Più veloce della luce?

Le domande non finiscono mai

In questo articolo ci occupiamo di velocità. Il sotto titolo serve a incuriosirvi ancor di più.

Edwin-Hubble

Chi ha scoperto l’espansione dell’Universo? Il merito viene dato all’americano Edwin Hubble che nel 1929 pubblicò un articolo in cui riportava alcune misurazione effettuate su delle galassie sostenendo che esse si allontanavano più o meno velocemente a seconda della distanza. Distanza doppia, velocità doppia. Le sue misure erano approssimate e la sua interpretazione era errata, ma il risultato era giusto. E oggi, Hubble è il nome che più spesso si trova nei libri di cosmologia (a mio parere immeritatamente). Molti prima di lui, altri scienziati avevano fatto misurazioni analoghe, forse anche più precise, ma non erano stati presi sul serio.

Friedmann

In realtà l’espansione fu scoperta nel 1922 da uno scienziato sovietico Alexandr Friedmann che aveva trovato la soluzione delle equazioni di Albert Einstein per il caso di “Un Universo Democratico”. Ahimè nessuno se ne era accorto. Poverino morirà di lì a poco. Il gesuita e astronomo belga George Lemaitre riscopre nel 1927 l’espansione attraverso la matematica e si accorge a quel punto anche del lavoro fatto da Friedmann nel 1922. Cerca così di convincere anche Einstein, le cui equazioni prevedevano un universo in espansione.

Lemaitre

Einstein

          Einstein? E’ la prima volta che incontriamo il suo nome in questi articoli. Sì, mi sono dimenticato di dire che tutto quello che abbiamo detto e che diremo in questa rubrica nasce dalla Teoria della Relatività di Einstein. Ricordatelo bene, ogni affermazione, numero che daremo in queste note vengono dalle equazioni di Albert Einstein. Anche qui ci vorrebbe un altro articolo dal titolo “Un Universo un’equazione”, ma questo potrebbe ridurre drasticamente il numero dei lettori.

A che velocità si espande l’Universo? Parlando di formichine o di folla ordinata che si espande abbiamo già detto che più sei lontano più ti devi spostare. O visto che ci stiamo espandendo, più sei lontano più velocemente ti devi allontanare per mantenere la magia dell’universo democratico. Questa relazione, questa legge è perfetta e valida a qualunque distanza! Lo dicono le equazioni, lo dicono e lo confermano tutte le misure più aggiornate e raffinate. Hubble aveva torto. Non era più o meno proporzionale. Era proporzionale per davvero, ma sulle grandi distanze o su larga scala, come abbiamo imparato a dire.

Ma di quanto? Scusate. Diamo qualche numero, ma senza esagerare. Oggi stimiamo che una galassia che sta a 3,26 milioni di anni luce (lo chiamano megaparsec, ma noi abbiamo scelto di usare gli anni luce) si allontana con una velocità di circa 70 Km al secondo. Il numero è ballerino. Si tratta sempre di misure complesse. Su molti libri recenti trovate 71 o 72 con un margine di incertezza di 6, tipo da 65 a 77. La missione Planck dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha dato il numero di 67 con una approssimazione di 1,5. Per comodità diciamo 70 Km al secondo (badate, non all’ora!). Applicando questa regoletta, se prendo una galassia ad una distanza dieci volte più grande (32,60 milioni di anni luce) la velocità diventa 700 km al secondo. Mille volte più grande? Siamo 3,26 miliardi di anni luce, e la velocità è 70.000 Km al secondo. Mica male. I calcoli sono approssimati perché la cosiddetta costante di Hubble varia un poco nel tempo.

Continuo con i numeri? Va bene. Per cortesia, non scappate che le cose si fanno curiose. Occhio alla sorpresa finale, al coup de théâtre! Aumento di altre 5 volte. Passiamo da 3,26 a 16 miliardi di anni luce circa! Si è la galassia dell’articolo precedente, per la quale la luce aveva impiegato 10 miliardi di anni per giungere fino a noi. Calcoliamo la velocità. Dobbiamo aumentarla di altre 5 volte. Facile no? 70.000 per 5 otteniamo 350.000 Km al secondo! Attenzione ci deve essere un errore? E’ maggiore della velocità della luce, che è di 300.000 Km al secondo! Tutti sanno che niente può andare più veloce della luce (nel vuoto).

Dov’è l’errore? Dov’è il trucco? Non c’è errore e non c’è trucco! Niente va più veloce della luce. Le galassie se ne stanno più o meno tranquille. E’ lo spazio tra di loro che si espande. Non c’è niente che si muove più veloce delle luce (nel vuoto). La velocità di allontanamento (lo so è una brutta espressione) non corrisponde ad un movimento di qualcosa di materiale. E’ lo spazio che si espande. Scusate la ripetizione. Non ha un limite fisico come quello della luce. Quindi in questo momento la galassia che sta a 16 miliardi di anni luce da noi si sta allontanando a una velocità maggiore della velocità della luce. Ricordiamo che l’immagine di quella galassia è quella di 10 miliardi di anni fa quando stava a circa 5 miliardi di anni luce da noi. Un rompicapo? Forse si. Ma una volta afferrato il concetto, dovrebbe essere facile come un giochino. Anzi è più semplice dei comuni rompicapo da salotto. Se poi prendiamo in esame l’oggetto dell’articolo precedente che oggi sta a circa 30 miliardi di anni luce, esso si sta allontanando “ora” a una velocità circa doppia della velocità della luce.

Tempo? Quale tempo? Tutti abbiamo sentito che il tempo scorre diversamente per un osservatore in movimento rispetto a uno (secondo lui) fermo. Il tempo scorre diversamente se siamo al livello del mare o sulla cima dell’Everest. Lo dicono le equazioni di Einstein e centinaia di esperimenti. Il GPS la rete di satelliti americani che utilizziamo ogni giorno per il nostro posizionamento, tiene conto di questi dettagli altrimenti, semplicemente, non funzionerebbe. Si stima un errore nella posizione di 11 km per ogni giorno (Neil Ashby Physics Today May 2002).  Penso che dovremo fare una puntata speciale anche su questo aspetto. Ma quasi per miracolo, le equazioni che governano il nostro “Universo Democratico” comportano l’esistenza di un “Tempo Cosmologico” uguale per tutte le galassie dell’Universo. Quindi su “piccola” scala gli orologi vanno a velocità diverse a seconda della velocità e del “campo gravitazionale”, ma su larga scala possiamo ragionevolmente riferirci a un tempo unico, il Tempo Cosmologico. Attenzione! Non è il tempo assoluto di Newton. Rimando alla puntata sul tempo.

Mi fermo qui

ESA Planck Hystory of Universe

Ho provato a mettervi in contatto con le nozioni più fantastiche del nostro Universo. Sono argomenti che spesso vengono tenuti all’interno della comunità degli esperti. Spero di essere riuscito a stimolare curiosità e stupore per questo nostro Universo così unico. Ricordate, che, secondo me, la scienza e in particolare la fisica dell’Universo è fantastica!

Settembre 2014 

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