L’universo è davvero infinito?

La questione se l’universo sia davvero infinito è una delle domande più profonde e affascinanti che l’umanità si sia mai posta. È una domanda che ha affascinato scienziati, filosofi e pensatori per secoli. Per rispondere a questa domanda, dobbiamo esplorare le idee più moderne in cosmologia, fisica e matematica, nonché le osservazioni e i modelli che ci aiutano a comprendere la struttura e la natura dell’universo.

1. Cos’è l’universo? Una definizione di base

Prima di indagare se l’universo sia infinito o meno, è utile chiarire cosa intendiamo per “universo”. In termini semplici, l’universo è tutto ciò che esiste: la totalità dello spazio, del tempo, della materia, dell’energia, e le leggi fisiche che li governano. Questo include non solo le stelle, i pianeti e le galassie che possiamo osservare, ma anche l’energia oscura, la materia oscura e altre componenti dell’universo che sono ancora in gran parte sconosciute.

Il concetto di “universo” può essere distinto in due modi principali:

• Universo osservabile: Questo si riferisce alla parte dell’universo che possiamo effettivamente osservare con i nostri strumenti. A causa del limite della velocità della luce, possiamo vedere solo ciò che si trova entro un certo raggio, che è di circa 46,5 miliardi di anni luce. Questo è ciò che chiamiamo l’universo osservabile.
• Universo nel suo insieme: Al di là dell’universo osservabile, potrebbe esserci molto altro che non possiamo vedere, ma che esiste comunque. Questo concetto si riferisce all’universo nel suo complesso, che potrebbe essere molto più grande, o persino infinito.

2. La storia dell’idea dell’infinito nell’universo

L’idea che l’universo possa essere infinito ha una lunga storia. In tempi antichi, molte culture immaginavano l’universo come finito, spesso racchiuso in una sfera o struttura chiusa. Tuttavia, con il progresso della scienza, la visione dell’universo ha subito importanti trasformazioni.

A. L’universo aristotelico e tolemaico

Nell’antichità, l’universo era generalmente concepito come un sistema finito. Aristotele, per esempio, immaginava l’universo come una serie di sfere concentriche, con la Terra al centro e le stelle fissate sulla sfera più esterna. Questo modello, noto come modello geocentrico, fu adottato e perfezionato da Claudio Tolomeo, il cui sistema tolemaico dominò la visione cosmologica per secoli.

In questo modello, l’universo era chiaramente finito, con limiti ben definiti. Tuttavia, nel corso del tempo, questa visione venne messa in discussione.

B. La rivoluzione copernicana e la possibilità di un universo infinito

Nel XVI secolo, Niccolò Copernico propose un modello eliocentrico, in cui la Terra e gli altri pianeti orbitavano attorno al Sole. Sebbene questo modello non implicasse necessariamente un universo infinito, rimosse la Terra dal centro dell’universo e aprì la strada a nuove possibilità.

Successivamente, filosofi come Giordano Bruno iniziarono a speculare sull’idea che l’universo potesse essere infinito. Bruno propose che le stelle fossero altri soli, con pianeti attorno a loro, e che l’universo si estendesse all’infinito in tutte le direzioni. Queste idee erano radicali per il loro tempo e furono duramente contrastate, ma segnarono l’inizio di un cambiamento fondamentale nel pensiero cosmologico.

C. Newton e l’universo infinito statico

Nel XVII secolo, con lo sviluppo della fisica moderna, la nozione di un universo infinito divenne più plausibile. Isaac Newton, con la sua teoria della gravità, immaginava l’universo come un sistema infinito di stelle sparse in uno spazio infinito. Secondo Newton, l’universo doveva essere infinito per evitare che la forza gravitazionale delle stelle causasse il collasso dell’intero sistema in un punto centrale.

Tuttavia, l’idea di un universo infinito statico presentava diversi problemi, uno dei quali era il paradosso di Olbers, che osservava che, se l’universo fosse stato infinito e pieno di stelle, il cielo notturno avrebbe dovuto essere completamente luminoso. Questo paradosso, insieme ad altri problemi, avrebbe spinto gli scienziati a riconsiderare l’idea di un universo statico.

