Astronomia – Spazio-Tempo e la misura dell’Universo

SPAZIO-TEMPO: Il teatro i cui va in scena lo spettacolo dell’Universo

Molto spesso, quando si parla di dimensioni ed età dell’Universo, un gran numero di persone tende a scindere i due aspetti e assai raramente si coglie l’effettiva enormità delle grandezze in gioco. Premesso che tutto ciò è assolutamente normale, considerando che l’umanità ha a che fare con grandezze tutto sommato limitate nel tempo e nello spazio, vedremo in questo articolo cos’è lo spaziotempo e come si misura l’Universo.foto coni

Partiamo dal principio: cos’è lo spazio e cos’è il tempo. Lo spazio, semplicisticamente, è la distanza che intercorre tra due luoghi: possiamo immaginarlo come un qualcosa presente ovunque intorno a noi, esteso dalla nostra attuale posizione fino a dove possiamo arrivare con l’immaginazione. Il tempo, analogamente allo spazio, è un qualcosa che intercorre tra due eventi. Dopo quasi 3000 anni di studio, filosofico prima e scientifico poi, nessuno sa se il tempo esista davvero in termini assoluti o se sia puramente una percezione legata alla condizione umana, per  noi necessaria ai fini dello studio dell’ambiente che ci circonda e dell’Universo. Più rigorosamente, ma meno intuitivamente, lo spazio è un’estensione tridimensionale infinita in cui un oggetto possiede una determinata posizione ( individuata univocamente da un punto in cui le tre coordinate spaziali convergono ). Il tempo, a differenza dello spazio, è un concetto relativo e calcolato all’interno delle coordinate quadridimensionali (coordinate spaziali x,y,z + coordinata temporale): la sua percezione è strettamente legata alla velocità dell’osservatore rispetto alla coppia di eventi in studio. Ciò significa che esso pèuò essere fisicamente espanso o contratto, così come la sua percezione.

foto einstain
Albert Einstein

Ciò detto, il primo a comprendere l’imprescindibile legame che unisce tempo e spazio fu Albert Einstein agli inizi dello scorso secolo. Egli comprese e dimostrò matematicamente (attraverso la Teoria della Relatività Ristretta) una cosa che a noi oggi per molti versi appare ovvia: l’esistenza dello spazio-tempo. Einstein comprese che una particella (sia essa la luce, ovvero il fotone, o un qualunque altro corpo materiale ) impiega del tempo per percorrere un dato spazio: ogni giorno impieghiamo un certo tempo a percorrere la distanza che ci separa dal lavoro. Ebbene, questa semplice legge esiste ed è vera in ogni tempo e luogo dell’Universo. Prima della scoperta di Einstein l’Universo era studiato considerando le tre coordinate spaziali (lunghezza, larghezza e profondità) e la coordinata temporale ( tempo ) in maniera separata; lo scienziato tedesco unì il tutto ( trovò una sostanziale equivalenza tra le due fondamentali grandezze) nello spazio-tempo: un unico ambiente quadridimensionale che costituisce il palcoscenico di tutto ciò che esiste e succede nell’Universo.

Bastano queste semplici nozioni, unite ad un metro di misura, per cominciare a comprendere l’impalcatura dell’Universo e la nostra posizione al suo interno. Veniamo al metro di misura. Lo spazio, senza il concetto di misura, sarebbe semplicemente un ambiente indescrivibile: per collocarci all’interno dello spazio dobbiamo necessariamente sviluppare il concetto di unità di misura e di distanza. Senza perderci in altri discorsi veniamo direttamente all’ambito astronomico: in astronomia le unità di misura basilari che servono a descrivere il cosmo sono due:

– Unità Astronomica ( UA ): utilizzata esclusivamente all’interno dei sistemi planetari e nei sistemi stellari multipli (ambienti dalle dimensioni ridotte rispetto all’intero cosmo). Equivale, arrotondando, a 150 milioni di km e coincide con la distanza media Terra – Sole.

