Porzioni di cielo sottese da un certo angolo solido, l'una ad una distanza doppia rispetto all'altra.
Capita a tutti di ricevere, ad un certo punto della propria vita, una risposta ad una domanda che non avremmao mai posto e di scoprire come sia stato possibile non chiedersi mai la ragione di quel particolare fenomeno.
Si scopre così, con meraviglia, quanto si possa imparare in ogni momento dell’esistenza. È un pò come vivere per tutta la vita sempre nello stesso quartiere e rendersi conto, ad un certo punto, di un particolare architettonico mai notato prima. A me capita spesso e a quel punto affermo tra me e me “Caspita! ma quella cosa è sempre stata là…come è possibile che abbia potuto notarla soltanto ora?”. Alcune cose, dunque, che sembrano all’apparenza ovvie celano spesso ragioni molto più complesse.
Quanti di voi ad esempio si sono chiesti: “Ma il cielo perchè è così buio nonostante la presenza di un innumerevole e forse infinito numero di stelle?”.
Ecco una di quelle domande la quale risposta sembra apparentemente banale….ma che cela un tale importante interrogativo da assurgere a paradosso della scienza (o almeno è stato tale per molto tempo): il Paradosso di Olbers.
Potremmo erroneamente definire la questione banale in quanto, osservare il cielo buio di notte, fa parte del mondo in cui viviamo…… da quando viviamo. In poche parole è naturale per noi osservare un cielo buio punteggiato di tante stelle. Con la parola “apparentemente” voglio intendere che non è poi così scontato che il cielo sia buio.
Perchè?
Se esistesse un numero infinito di stelle forse ciò implicherebbe che, in qualunque direzione osserviamo il cielo, prima o poi incontreremmo una stella. Allora il cielo dovrebbe essere interamente luminoso proprio come la superficie del Sole! La questione fu posta per la prima volta nel XVII secolo da Keplero e successivamente da Halley e Cheseaux. Ma il gran clamore sulla questione si ebbe intorno al 1823 quando Olbers ripropose il dilemma che per tale ragione oggi è appunto noto come “Paradosso di Olbers”.
Nel paradosso di Olbers si assumeva, però, che l’Universo fosse infinito nel tempo e nello spazio e che fosse popolato uniformemente di stelle, convinzione che andava per la maggiore, grazie ai modelli cosmologici dell’epoca.
Ma anche se l’universo fosse stato infinito nello spazio e nel tempo forse si poteva giustificare che il cielo fosse buio con il fatto che, via via che le stelle erano più lontane, la loro luminosita’ apparente diminuiva. E questo è, in effetti, vero. La luminosità apparente diminuisce con il quadrato della distanza e cioè: una sorgente luminosa (come una stella) se fosse distante il doppio la vedremmo con una luminosità apparente 4 volte minore, se fosse distante 4 volte di più sarebbe osservata con una luminosità apparente 16 volte inferiore….e così via. Allora è tutto risolto! Il cielo è buio perché ad un certo punto le stelle sono così lontane che non giunge fino a noi una quantità sufficiente di luce!
In realtà, in una visione nella quale le stelle sono uniformemente distribuite, potremmo subito verificare un’ulteriore dipendenza con il quadrato della distanza, che compensa l’effetto della diminuzione di luminosità apparente. (Cerco di evitare l’uso della matematica, sperando di poter risultare in ogni modo chiaro a tutti.) Nelle condizioni esposte sopra, infatti, rispetto ad una certa distanza dal nostro punto di osservazione, se consideriamo una distanza doppia in confronto alla precedente, la porzione di spazio osservata e sottesa dallo stesso angolo solido sarebbe 4 volte più estesa e conterrebbe, dunque, 4 volte il numero di stelle.
In questa circostanza è evidente che l’effetto della diminuzione di luminosità apparente viene compensato dall’aumento del numero di stelle sotto lo stesso angolo solido. Alcuni affermano che, per tale ragione, in queste circostanze il cielo dovrebbe addirittura brillare con un’intensità infinita…come si legge ad esempio su Wikipedia e molti altri siti web. Io non la penso così…..ma forse sbaglio. È vero, infatti, che il contributo di luminosità di ogni sfera concentrica si andrebbe a sommare a quella delle altre ma è anche vero che laddove vi è una stella lungo la linea di vista, questa eclisserebbe il contributo delle stelle poste dietro. Posso dunque ammettere che nella concezione di un Universo infinito esistente da sempre e uniformemente popolato di stelle la luminosità del cielo sarebbe paragonabile a quella della superficie di una stella, come ad esempio il Sole.
In ogni modo, ecco come spesso in ciò che sembra una cosa naturale e scontata, come il fatto che la notte è buia, si cela un’importante chiave di lettura sulla natura stessa dell’Universo. Se il cielo è buio, infatti, ciò implica che esso può anche essere infinito però deve esistere da un tempo limitato, ovvero vi è stato un momento nel quale tutto ha avuto inizio.
