L'età dell'Oro della Cosmologia
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Corrado Ruscica - 01/01/2016
La cosmologia studia l’origine, l’evoluzione e l’eventuale destino dell’Universo, così come le sue leggi fisiche che regolano i fenomeni naturali. Le prime idee sull’Universo si fanno risalire agli antichi filosofi greci all’epoca cioè in cui prima Aristarco e successivamente Aristotele, passando attraverso Tolomeo, proposero diversi modelli cosmologici per spiegare i fenomeni della meccanica celeste. In particolare, il sistema geocentrico di Tolomeo venne accettato come la miglior teoria per descrivere il moto dei pianeti finchè Nicolò Copernico propose il sistema eliocentrico che fu perfezionato successivamente da Giovanni Keplero e poi verificato indirettamente da Galileo Galilei. Tuttavia, il problema del moto dei corpi celesti venne definitivamente risolto da Isaac Newton quando introdusse la legge di gravitazione universale per descrivere le leggi di Keplero ed eliminare le anomalie dei modelli precedenti che erano dovute all’interazione gravitazionale tra i vari pianeti. Il risultato più importante ottenuto da Newton fu l’unificazione dei fenomeni celesti con quelli terrestri e cioè che le leggi fisiche relative al moto dei corpi celesti sono uguali a quelle che governano la meccanica dei corpi terrestri.
Ma la cosmologia moderna si fa risalire al 1917 quando Albert Einstein pubblicò la teoria della relatività generale. Il suo lavoro influenzò alcuni tra i maggiori cosmologi dell’epoca tra cui William de Sitter, Karl Schwarzschild e Arthur Eddington che studiarono le conseguenze astronomiche della teoria permettendo così di incrementare l’abilità osservativa per lo studio dei corpi celesti sempre più distanti. Prima di ciò, e per qualche tempo, gli astronomi assunsero che l’Universo fosse statico e immutabile. Tuttavia, in parallelo a questo approccio della cosmologia stava emergendo un lungo dibattito che aveva come tema principale la struttura del cosmo. Intanto, l’astronomo Harlow Shapley aveva realizzato un modello di Universo composto solamente dalla Via Lattea mentre Heber Curtis andava affermando l’idea che le nebulose a spirale fossero singoli sistemi stellari o ‘universi isola’. Gli scienziati confrontarono le loro idee quando si radunarono ad un congresso, che ebbe come titolo ‘Il Grande Dibattito’, e che fu organizzato dall’Accademia Nazionale delle Scienze di Washington il 26 Aprile 1920. Il conflitto che emerse tra le diverse opinioni fu chiarito dopo la scoperta di una classe di stelle novae che Edwin Hubble aveva osservato nella vicina galassia di Andromeda tra il 1923 e il 1924. La determinazione della loro distanza stabilì per sempre che le nebulose non appartenevano alla Via Lattea.
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Studi successivi sui modelli cosmologici permisero di esplorare la possibilità che la costante cosmologica, un termine introdotto da Einstein nelle equazioni della relatività per rendere statico l’Universo, potesse essere correlata all’espansione dello spazio in funzione del suo valore. In questo modo, il modello del Big Bang fu proposto dal prete belga Georges Lemaître nel 1927 e fu successivamente avvalorato prima dalla scoperta della recessione delle galassie da parte di Hubble nel 1929 e più tardi dalla fortuita rivelazione della radiazione cosmica di fondo ad opera di Arno Penzias e Robert Wilson nel 1964. Questi risultati furono determinanti perché permisero di escludere definitivamente alcuni modelli cosmologici alternativi al Big Bang.
Infine, i dati sulla radiazione cosmica di fondo ottenuti con grandi dettagli prima dal satellite COBE, poi dal satellite WMAP e più recentemente del satellite Planck hanno effettivamente trasformato la cosmologia da una scienza speculativa ad una scienza di precisione dato che le osservazioni realizzate da questi tre satelliti, e da altri esperimenti, sono risultati consistenti con le previsioni del modello dell’inflazione cosmica che rappresenta una modifica al modello cosmologico standard per spiegare le primissime fasi iniziali della storia cosmica. Oggi, possiamo decisamente affermare di essere entrati nell’era della cosmologia di precisione nella quale gli scienziati stanno vivendo una sorta di età dell’oro grazie all’enorme quantità e qualità dei dati raccolti grazie ad una serie di esperimenti sia da terra ma soprattutto dallo spazio.
Tratto da L'Universo Infante di Corrado Ruscica.
