L'Universo si sta espandendo, ma senza occupare altro spazio

Secondo la relatività generale, la metrica spazio-temporale cambia con il tempo: il metro cosmologico si restringe e di conseguenza la distanza tra le galassie aumenta

Anche Einstein ha fatto i suoi errori. Il più grande di tutti? Stando alle sue parole, l'essersi attaccato all'idea che l'Universo debba essere statico, contrariamente a quanto predetto dalla sua stessa teoria, la relatività generale. Oggi abbiamo numerose prove teoriche e sperimentali del fatto che l'Universo sia in realtà in una fase di espansione. "Ma in cosa si espande?". È proprio con questa domanda, menzionata anche nel nostro primo articolo (clicca qui per leggerlo), che è nata l'idea di creare questa rubrica.

"Gasp, è una delle cose più difficili da raccontare", ha risposto Carlo Rovelli quando gli abbiamo chiesto come lui proverebbe a spiegarlo. Abbiamo fatto lo stesso con altri tre stimati fisici della gravitazione e amici: Abhay Ashtekar, Alejandro Perez ed Eugenio Bianchi. Il risultato? Quattro risposte diverse, a conferma della complessità dell'argomento. Non avendo spazio per proporle tutte, prendiamo spunto da esse per spiegarlo con parole nostre.

Il punto in comune di tutte le risposte, cruciale per capire il problema, è che è il termine "espansione" a non essere propriamente corretto, e quindi ad indurre confusione. Infatti, quando si pensa a una cosa che si espande, si immagina quella cosa immersa in uno spazio esterno, e che con il passare del tempo occupa una parte sempre più grande di tale spazio. Nel caso dell'Universo, però, esso è lo spazio stesso, e non è quindi contenuto in nessun altro spazio esterno. Come può quindi espandersi?

Per capirlo, facciamo un passo indietro e partiamo dai dati sperimentali. Nel 1929 Edwin Hubble osservò che le galassie si allontanano l’una dall’altra, o meglio, che la distanza tra di esse aumenta col passare del tempo. L'Universo si sta quindi espandendo nel senso comune del termine, potremmo concludere. Ma è questa l'unica spiegazione possibile di questi dati? Ecco un esempio. Immaginate di essere dentro una stanza, per semplicità quadrata, e avere un metro per misurare la distanza tra le pareti. Il primo giorno effettuate la misura e la stanza risulta lunga 2 metri. Il secondo giorno 2 metri e 40 centimetri. Il terzo 3 metri, e così via. O la stanza si sta espandendo invadendo il soggiorno o... il metro si sta rimpicciolendo! Per quanto assurda possa suonare questa seconda opzione, questo è proprio quello che accade nell'Universo.

Secondo la relatività generale, infatti, il "metro" con cui misuriamo le distanze tra le galassie, in termini tecnici la metrica spazio-temporale, cambia con il tempo. È come avere un metro elastico che si può estendere o restringere così che le tacche su di esso diventano più rade o più fitte. Il metro cosmologico si sta restringendo, e di conseguenza la distanza tra le galassie sta aumentando.

In questo senso l'Universo si "espande", e lo può fare senza andare ad occupare alcuno spazio esterno.

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Commenti

Altoviti

Dom, 23/02/2020 - 14:50

il risultato sembra illogico e dunque una cosa illogica non pare essere una buona spiegazione. Se la velocità della luce è costante come lo dice la teoria e che misuriamo una distanza superiore tramite anni luce; come fa ad esserci una distanza uguale o minore in realtà? Oppure il tempo si ristringe, oppure la velocità della luce ci appare costane nel nostro universo ma non è così nell'assoluto se mai tale assoluto abbia un senso.

tremendo2

Dom, 23/02/2020 - 15:12

l'errore di questi discorsi è alla radice, cioè nel tentativo di geometrizzare la fisica. Ora la geometria si basa su dei postulati che non sono dimostrabili, infatti esistono anche geometrie non euclidee. Quindi 1) è scorretto geometrizzare la fisica, 2) è doveroso che ogni scienziato chiarisca prima di tutto a quale geometria vuol far riferimento, cioè quali sono i suoi postulati. 3) per non parlare delle amenità che si trovano nei libri di geometria geometria, tipo il filo che si adagia (!) su un piano.

tremendo2

Dom, 23/02/2020 - 15:20

un esempio di geometrizzazione dello spazio. Immagino un segmento e lo divido in due. E vado avanti. Posso ripetere l'operazione all'infinito. Ma se opero la stessa cosa fisicamente, a un certo punto sono costretto a fermarmi perché non ho più gli strumenti per farlo, non ci riuscirò proprio.