A tutto questo dobbiamo aggiungere che la distribuzione delle stelle non è poi così uniforme come si pensava in passato. Esse, come già sappiamo, sono aggregate in galassie che a loro volta sono aggregate in ammassi che a loro volta sono aggregati in superammassi, la cui struttura su larga scala si sta rivelando a noi proprio in questi ultimi anni.
Per quanto concerne l’età finita del nostro Universo, gli atttuali modelli cosmologigi prevedono che essa non superi i 15-20 miliardi di anni.
Supponendo che l’Universo sia nato circa 15 miliardi di anni fa anche se avesse un’estensione infinita, ad oggi non abbiamo potuto ricevere la luce delle stelle proveniente da una distanza superiore a 15 miliardi di anni luce. Questa è, ovviamente, una conseguenza del fatto che la velocità della luce è finita (circa 300000 km/s).
La luce delle stelle contenute nelle galassie più lontane non ha ancora avuto il tempo di arrivare fino a noi ed è per questo motivo che non è detto che in ogni punto del cielo che noi osserviamo troviamo prima o poi una stella. Oltre a quanto detto si aggiunge, inoltre, un’ulteriore ragione cosmologica le cui radici affondano proprio in quella che è stata la prima prova osservativa dell’origine dell’Universo: la scoperta del moto di espansione osservato la prima volta da Edwin Hubble attraverso l’osservazione dello spostamento delle righe spettrali verso il rosso (il redshift). Quanto più le galassie osservate sono distanti da noi tanto più si allontanano con maggiore velocità. Quanto più una galassia si allontana velocemente da noi tanto più si osserva uno spostamento delle sue righe spettrali verso il rosso. Un fenomeno simile all’effetto Doppler per il suono (avete mai notato come cambia la frequenza del fischio di un treno che si allontana da noi?)
A grandi distanze il moto di espansione dell’Universo è tale da determinare una velocità di recessione delle galassie addirittura superiore a quella della luce (Direte voi: ma nessun oggetto può superare la velocità della luce. Avete ragione! Ma qui le cose stanno in un modo ben diverso…non sono le galassie che si allontanano ad una velocità superiore a quella della luce…bensì noi osserviamo un effetto dovuto al fatto che è l’Universo in se che si espande come un palloncino. Facciamo così….in uno dei prossimi post vi spiego bene questa cosa!) In tali circostanze la radiazione proveniente da questi oggetti remoti non può più giungere fino a noi. Se, infatti, un oggetto si allontanasse alla velocità della luce o superiore, l’effetto del redshift sarebbe tale che è come se tutte le lunghezze d’onda si “schiacciassero” sul valore 0. Niente può più giungere proprio come niente può giungere a noi dalla superficie di un buco nero.
Quanto detto, in effetti, è un’altra delle possibili ragioni per cui il cielo che osserviamo è buio nonostante tutte le stelle esistenti.
Va beh! direte voi…non sarebbe più facile pensare che tra noi e le stelle lontane siano semplicemente interposte quantità di gas, polveri o materia oscura di qualche altra natura che assorbono la radiazione luminosa ? Dunque l’Universo è infinito nel tempo e nello spazio ma il cielo è buio a causa dell’assorbimento da parte della materia interposta tra noi e le stelle.
In effetti l’idea non è male e fu già proposta all’epoca di Olbers, però…..c’è un però…Se anche l’Universo fosse infinito nello spazio e nel tempo queste nubi interposte assorbirebbero tanta di quella radiazione che prima o poi dovrebbero riemetterla con la stessa intensità di quella ricevuta dalle stelle. Questa spiegazione non regge.
Pare proprio, dunque, che il cielo notturno è buio perchè l’Universo è proprio come oggi crediamo che sia ovvero in espansione e limitato da un’origine temporale iniziata nel momento del Big Bang…un’espansione che forse non avrà mai fine..oppure che in un certo momento di un futuro lontano invertirà la sua direzione verso una nuova fase di contrazione…oppure ancora, noi esseri umani non abbiamo tutte le conoscenza necessarie a trovare la reale ragione del buio di questo nostro cielo e troviamo erroneamente le ragioni in quello che crediamo essere la migliore rappresentazione del Cosmo che oggi abbiamo a disposizione…oggi……ma chissà domani!
In questa circostanza è evidente che l’effetto della diminuzione di luminosità apparente viene compensato dall’aumento del numero di stelle sotto lo stesso angolo solido. Alcuni affermano che, per tale ragione, in queste circostanze il cielo dovrebbe addirittura brillare con un’intensità infinita…come si legge ad esempio su Wikipedia e molti altri siti web. Io non la penso così…..ma forse sbaglio. È vero, infatti, che il contributo di luminosità di ogni sfera concentrica si andrebbe a sommare a quella delle altre ma è anche vero che laddove vi è una stella lungo la linea di vista, questa eclisserebbe il contributo delle stelle poste dietro. Posso dunque ammettere che nella concezione di un Universo infinito esistente da sempre e uniformemente popolato di stelle la luminosità del cielo sarebbe paragonabile a quella della superficie di una stella, come ad esempio il Sole.
