Chimica for Lovers #4: Universo

Nuovo episodio della rubrica dedicata alle domande più interessanti dei miei studenti; questa volta però usciremo dall'ambito più strettamente chimico.

In una lezione stavamo discutendo del numero di stelle nell’universo. Gli studenti si dividono in genere in due fazioni: quelli che pensano che “le stelle sono tante, milioni di milioni, la stella di Negroni..." [sic] e quelli che pensano siano infinite. A questi ultimi rispondo che “l’infinito non è un numero, ma una "tendenza": si tende a infinito, mentre nell’universo ci deve essere un numero finito di stelle.” La materia deve per forza essere finita, altrimenti la massa complessiva di tutto quanto sarebbe infinita... e questo da un punto di vista fisico genererebbe dei paradossi alquanto bizzarri.

Allora una volta una studentessa mi ha chiesto: “Ma l’universo non è infinito?”

Si possono fare tre ipotesi al riguardo, basate sul modo in cui concepiamo l’universo. Però per capirle ci vuole prima un pochino di Fisica.

Pensate a un uovo: prima che l'universo avesse inizio, tutto era in quell’uovo. Poi l’uovo è esploso eiettando al di fuori la materia che conteneva. Questo è il Big Bang, e da quel momento ha avuto inizio l’universo. L’entropia è una grandezza che quantifica il grado di disordine di un sistema: al suo aumentare corrisponde un aumento del disordine. Prima del Big Bang l’entropia era zero (massimo ordine); dopo continua ad aumentare fino a quando raggiungerà un valore infinito (massimo disordine), che decreta la fine dell’universo. Perciò per mezzo dell’entropia è possibile stabilire una “freccia del tempo”: possiamo cioè indicare il Tempo (o meglio il trascorrere del Tempo) attraverso il suo aumentare. Si tratta però di una visione classica del Tempo, basata sulla termodinamica.

Veniamo ora ai tre diversi modi di concepire l’universo.

Il primo dice che l’universo è infinito ed esisteva già prima del Big Bang, ma era vuoto: col Big Bang l’universo viene “riempito” di materia. Ma la nostra mente è in grado di concepire l’infinito? Provate a farlo e penso avvertirete un po' di ansia, se non addirittura una sottile angoscia. Anche il solo pensare all'infinità dell'universo può scatenare un qualcosa di abbastanza simile all'agorafobia. Il nirvana può infatti venire definito come la serena contemplazione del nulla infinito senza provare alcuna angoscia.

Il secondo dice che l’universo non esisteva prima del Big Bang, perché si è creato per mezzo del Big Bang stesso. Non solo il Tempo, ma anche lo Spazio (inteso in senso dimensionale) è stato creato da esso. Secondo questa visione l’universo è finito, perché lo Spazio viene creato dall’espansione dell’universo. Ma se l’universo è finito deve avere dei confini… E allora cosa c’è oltre di essi? Il nulla? Il non-universo? Un altro universo ancora?

Il terzo fa riferimento alla teoria di Einstein della curvatura dello spazio-tempo: su scala planetaria anche se noi percepiamo lo spazio come “dritto”, in realtà viene curvato dalla forza gravitazionale. Data l’espansione dell’universo dopo il Big Bang, le galassie si stanno allontanando, ma curvando in realtà potrebbero anche nuovamente avvicinarsi, ripiegando lo Spazio attorno a esse per via della loro gigantesca massa. In questo caso dovremmo ritenere l’universo finito, ma senza dei confini, perché nel ripiegamento non si andrebbe oltre di esso, ma nel curvare si potrebbe persino tornare indietro. 

Insomma, come una sorta di nastro di Möbius tridimensionale della grandezza di un intero universo. Nel nastro non esiste una superficie interna e una esterna, perché sono la stessa cosa; allo stesso modo oltre l'universo non ci sarebbe un altro universo, ma lo stesso universo di partenza, perché l'esterno è semplicemente l'interno soggetto al ripiegamento dovuto alla forza gravitazionale dell'intero universo.
Tornando alla discussione iniziale: si stima che il numero di stelle nell'universo sia di circa trecentomila miliardi di miliardi.

Domanda conclusiva: quanti mal di testa vi ho scatenato con questo post?