mercoledì 17 ottobre 2012

Le leggi della Fisica sono uguali in tutto l'Universo?

A scuola ci hanno sempre insegnato che le leggi della Fisica sono "Universali" e che pertanto sono le stesse in tutto l'Universo conosciuto e in tutte le epoche. A prima vista questo sembrerebbe solo un semplice postulato: nessuno è stato in tutti i luoghi dell'Universo per controllare se l'affermazione è vera e nessuno ha mai vissuto in tutte le epoche per verificare che le leggi della Fisica non siano cambiate nel tempo nel corso dell'evoluzione cosmica.

Sarebbe bello avere un'astronave per visitare luoghi sperduti dell'Universo e una macchina del tempo per vedere se le leggi della Fisica erano diverse alcuni miliardi di anni fa!

Vi farò una sorpresa, questa astronave e questa macchina del tempo l'abbiamo e ci ha già dato una risposta alla domanda.

L'astronave e, nello stesso tempo, la macchina del tempo è il telescopio, in particolar modo il telescopio spaziale Hubble. Il telescopio ci consente di osservare luoghi lontanissimi, posti a distanza di alcuni miliardi di anni luce e ci consente di avere un effetto "macchina del tempo". Ogni volta che guardiamo lontano stiamo guardando anche indietro nel tempo. Una galassia lontana un miliardo di anni luce la vediamo com'era un miliardo di anni fa.

Ma le galassie più lontane visibili con i telescopi a che distanza si trovano? Si trovano a poco più di 13 miliardi di anni luce (13,2 per la precisione) e quindi le vediamo com'erano 500 milioni di anni dopo il Big Bang (avvenuto 13,7 miliardi di anni fa).

Un esempio spettacolare che ci fa vedere cosa c'era nell'Universo 13 miliardi di anni fa è il famoso Hubble eXtreme Deep Field (XDF). Si tratta della foto di una porzione di cielo molto piccola in direzione della costellazione della Fornace. Ecco cosa si vede in questa meravigliosa inquadratura del cielo:


Si vedono galassie, galassie e ancora galassie, di tutte le forme e di tutte le dimensioni. Le più distanti si trovano a circa 13 miliardi di anni luce da noi.

Cosa significa che a 13 miliardi di anni luce (e quindi 13 miliardi di anni fa) ci sono (c'erano) galassie? Significa che c'erano stelle, ma se c'erano stelle significa che c'erano reazioni nucleari di fusione (che sono le reazioni nucleari che fanno brillare le stelle) e se c'erano reazioni nucleari significa che le leggi della Fisica erano le stesse che ci sono adesso... Perché?

Perché significa che esistevano protoni, e che i protoni dovevano avere la stessa carica elettrica positiva che hanno adesso, esistevano elettroni con carica negativa, che i protoni decadevano in neutroni perché esisteva l'interazione debole, significa anche che la fusione di due nuclei di idrogeno produceva energia e che quindi valeva anche la famosa formula di Einstein E = mc2. E tante altre cose che sarebbe troppo lungo descrivere in questa sede. Se qualche costante fisica, come la massa del protone, la carica dell'elettrone, la costante di Gravitazione Universale, in quell'epoca fosse stata solo di pochissimo diversa da quella attuale, non avremmo osservato né stelle, né, ovviamente, galassie.

La cosa importante è che un'immagine del genere è davvero "potente" e non è solo una dimostrazione della qualità ottica del Telescopio Spaziale Hubble. Essa ci fa capire che già 13 miliardi di anni fa c'erano le stesse leggi fisiche che governano l'Universo attuale. Ovviamente questo non ci dice nulla riguardo alle leggi fisiche che c'erano nei primi istanti dell'Universo subito dopo il Big Bang, ma anche in quel caso, in maniera indiretta, è possibile dedurre che le leggi e le costanti della Fisica dovevano essere le stesse di ora. Solo per l'istante iniziale non si può dire nulla, ma forse non ce n'è nemmeno bisogno...

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