In ogni modo, ecco come spesso in ciò che sembra una cosa naturale e scontata, come il fatto che la notte è buia, si cela un’importante chiave di lettura sulla natura stessa dell’Universo. Se il cielo è buio, infatti, ciò implica che esso può anche essere infinito però deve esistere da un tempo limitato, ovvero vi è stato un momento nel quale tutto ha avuto inizio.
A tutto questo dobbiamo aggiungere che la distribuzione delle stelle non è poi così uniforme come si pensava in passato. Esse, come già sappiamo, sono aggregate in galassie che a loro volta sono aggregate in ammassi che a loro volta sono aggregati in superammassi, la cui struttura su larga scala si sta rivelando a noi proprio in questi ultimi anni.
Per quanto concerne l’età finita del nostro Universo, gli atttuali modelli cosmologigi prevedono che essa non superi i 15-20 miliardi di anni.
Supponendo che l’Universo sia nato circa 15 miliardi di anni fa anche se avesse un’estensione infinita, ad oggi non abbiamo potuto ricevere la luce delle stelle proveniente da una distanza superiore a 15 miliardi di anni luce. Questa è, ovviamente, una conseguenza del fatto che la velocità della luce è finita (circa 300000 km/s).
La luce delle stelle contenute nelle galassie più lontane non ha ancora avuto il tempo di arrivare fino a noi ed è per questo motivo che non è detto che in ogni punto del cielo che noi osserviamo troviamo prima o poi una stella. Oltre a quanto detto si aggiunge, inoltre, un’ulteriore ragione cosmologica le cui radici affondano proprio in quella che è stata la prima prova osservativa dell’origine dell’Universo: la scoperta del moto di espansione osservato la prima volta da Edwin Hubble attraverso l’osservazione dello spostamento delle righe spettrali verso il rosso (il redshift). Quanto più le galassie osservate sono distanti da noi tanto più si allontanano con maggiore velocità. Quanto più una galassia si allontana velocemente da noi tanto più si osserva uno spostamento delle sue righe spettrali verso il rosso. Un fenomeno simile all’effetto Doppler per il suono (avete mai notato come cambia la frequenza del fischio di un treno che si allontana da noi?)
A grandi distanze il moto di espansione dell’Universo è tale da determinare una velocità di recessione delle galassie addirittura superiore a quella della luce (Direte voi: ma nessun oggetto può superare la velocità della luce. Avete ragione! Ma qui le cose stanno in un modo ben diverso…non sono le galassie che si allontanano ad una velocità superiore a quella della luce…bensì noi osserviamo un effetto dovuto al fatto che è l’Universo in se che si espande come un palloncino. Facciamo così….in uno dei prossimi post vi spiego bene questa cosa!) In tali circostanze la radiazione proveniente da questi oggetti remoti non può più giungere fino a noi. Se, infatti, un oggetto si allontanasse alla velocità della luce o superiore, l’effetto del redshift sarebbe tale che è come se tutte le lunghezze d’onda si “schiacciassero” sul valore 0. Niente può più giungere proprio come niente può giungere a noi dalla superficie di un buco nero.
Quanto detto, in effetti, è un’altra delle possibili ragioni per cui il cielo che osserviamo è buio nonostante tutte le stelle esistenti.
Va beh! direte voi…non sarebbe più facile pensare che tra noi e le stelle lontane siano semplicemente interposte quantità di gas, polveri o materia oscura di qualche altra natura che assorbono la radiazione luminosa ? Dunque l’Universo è infinito nel tempo e nello spazio ma il cielo è buio a causa dell’assorbimento da parte della materia interposta tra noi e le stelle.
In effetti l’idea non è male e fu già proposta all’epoca di Olbers, però…..c’è un però…Se anche l’Universo fosse infinito nello spazio e nel tempo queste nubi interposte assorbirebbero tanta di quella radiazione che prima o poi dovrebbero riemetterla con la stessa intensità di quella ricevuta dalle stelle. Questa spiegazione non regge.
Pare proprio, dunque, che il cielo notturno è buio perchè l’Universo è proprio come oggi crediamo che sia ovvero in espansione e limitato da un’origine temporale iniziata nel momento del Big Bang…un’espansione che forse non avrà mai fine..oppure che in un certo momento di un futuro lontano invertirà la sua direzione verso una nuova fase di contrazione…oppure ancora, noi esseri umani non abbiamo tutte le conoscenza necessarie a trovare la reale ragione del buio di questo nostro cielo e troviamo erroneamente le ragioni in quello che crediamo essere la migliore rappresentazione del Cosmo che oggi abbiamo a disposizione…oggi……ma chissà domani!
