Universo finito e infinito

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Il principio cosmologico ammette solo tre differenti geometrie per l’universo: spazio euclideo, sferico o iperbolico.  

Si può scegliere fra queste alternative contando il numero di galassie in funzione della loro distanza: se tale numero aumenta come r2 l’universo è euclideo, un aumento minore indica che esso è sferico, uno maggiore che è iperbolico.

Purtroppo non è possibile attualmente procedere ad una verifica sperimentale diretta. Non si è ancora considerato un effetto di grande rilievo: guardare a grandi distanze nello spazio significa guardare nel passato, infatti, più una galassia si trova lontana da noi, più a lungo la luce ha dovuto viaggiare per raggiungerci e per effetto dell’espansione la curvatura dell’universo nel passato è diversa da quella odierna.

Questo effetto non è tale da modificare sostanzialmente i risultati ottenuti dai conteggi delle galassie ma vi è un'altra questione che sfugge alla possibilità di misurazione: il cambiamento della luminosità delle galassie durante la loro evoluzione cosmica.

Ad un universo sferico coinciderebbe un’espansione conseguente al Big Bang in continua decelerazione che porterebbe il cosmo a restringersi dopo aver raggiunto una dimensione massima; ad un universo aperto, infinito e iperbolico (a forma di sella) coinciderebbe un cosmo iniziato con un Big Bang molto violento e tale da permettere l’eterna espansione vincendo ogni effetto delle forze gravitazionali e ad un universo aperto infinito e la cui geometria è euclidea corrisponderebbe un’espansione eterna.

I tre casi si possono distinguere applicando una semplice idea fisica: la decelerazione dell’espansione è causata dall’attrazione gravitazionale dell’uni-verso. Solo una densità media di massa sufficientemente elevata potrà arrestare l’espansione portando la contrazione dell’universo; questa densità discriminante è detta densità critica: universi che presentano una densità minore sono quelli di tipo aperto, quelli con densità maggiore sono invece di tipo chiuso; nel primo caso le forze di autogravitazione della massa materiale complessiva non sono sufficienti ad arrestare l’espansione, nel secondo queste non solo l’arrestano ma addirittura invertono il verso del moto portando la contrazione.

La determinazione della densità media dell’universo è apparentemente semplice se si pensa di calcolarla attraverso la massa totale delle varie galassie contenute in un certo volume di spazio cosmico divisa  per tale volume considerato; ciò che appare strano è che il calcolo della media si aggira ad un valore di circa 50 volte inferiore rispetto a quello della densità critica, logica conseguenza di questo dato sarebbe la conclusione che l’universo è aperto, in uno stato di espansione senza ritorno.

Altre teorie misero in dubbio tale ipotesi postulando che la massa delle galassie fosse soltanto una frazione di una massa complessiva compresa nell’universo: nasce la teoria della massa mancante.

 

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