3. La nascita della cosmologia moderna: il Big Bang

La cosmologia moderna ha fatto enormi progressi nel XX secolo, grazie a nuove teorie fisiche e osservazioni astronomiche. Il concetto di un universo infinito statico venne superato dalla teoria del Big Bang, che rivoluzionò la nostra comprensione della nascita e dell’evoluzione dell’universo.

A. La scoperta dell’espansione dell’universo

Negli anni ’20, l’astronomo Edwin Hubble fece una scoperta rivoluzionaria: le galassie si stavano allontanando l’una dall’altra, indicando che l’universo era in espansione. Questo suggeriva che l’universo doveva essere stato più piccolo in passato e che, se si fosse tornati abbastanza indietro nel tempo, si sarebbe arrivati a un punto in cui l’universo era estremamente denso e caldo. Questo concetto divenne noto come teoria del Big Bang.

La teoria del Big Bang implica che l’universo abbia avuto un inizio, circa 13,8 miliardi di anni fa, quando tutto lo spazio, il tempo e la materia erano concentrati in un singolo punto, un “singolarità”. Da quel momento, l’universo ha iniziato a espandersi, e continua a farlo ancora oggi.

B. Il destino dell’universo: espansione eterna o collasso?

Uno degli interrogativi principali che derivano dalla teoria del Big Bang riguarda il destino finale dell’universo. Se l’universo è in espansione, continuerà a espandersi per sempre? Oppure a un certo punto smetterà di espandersi e inizierà a contrarsi, portando a un Big Crunch, un collasso finale dell’universo?

La risposta a questa domanda dipende dalla quantità di materia e energia nell’universo. Se c’è abbastanza materia, la gravità potrebbe rallentare e invertire l’espansione, causando un Big Crunch. Se invece non c’è abbastanza materia, l’universo potrebbe espandersi per sempre.

Negli anni ’90, le osservazioni di supernove lontane portarono a una scoperta sorprendente: l’espansione dell’universo non sta rallentando, ma accelerando. Questa accelerazione è attribuita a una misteriosa forza chiamata energia oscura, che sembra costituire circa il 68% dell’energia totale dell’universo. Questa scoperta ha cambiato radicalmente la nostra comprensione del destino dell’universo, suggerendo che l’espansione potrebbe continuare indefinitamente.

4. L’universo è davvero infinito? Le prospettive attuali

Con la teoria del Big Bang e la scoperta dell’espansione accelerata dell’universo, la domanda sull’infinità dell’universo rimane ancora aperta. Ci sono diversi aspetti da considerare quando si esplora questa domanda.

A. L’universo è spazialmente infinito?

Uno dei principali interrogativi è se l’universo sia infinitamente esteso nello spazio. Questo dipende dalla geometria dell’universo, che può essere descritta in tre modi principali:

1. Universo chiuso: Se la curvatura dell’universo è positiva (simile alla superficie di una sfera), allora l’universo è finito, ma senza bordi. In altre parole, se si viaggiasse in una direzione abbastanza a lungo, si tornerebbe al punto di partenza.
2. Universo piatto: Se la curvatura dell’universo è piatta (simile a un piano), allora l’universo potrebbe essere infinito. Questo è il modello attualmente più supportato dalle osservazioni cosmologiche.
3. Universo aperto: Se la curvatura dell’universo è negativa (simile alla superficie di una sella), allora l’universo potrebbe essere infinito e continuerebbe ad espandersi per sempre.

Le misurazioni della radiazione cosmica di fondo – una sorta di “eco” del Big Bang – suggeriscono che l’universo è piatto o molto vicino alla piattezza. Questo potrebbe indicare che l’universo è spazialmente infinito, ma non possiamo esserne certi al 100%. Anche se l’universo fosse finito, potrebbe essere così grande che appare infinito su scala osservabile.

B. L’universo è temporalmente infinito?

Se l’universo continua ad espandersi indefinitamente, questo implica che potrebbe essere temporalmente infinito nel futuro. Tuttavia, il concetto di infinito temporale è complicato. Anche se l’espansione prosegue all’infinito, l’universo

Costantemente aggiornato, … vieni a trovarci di nuovo!