Quanto è grande l'universo?

Immagina di trovarti su una collina isolata, lontano dalle luci della città, avvolto dalla quiete della notte. Sollevi lo sguardo e osservi il cielo stellato, una volta celeste punteggiata di luci scintillanti. Ogni stella sembra essere una piccola gemma incastonata nell'oscurità infinita, e mentre continui a guardare, inizi a chiederti quanto sia davvero grande l'universo che ci circonda. È una domanda che ha affascinato l'umanità fin dai tempi antichi, quando i primi astronomi alzavano gli occhi al cielo e si interrogavano sui misteri dello spazio.

Antichi interrogativi e prime scoperte

Le prime civiltà umane hanno cercato di comprendere il cosmo attraverso miti e leggende. Gli antichi Greci, per esempio, immaginavano un universo geocentrico, con la Terra al centro e tutti gli altri corpi celesti che le ruotavano intorno. Questo modello, proposto da astronomi come Tolomeo, è rimasto dominante per molti secoli. Tuttavia, con l'avvento del Rinascimento e l'opera rivoluzionaria di Copernico, la nostra comprensione dell'universo ha iniziato a cambiare radicalmente.

Niccolò Copernico propose un modello eliocentrico, in cui il Sole occupava il centro dell'universo conosciuto e la Terra, insieme agli altri pianeti, orbitava intorno ad esso. Questa teoria, sebbene inizialmente controversa, fu sostenuta e perfezionata da scienziati come Galileo Galilei e Johannes Kepler, che utilizzarono osservazioni astronomiche e leggi matematiche per confermare l'eliocentrismo.

L'era dei telescopi e la scoperta di nuovi mondi

Con l'invenzione del telescopio da parte di Galileo, l'umanità fece un gigantesco balzo in avanti nella comprensione del cosmo. Per la prima volta, fu possibile osservare i dettagli delle superfici lunari, i satelliti di Giove, le fasi di Venere e gli anelli di Saturno. Ogni nuova scoperta ampliava il nostro orizzonte e rivelava un universo sempre più complesso e vasto.

Durante il XVIII e il XIX secolo, astronomi come William Herschel e suo figlio John catalogarono migliaia di nuove stelle e nebulose, costruendo mappe sempre più dettagliate della nostra galassia, la Via Lattea. Si scoprì che la Via Lattea non era l'unica galassia nell'universo, ma solo una tra miliardi, ognuna contenente miliardi di stelle.

La teoria della relatività e l'espansione dell'universo

All'inizio del XX secolo, la nostra comprensione dell'universo subì un'altra rivoluzione con l'introduzione della teoria della relatività di Albert Einstein. Questa teoria non solo descrisse come la gravità influenzasse lo spazio e il tempo, ma suggerì anche che l'universo fosse dinamico e in continua espansione. Edwin Hubble, un altro gigante dell'astronomia, confermò questa teoria osservando che le galassie si allontanavano l'una dall'altra, indicando che l'universo stava effettivamente espandendosi.

Un universo in espansione

L'espansione dell'universo ha importanti implicazioni per la sua dimensione. Se l'universo si sta espandendo, significa che in passato era molto più piccolo. Questa idea ha portato alla formulazione della teoria del Big Bang, che propone che l'universo ebbe origine circa 13,8 miliardi di anni fa da un unico punto estremamente denso e caldo.

L'osservazione della radiazione cosmica di fondo, il bagliore residuo del Big Bang, ha fornito ulteriori prove a sostegno di questa teoria. Questa radiazione, scoperta accidentalmente da Arno Penzias e Robert Wilson nel 1965, permea tutto l'universo e rappresenta una delle testimonianze più antiche della sua origine.

Misurare l'immisurabile: la scala dell'universo

Parlare delle dimensioni dell'universo significa confrontarsi con numeri che sfidano l'immaginazione umana. La nostra galassia, la Via Lattea, ha un diametro di circa 100.000 anni luce. Un anno luce, la distanza che la luce percorre in un anno, è di circa 9,46 trilioni di chilometri. Questo significa che solo per attraversare la nostra galassia occorrerebbero 100.000 anni viaggiando alla velocità della luce.

Eppure, la Via Lattea è solo una delle circa 2 trilioni di galassie presenti nell'universo osservabile. Queste galassie si raggruppano in ammassi e superammassi, formando una struttura a grande scala che ricorda una rete cosmica. L'universo osservabile ha un raggio di circa 46,5 miliardi di anni luce, considerando l'espansione dello spazio nel tempo trascorso dalla formazione della luce che possiamo vedere oggi.

Quanto è grande l'universo secondo i calcoli recenti?

L'universo osservabile

La nostra comprensione delle dimensioni dell'universo si basa principalmente su ciò che possiamo osservare, noto come "universo osservabile". L'universo osservabile è la porzione dell'intero universo che possiamo vedere, basata sulla distanza che la luce ha potuto percorrere dal Big Bang fino a noi. Con i recenti calcoli, l'universo osservabile ha un raggio di circa 46,5 miliardi di anni luce.

Espansione dell'universo

Uno degli aspetti più significativi nella comprensione delle dimensioni dell'universo è l'espansione dello spazio. La scoperta dell'espansione dell'universo da parte di Edwin Hubble negli anni '20 del XX secolo ha rivoluzionato la cosmologia. Le galassie si stanno allontanando l'una dall'altra, e la velocità con cui si separano aumenta con la distanza. Questo fenomeno è descritto dalla Legge di Hubble, che si esprime come $v=H_0\cdot d$, dove $v$ è la velocità di recessione di una galassia, $H_0$ è la costante di Hubble, e $d$ è la distanza della galassia dalla Terra.

La costante di Hubble, $H_0$, è stata recentemente stimata con maggiore precisione grazie alle osservazioni del telescopio spaziale Hubble e del satellite Planck. Attualmente, si ritiene che $H_0$ sia circa 70 chilometri al secondo per megaparsec (km/s/Mpc), anche se ci sono ancora alcune discrepanze tra diversi metodi di misurazione.

L'universo oltre l'osservabile

Sebbene il raggio dell'universo osservabile sia di circa 46,5 miliardi di anni luce, l'universo intero potrebbe essere molto più grande, forse addirittura infinito. Tuttavia, la sua dimensione totale rimane sconosciuta, poiché non possiamo osservare direttamente ciò che si trova oltre l'orizzonte cosmologico.

Stime basate sul modello inflazionario

Il modello inflazionario del Big Bang suggerisce che l'universo subì una rapida espansione esponenziale subito dopo la sua nascita. Questa inflazione cosmica avrebbe "stirato" l'universo a una scala molto più grande di quella che possiamo osservare oggi. Alcune stime basate su modelli inflazionari suggeriscono che l'intero universo potrebbe essere almeno 250 volte più grande dell'universo osservabile. Tuttavia, questi numeri sono altamente speculativi e dipendono dai dettagli del modello inflazionario.

L'importanza della materia oscura e dell'energia oscura

La composizione dell'universo è un altro fattore cruciale nella sua comprensione. Circa il 68% dell'universo è costituito da energia oscura, una forma misteriosa di energia che sembra causare l'accelerazione dell'espansione dell'universo. Circa il 27% è materia oscura, un tipo di materia non visibile che interagisce gravitazionalmente ma non elettromagneticamente. Solo il 5% dell'universo è costituito da materia ordinaria, quella che compone le stelle, i pianeti e noi stessi.