Quanto piccoli siamo! (diamo un po' di numeri)

Che la Terra sia un piccolo pianeta in uno dei miliardi di sistemi stellari in una delle migliaia di miliardi di galassie che popolano l'universo visibile lo sanno tutti!

Poichè il Big Bang è avvenuto circa 13,7 miliardi di anni fa, il raggio dell'universo visibile è di 13,7 miliardi di anni luce. Tutto ciò che sta al di là di questo orizzonte è per noi inconoscibile. Per andare da un'estremità all'altra del cosmo bisogna percorrere 259231400000000000000000 km (700 miliardi di miliardi di volte la distanza Terra-Luna) e, volendo intraprendere il viaggio, non son sicuro che il serbatoio della mia C3 sarebbe abbastanza capiente!

Fin'ora abbiam parlato del cosmo visibile: ma cosa c'è al di là, nelle regioni dello spazio che non possiamo vedere?

Secondo la teoria dell'inflazione cosmica, proposta per la prima volta dal fisico del MIT Alan Guth, nei suoi primi istanti di vita (più precisamente nel primo trilionesimo di trilionesimo di secondo) l'universo, spinto da una misteriosa forza antigravitazionale, ha attraversato una fase di accelerazione esponenziale talmente rapida da allontanare le regioni dello spazio ad una velocità superiore a quella della luce (ciò non viola la teoria della relatività poichè stiamo parlando di espansione sovraluminale dello spazio vuoto) confinandole in tal modo oltre l'orizzonte entro cui possiamo osservarle. L'universo che vediamo intorno a noi non è altro che una piccolissima porzione di spazio ingrandita dall'inflazione a dimensioni cosmiche ed in cui le fluttuazioni quantistiche precedenti all'espansione hanno generato le piccole anisotropie che in seguito hanno dato vita alle strutture che possiamo osservare (gli ammassi di galassie, le galassie, ecc.). La teoria dell'inflazione cosmica spiega molto bene alcuni enigmi: ad esempio perchè l'universo sia così omogeneo (le più recenti misure della radiazione cosmica di fondo mostrano fluttuazioni di una parte su centomila) e perchè lo spazio-tempo sia così "piatto" (l'universo può essere descritto da una geometria con curvatura prossima allo zero - per capire questo concetto potete immaginare il nostro universo come un minuscolo puntolino sulla superficie di un palloncino: l'universo appare piatto perchè le sue dimensioni sono infinitamente più piccole rispetto a quelle del palloncino). Recenti esperimenti (come ad esempio le missioni della sonda WMAP - Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) hanno prodotto risultati in accordo con la teoria, rendendola in tal modo un modello falsificabile. Altri progetti dedicati allo studio delle onde gravitazionali (tra cui LISA - Laser Interferometer Space Antenna) potrebbero nei prossimi anni dare ulteriori conferme o smentite.

Se la teoria dell'inflazione cosmica si rivelerà corretta, quanto è esteso il cosmo al di fuori dell'orizzonte cosmologico? Dove sono i confini dell'universo?

Bisogna fare un altro po' di calcoli. In una frazione di secondo l'universo si espanse di un fattore inimmaginabile, pari forse a 10^50 (10 seguito da 50 zeri - valore da verificare). Considerando un raggio dell'universo visibile pari a 13,7 anni luce abbiamo che l'universo reale è 10^50 volte più esteso del cosmo che osserviamo, ha cioè un raggio di 1370000000000000000000000000000000000000000000000000 anni luce pari a 12961570000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000 km. Non son sicuro dell'esattezza di questi calcoli (in particolare non son sicuro che sia corretto moltiplicare le dimensioni dell'universo visibile per il fattore di espansione in modo da ottenere le dimensioni dell'universo reale, forse bisognerebbe calcolare quanto era grande l'universo visibile prima della fase inflazionaria e dedurre il risultato dalla curvatura dello spazio e dalla velocità di espansione), ma ciò può per lo meno dare un'idea di quanto l'intero cosmo sia esteso. Per visualizzarlo potete immaginare che l'intero cosmo visibile sia più piccolo di un atomo immerso in un cosmo invisibile che si estende fino all'orizzonte cosmologico.

E' finita qua? Certo che no. Bisogna infatti rispondere ad alcune domande: cosa ha scatenato l'inflazione? Perchè si è fermata? Se si è verificata una volta, può succedere ancora?

Tra le numerose proposte di spiegazione a queste domande c'è una teoria molto affascinante: quella dell'universo a bolle, suggerita dal fisico russo Andrei Linde. Secondo questa teoria gli universi si generano di continuo gli uni dagli altri. Dalla schiuma quantistica di un universo genitore germogliano e poi si staccano universi figli, da cui a loro volta germogliano e si staccano altri universi in un processo continuo senza né capo né coda. In quest'ottica il nostro universo potrebbe essere una piccola bolla in un oceano sconfinato di altre bolle. Ma il cosmo non era già abbastanza grande? Pare di no. Comunque è ora di darci un taglio (anzi una rasoiata di Occam) e di porsi una domanda (fin'ora ho dato solo i numeri): il nostro posto nell'universo ha qualcosa di speciale?

Alla prossima puntata.