tremendo2

Dom, 23/02/2020 - 15:27

@Altoviti. Se supero la velocità della luce, semplicemente esco dal tempo e dallo spazio, e quindi non ha più senso misurare, perché per misurare ho bisogno di mettere in rapporto due cose. Ora non posso misurare qualcosa che non so più dove è. In altre parole: la scienza può parlare solo di ciò che riesce a misurare. Ora, se sono dentro una stanza, non posso misurare quello che c'è "fuori", anche perché non lo conosco. (ho messo "fuori" tra virgolette perché quel "fuori" esiste sono nella nostra mente)

Ritratto di alfredido2

alfredido2

Dom, 23/02/2020 - 15:52

Ci sono, mi pare, prove che la velocità di "fuga" aumenti continuamente ; una galassia in fuga dovrebbe quindi risultare ,un giorno, invisibile raggiungendo una velocità superiore a quella della luce. Avendo molta pazienza si dovrebbe poter capire,forse,se aumenta lo spazio o si accorcia il metro cosmologico.

tremendo2

Dom, 23/02/2020 - 17:40

@alfredido2 e anche noi allora diventeremo invisibili a quella galassia. Tutto dipende da dove misuriamo la velocità della luce: da noi o dalla galassia in fuga.

anita_mueller

Dom, 23/02/2020 - 18:03

Beh, questa teoria fisica mi sembra proprio un'emerita cretinata...

Ritratto di mailaico

mailaico

Dom, 23/02/2020 - 18:06

"Oggi abbiamo numerose prove teoriche e sperimentali del fatto che l'Universo sia in realtà in una fase di espansione" .. ma tu ti chiami Tommaso o Marisa ? che cavolo sei ? esci fuori con frasi fatte da donne che non capiscono una sega e non sappiamo nemmeno cosa sei tu ...

wrights

Dom, 23/02/2020 - 19:36

Basta usare il termine l'universo si sta "spostando" invece che "espandendo".

wrights

Dom, 23/02/2020 - 19:38

Corrige - Le Galassie, (stelle e pianeti) si stanno spostando nell'Universo.

Klotz1960

Dom, 23/02/2020 - 20:22

Ah, si? Meno male. E' cosi' importante!

Ritratto di Acquachiara

Acquachiara

Lun, 24/02/2020 - 00:05

Mah. Ogni tempo ha la sua scienza, che è poi l'arte di dare risposte, in termini via via di pollici palmi libbre chilometri watt pascal pertiche lumen bar ohm eccetera, ad alcune delle domande che la gente di volta in volta si pone. Ogni volta la scienza pro tempore da le risposte che può, ma il guaio è che ogni volta pretende che le sue siano quelle giuste. Poi ci sono gli amatori della scienza, quelli che s'impadroniscono di due parole e - senza conoscere niente del loro contesto - le brandiscono come una clava facendo gran chiasso intorno. Più di 200 anni prima di Cristo Eratostene misurò la circonferenza della Terra, ma per duemila anni la scienza restò ferma al principio che era piatta. Penso che finchè le risposte alle domande degli uomini le daranno altri uomini, con gli strumenti via via a disposizione, resteremo lontani dalla Conoscenza, specie se si tratta d'una cosa così grande come l'Universo.

LeonardoTonini

Lun, 24/02/2020 - 09:42

Ah, ho capito! quindi in realtà l'universo è sempre stato lungo un metro, solo che 13 miliardi di anni fa questo metro era lungo come 25 miliardi di anni luce attuali. Un bel volpone sei!

tremendo2

Lun, 24/02/2020 - 10:23

facciamo una prova. Chiudete gli occhi e immaginatevi l'universo. Che forma gli date? Ora immaginatevelo in espansione. Che forma gli date?

tremendo2

Lun, 24/02/2020 - 10:29

@LeonardoTonini. Non abbiamo riscontri. Ancora il metro non esisteva e poi mancava chi potesse misurare l'universo. Oggi invece abbiamo un'altro problema: per misurare il diametro di una cosa abbiamo bisogno di conoscere le estremità. Solo che ... nessuno sa dove sono. Comunque ammesso che qualcuno sia riuscito a farlo, abbiamo bisogno di ripetere l'operazione.

tremendo2

Lun, 24/02/2020 - 10:33

@Acquachiara. Può spiegarmi cosa vuol dire che l'Universo è grande? Non bisognerebbe prima misurarlo come ha fatto Eratostene con la Terra?

tremendo2

Lun, 24/02/2020 - 10:38

@wrights. E' vero, ma manca un punto di riferimento per dire che si sta spostando. Noi per esempio non ci accorgiamo che ci stiamo spostando, eppure la terra gira. Abbiamo quindi bisogno di un punto di riferimento, ma cos'è? Il Sole, la via lattea, una qualche galassia o stella a caso?

flip

Lun, 24/02/2020 - 10:59

la temperatura dell'universo è sempre costante? o ha i suoi periodi? freddo e caldo?

flip

Lun, 24/02/2020 - 11:22

tremendo2 l'universo inizia dalla punta del tuo naso e si espande nello spazio infinito (senza tempo ne dimensione) per tornare alla punta del tuo naso! (non ci farre caso l'ho pensato adesso. però potebbe essere valido)

Ritratto di Mariopp

Mariopp

Lun, 24/02/2020 - 11:51

Interessante, ma questa volta l'articolo è un po' superficiale.

gneo58

Lun, 24/02/2020 - 12:19

mi possono raccontare quello che vogliono (per altro impossibile da confermare) la mia vita non cambia - su questa terra, con tutte le limitazioni che la natura ci ha imposto, possiamo solo immaginare e/o teorizzare - se la fisica quantistica sposta la lancetta avanti di un minuto il "sapere" rispetto alla fisica "classica" per tutto il resto andra' bene se, sopravvissuti, tra qualche migliaio di anni capiremo poco di piu' ma per allora avremo mille altre domande a cui non sapremo rispondere.

tremendo2

Lun, 24/02/2020 - 14:42

@flip. La sua ipotesi è corretta solo se l'universo è finito. Va detto però che io penso con la testa, lei con il naso, ecco perché lei parla di spazio infinito.

tremendo2

Lun, 24/02/2020 - 14:44

@flip. La domanda sulla temperatura dell'universo dovrebbe farla a una scienziata di fama internazionale (dicono): una certa Greta.

Ritratto di BIASINI

BIASINI

Lun, 24/02/2020 - 19:27

Posso immaginare l'universo come un palloncino gonfiabile: l'universo e contenuto nel'involucro che si assottiglia mentre si espande. Fuori e dentro il palloncino c'è il nulla (non lo spazio). Ogni punto si allontana dall'altro e lo spazio occupato dall'universo è sempre quello. Al contrario perché non immaginarlo in perenne espansione con spazio e tempo che si creano all'istante?. Forse la seconda è meno immaginifica ma perché non vera. Chissà.

Ritratto di Acquachiara

Acquachiara

Lun, 24/02/2020 - 21:44

L'universo è grande, così come un microbo è piccolo, quando sono io a definirli tali. La scienza di oggi è precisa quanto quella di mille anni fa, quando a definirla sono gli uomini, o di oggi o di ieri. L'ansia di avere certezze spinge a definire tali ciò che (ancora) non è stato smentito da ulteriori conoscenze, che non si sono ancora acquisite. Se si mette da parte quell'ansia, e si comincia ad usare la parola "forse", può darsi che la scienza ne abbia beneficio; come un'affermazione di certezza stimola la contrapposizione e chiusura, un'esposizione più morbida lascia una porta aperta a contributi e integrazioni di altri. Forse.

tremendo2

Lun, 24/02/2020 - 21:52

@gneo58. Credo invece che questo blog sia utile, perché ci mostra come anche gli scienziati siano vittima di stereotipi ed usino senza consapevolezza termini come universo, spazio, tempo. Universo per esempio deriva da uni-verso. Ora l'uno ha una forma? L'universo ha una forma? Lo spazio ha una forma, il tempo ha una forma? Come del resto l'odio, l'amore, ecc. hanno una forma? Eppure trattiamo l'universo, lo spazio, il tempo, ecc. come se avessero una forma e perciò arriviamo a dire che l'universo si espande, si restringe, ed altre amenità del genere. E per farsi queste domande non serve essere uno scienziato, le capisce benissimo anche un bambino delle elementari.

Prameri

Mar, 25/02/2020 - 09:04

Ogni atomo, ogni goccia d'acqua, ogni reazione chimica nel nostro mondo ha un suo posto determinato o probabile. Quando costruiamo un computer, una lavatrice, una pistola, evitiamo pezzi inutili e cerchiamo di sistemare ogni piccola struttura al posto giusto perché il funzionamento sia corretto. Le variazioni dell'asse terrestre, i venti, la temperatura, il mutare delle stagioni sulla terra sa di equilibrata perfezione. Così deve essere nell'universo, ogni atomo, ogni movimenro, ogni velocità e reazione fisica/chimica deve avere ilsuo preciso senso. L'universo dev'essere una cellula viva.

dagoleo

Mar, 25/02/2020 - 17:52

si espande come il coronavirus? Il coronavirus metafora dello spazio infinito? mah boh!

G. Veronesi

Lun, 02/03/2020 - 11:56

la mia critica è necessariamente superficiale ed intuitiva: se si contrae solo la metrica allora dovrebbe anche aumentare la misura delle galassie lontane e poi come funzionerebbe il reciproco (cioè come ci vedrebbero dalla galassia lontana)? Se invece considerassimo l'espansione dell'universo come la diffusione della luce, cioè il campo elettromagnetico sarebbe statico in ogni "fronte" e la gravità fosse il risultato della perdita di velocità rispetto al trascinamento nell'espansione (concetto che pare molto astruso ma che richiederebbe più spazio per la descrizione) allora si potrebbe spiegare anche il red shift. Certo il tutto è già esaminato in una qualche teoria, ma da "molto" vecchio fisico purtroppo non sono più aggiornato