– Anno Luce (a.l.): utilizzato per descrivere le distanze tra le stelle, all’interno delle galassie, tra una galassia e l’altra e per descrivere la grandezza dell’intero Universo. Equivale alla distanza percorsa dalla luce (che viaggia a circa 300.000 km/s) in un anno, ovvero 9.460 miliardi di km. Talvolta per le distanze intergalattiche e per le dimensioni dell’universo si utilizza il Parsec (pc), una grandezza calcolata in maniera differente e pari a 3,26 anni luce.

Capiamo subito, da queste due unità di misura l’enormità del….nostro giardino di casa. Il nostro sistema solare ha un diametro di centinaia e centinaia di unità astronomiche  ( centinaia e centinaia di miliardi di km ) e per arrivare alla stella più vicina bisogna moltiplicare la vastità dell’anno luce per ben 4,3 volte!

Come accennavamo poco fa, una volta stabilito il significato di tempo e spazio e create delle unità di misura, si può misurare l’Universo.

Riassumiamo: spazio e tempo sono legati e la luce, così come la materia, attraversa il tutto. L’unità astronomica  (o frazioni di essa) individuano le distanze interplanetarie, tra le stelle intercorrono pochi anni luce di spazio ( tra 0 e 10 mediamente) e tra le galassie centinaia di migliaia. Tra i gruppi di galassie ci sono lande desolate di spazio per milioni di anni luce e l’intero universo che oggi possiamo osservare possiede un raggio di 13,8 miliardi di anni luce. E’ naturalmente questa la distanza più grande mai raggiunta dall’occhio umano, così come il viaggio nel tempo più lungo che si sia mai fatto. foto cielo telescopio

Quando metterete l’occhio dentro un telescopio sappiate che state compiendo un’azione che l’umanità ha la possibilità di fare da soli 400 anni ma che vi permette, per i motivi sopra citati, di percepire la luce che è partita dagli oggetti celesti che state osservando ore, anni, milioni, miliardi di anni fa ( se state osservando rispettivamente pianeti, stelle, galassie, ammassi di galassie o quasar ) ed è in viaggio verso il vostro occhio da tutto quel tempo. Quella luce, che per tutto quel tempo ha attraversato quasi indisturbata l’universo, si fermerà per sempre nel vostro occhio…in un certo senso, chimicamente e romanticamente, entrerà a far parte di voi per sempre.
Da questo momento, quando vi ritroverete ad ammirare il cielo stellato , saprete che quello che state guardando è un’istantanea, un fermoimmagine composto da stelle poste a distanze assai differenti da noi la cui luce, prima di raggiungervi, ha viaggiato anche per milioni di anni.
Potrete sperimentare questa legge fisica anche di giorno con il nostro Sole. La luce solare che ci illumina in questo momento non è partita ora dalla nostra stella, bensì 8 minuti fa. Ecco perchè quando guardiamo il Sole, ad esempio al tramonto o all’alba, possiamo ammirarlo com’era in realtà 8 minuti fa, quando la luce che solo ora vediamo ha lasciato la superficie della nostra stella.

E’ questo uno degli aspetti più affascinanti e sconvolgenti dell’astronomia. La possibilità di viaggiare indietro nel tempo e lontano nello spazio senza muoversi, una vera e propria macchina del tempo che, talvolta, ci permette di vedere cose che sono successe prima ancora che l’uomo, la Terra, la nostra galassia si formassero.

Stefano Tosi

 

STEFANO TOSI
Nato a Milano nel 1988, ha studiato Astronomia presso l’Università di Bologna. Astrofilo ed appassionato di pianeti extrasolari da sempre, unisce all’osservazione dell’Universo col suo telescopio l’interesse per la Storia. Membro del Circolo Astrofili di Trezzano sul Naviglio (MI), tiene conferenze ed ha pubblicato un libro sulla storia di Milano e del suo quartiere (Da Milano alla Barona. Storia, luoghi e persone di questa terra, Lulu.com). Ha da poco pubblicato il suo secondo libro ( Le lune del sistema solare, Lulu.com ) –
http://www.stefanotosi.nethttp://www.lulu.com/spotlight/StefanoTosi

 

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *