essere formato da materia ed antimateria: protoni ed antiprotoni, neutroni ed antineutroni, elettroni e positroni, che nuotano in un mare di fotoni di energia appena superiore a quella dell’elettrone. La temperatura è nell’ordine di 1 miliardo di gradi (per capire cosa ciò significhi, considerate che il nostro Sole ha una temperatura esterna nell’ordine dei 5000 gradi ed una temperatura al nucleo nell’ordine dei 15 milioni di gradi). Sempre per via di quell'inspiegato eccesso di materia sull'antimateria, la prima si impone definitivamente a discapito della seconda (è svanita del tutto? è nel cuore delle galassie? si sta ancora cercando di capire se si sia estinta del tutto, e, se no, di capire dove sia finita).

6) 3 h = t: l’espansione continua, la temperatura, così come la densità diminuiscono. La temperatura scende a 100 milioni di gradi. Qui avviene una cosa importantissima: ha inizio la nucleosintesi. Le particelle elementari si uniscono a formare i primi nuclei atomici. Si formano vari elementi, ma rimangono in prevalenza solo nuclei di idrogeno ed elio. Le stime teoriche dicono che la percentuale di elio sulla materia totale dovesse essere tra il 25 ed il 30%. Il fatto che questa stessa percentuale sia quella che si riscontra in stelle di età diversa, è, in effetti, assieme alla Radiazione Cosmica di Fondo (alla cui spiegazione su Wikipedia ho messo un link la volta scorsa), e, infine, alla distribuzione su grande scale delle galassie, una delle prove dell’espansione dell’universo.

7) 700.000 anni = t: niente di nuovo sotto il sole; al periodo di frenesia di prima corrisponde un periodo di relativa quiete (battuta galattica: “niente di nuovo sotto i soli”… uh-hummm… Bhè, la battuta è carina ma non funziona: soli non ce ne sono ancora… In questa fase, l’universo è opaco, e lo sarà fino a 200 milioni di anni circa dalla sua nascita).

8) 1 miliardo di anni > t > 200 milioni di anni: la temperatura scende sotto i 3000 gradi circa, gli atomi di idrogeno ed elio si combinano a formare i primi atomi neutri (la temperatura, tra l’altro, continuerà a diminuire fino ai 2,7 gradi della Radiazione Cosmica di Fondo, che oggi ci circonda). L’universo, che fino a questo istante è stato opaco, diventa trasparente. Dalla massa di gas primordiale che continua ad espandersi nasceranno i corpi che popolano l’universo di oggi (anche se, per la sintetizzazione degli elementi pesanti, i cd “metalli”, saranno necessarie le fornaci stellari di miliardi di stelle di prima generazione).

9) 4 miliardi > t > 1 miliardo di anni: anche se non si sa ancora sulla base di quali fenomeni (probabilmente delle piccole increspature che formano dei nodi all’interno dei gas primordiali, che, nel frattempo si sono diffusi secondo uno schema che più o meno può paragonarsi alle spugne di mare), nascono le galassie. Un'evidenza di ciò è data dai Quasar (per la cui definizione rimando al precedente post), e, di nuovo, dalla distribuzione su grande scala della materia visibile.

10) 4 miliardi di anni > t > 2 miliardi di anni: si formano, all’interno delle protogalassie, le prime stelle.

11) 5 miliardi di anni > t > 4 miliardi di anni: alcune delle stelle nate nel periodo precedente (quelle con una massa superiore, presumibilmente, a tre volte quella del nostro sole) terminano la loro esistenza trasformandosi in buchi neri (su cosa sia un buco nero, scriverò il prossimo post).

12) 10¹⁰ anni > t > 4 miliardi di anni: l’universo si struttura per come lo vediamo; nascono i buchi neri galattici (la Via Lattea ha il suo in direzione di Sagittarius A);

13) 10¹⁴ anni > t > 10¹⁰ anni: si estinguono le stelle e quindi le galassie;

14) 10¹⁵ anni > t > 10¹⁴ anni: le stelle cessano di esistere; le stelle morte in parte si condensano nei nuclei galattici, in parte vengono espulse;

15) 10²⁰ anni> t > 10¹⁵ anni: le galassie si spengono trasformandosi in buchi neri;

16) 10³² anni > t > 10²⁰ anni: si formano i buchi neri supergalattici, e la materia, partendo dal presupposto che la vita media dei protoni sia proprio 10³² anni, si disgrega in elettroni e positroni;

17) 10⁶⁶ anni > t > 10³² anni: essendosi i protoni disintegrati, tutta la materia, tranne quella sotto forma di buco nero, scompare; a 10⁶⁶ anni si dissolvono i buchi neri stellari.

18) 10⁹⁰ anni > t > 10⁶⁶ anni: la materia residua comincia a evaporare, fino che, dai 10⁹⁰ anni iniziano anche a dissolversi i buchi neri supergalattici.

19) 10¹⁰⁰ anni  > t > 10⁹⁰ anni: la materia residua evapora del tutto, fino che, oltre i 10¹⁰⁰ anni non rimane altro che un tenue gas di elettroni, positroni, neutrini e raggi gamma. E’, in altri termini, l’inizio della Morte Termica, l’aumento di disordine finale. E', in una eloquente e totalizzante espressione, l’Entropia Totale.

 

In sostanza, l’universo si spegnerà come una candela, ma, a differenza di una candela che abbia bruciato, non lascerà nemmeno della cenere.

 

E qui torniamo al grande Asimov.

Anche lui si pose la questione, e la risposta ottimistica fu un bellissimo racconto, “L’Utima Domanda”, come sopra dicevo.

In questo racconto, l’umanità, attraverso generazioni e sotto diverse forme evolutive, chiede a Multivac prima e al Multivac Galattico poi, “Se è possibile invertire l’Entropia”.

Per eoni Multivac non saprà, a causa dell’insufficienza di dati, rispondere alla domanda, fino a che, a umanità oramai estinta, divenuto una macchina semi-divina, invertirà egli stesso l’Entropia, in sostanza generando da sé un nuovo Big Bang.

 

Ne riporterei la versione integrale (io l’ho trovata facilmente on line, e penso voi possiate fare lo stesso), ma, essendo ignorante in tema di copyright, mi limito a riportarne la splendida conclusione (Ac è Multivac Galattico, tra parentesi):

 

“L'ultima mente dell'Uomo si fuse e soltanto AC esisteva, ormai nell'iperspazio.

 

Materia ed energia erano terminate e, con esse, lo spazio e il tempo. Perfino AC esisteva unicamente in nome di quell'ultima domanda alla quale non c'era mai stata risposta dal tempo in cui un assistente semi-ubriaco, dieci trilioni d'anni prima, l'aveva rivolta a calcolatore che stava ad AC assai meno di quanto l'uomo stesse all'Uomo.

Tutte le altre domande avevano avuto risposta e, finché quell'ultima non fosse stata anch'essa soddisfatta, AC non si sarebbe forse liberato della consapevolezza di sé.

Tutti i dati raccolti erano arrivati alla fine, ormai. Da raccogliere non rimaneva più niente.

Ma i dati raccolti dovevano ancora essere correlati e accostati secondo tutte le relazioni possibili.

Un intervallo senza tempo venne speso a far questo.
E accadde, così, che AC scoprisse come si poteva invertire l'andamento dell'entropia.

Ma ormai non c'era nessuno cui AC potesse fornire la risposta all'ultima domanda. Pazienza! La risposta -- per dimostrazione -- avrebbe provveduto anche a questo.

Per un altro intervallo senza tempo, AC pensò al modo migliore per riuscirci. Con cura, AC organizzò il programma.

La coscienza di AC abbracciò tutto quello che un tempo era stato un Universo e meditò sopra quello che adesso era Caos. Un passo alla volta, così bisognava procedere.

LA LUCE SIA! disse AC.

E la luce fu.”

 

Mi auguro che possa finire così, perché pensare alla Morte Termica mi ha sempre riempito il cuore di angoscia.

 

In ogni caso, tanto quelle sulla nascita del cosmo quanto quelle sulla presunta durata di vita del protone, e, quindi, sulla fine del tutto, sono teorie, e, come tali, non è detto che siano vere. Inoltre, non sono affatto uniche: esistono sia teorie che prevedono l’Entropia, sia teorie che prevedono universi ciclici, sia teorie come quella delle stringhe che, in ambito cosmologico, prevedono che esistano più dimensioni delle 4 che sperimentiamo e che lo scontrarsi delle cosiddette (Mem)Brane (entità sulle quali si manifesterebbero universi distinti) dia origine ad altrettanti Big Bang quanti sono i contatti tra di esse.

 

Bye,

Davide.

 

Ed ora, un triste

 

Post Scriptum: ammettendo che Multivac sia nato come materia, un suo salto nell’Iperspazio è improbabile: a rigore, essendo esso stesso fatto di materia ordinaria, si sarebbe dovuto dissolvere come tutto il resto dell’Universo… Ma il bello della letteratura è proprio quello: lavorare di fantasia.