Il Triangolo Cosmico


    Il 4 ottobre 2006 è stato assegnato il premio nobel 2006 per la fisica a John C. Mather e George F. Smoot come riconoscimento dei loro studi cosmologici connessi all'utilizzo del satellite COBE (COsmic Background Explorer) lanciato nel 1989 dalla NASA.

    Prendiamo spunto da questo evento per fare un excursus globale sulle ultime scoperte teoriche e sperimentali riguardanti il passato il presente ed il futuro dell'Universo.

    Cosmologia e comprensione dell'Universo

    Senza entrare nel merito filosofico, un fatto importante da non trascurare è che l'Universo è uno solo e non c'è niente al di fuori di esso; la nascita stessa dell'Universo è per sua natura un evento unico e non si può sviluppare una statistica come invece avviene per tutti gli oggetti astrofisici.

    Nel 1964-65 due tecnici della Bell Telephone A.Penzias e R.Wilson (che furono insigniti del premio nobel per la fisica nel 1978), mentre stavano facendo delle misurazioni per identificare delle frequenza ottimale per l'invio e la ricezione dei segnali radio-televisivi, scoprirono una radiazione nelle microonde.

    Questa radiazione che inizialmente fu scambiata per difetto strumentale o un "rumore" di qualche tipo, ad una analisi più approfondita risultò omogenea ed isotropa, cioè sempre uguale qualunque direzione si puntassero le antenne, indifferentemente dal giorno e dalla notte, dalle stagioni e dalle condizioni meteorologiche.

    Il primo in assoluto ad ipotizzare l'esistenza di una radiazione cosmica di fondo con queste caratteristiche fu George Gamow, che la identificò nell'eco di una fase calda e densa nella storia dell'Universo.

    La forma dello spettro, cioè la distribuzione di energia nelle varie lunghezze d'onda, di questa radiazione di fondo secondo la teoria di Gamow doveva essere di corpo nero poiché generata dal disaccoppiamento della radiazione con la materia avvenuto nel momento in cui l'Universo, prima denso ed opaco, aveva cominciato ad essere trasparente.

    Tutto ciò è avvenuto in un particolare momento della storia dell'Universo (circa 380000 anni dopo l'origine dell'Universo) e si chiama epoca del disaccoppiamento tra radiazione e materia.

    A queste lunghezza d'onda millimetriche riusciamo quindi a vedere l'Universo così com'era a solo 3.8105 anni dopo la sua formazione; quindi tutto quello che possiamo osservare direttamente dell'Universo ci viene dai fotoni, che per definizione cominciamo ad osservarli solo dopo i primi 3.8105 anni di vita dell'Universo.

    Questa linea di demarcazione viene chiamata orizzonte cosmologico delle particelle: tutto quello che la radiazione elettromagnetica ci "racconta" dell'Universo, lo fa da quel momento in poi.

    [inline: 1= Immagine - 1 - Lo spettro della distribuzione della radiazione di fondo cosmica con sovrapposta la curva teorica dello spettro di corpo nero] Immagine - 1 - lo spettro della distribuzione della radiazione di fondo cosmica con sovrapposta la curva teorica dello spettro di corpo nero; come è facile osservare l' accordo con l'isoterma a 2.725K è perfetto entro un fattore 10^-5

    Questo spettro presenta un massimo dato dalla legge dello spostamento di Wien λmax=0.201*hc/kT dove k è la costante di stephen Boltzmann e h la costante di Plank. Dalle misurazioni è emerso che la CMB presenta il massimo alla temperatura di 2.725K.

    Se volgiamo lo sguardo al cielo riusciamo a vedere oggetti astrofisici di diversa natura ed età. Più il nostro occhio è potente e più lontano lo sguardo riesce a portarsi; in particolare con i moderni e potenti telescopi riusciamo a scandagliare l'Universo fino ad una età di poco meno del 10% di quella odierna.

    Attualmente l'Universo osservabile ha una dimensione scala di circa 7000 Mpc = 2.241010 anni luce (megaparsec, dove 1Mpc = 3.2106 anni luce).

    Guardando diversi oggetti astrofisici è stato trovato un sistematico spostamento delle righe spettrali delle sorgenti verso il rosso, il cui valore viene chiamato redshift (z=δλ/λ); questo valore è misura della velocità di allontanamento di una sorgente, come accade per il suono della sirena di una autoambulanza, che allontanandosi da noi diviene sempre più grave.

    Hubble nel suo lavoro di tesi sfrutto queste osservazioni per determinare una legge di recessione universale per le galassie, inserendo una costante fondamentale, detta appunto costante di Hubble (Ho): v=cz = Hod

    [inline: 2= Immagine - 2 - Il diagramma originale di Hubble] Immagine - 2 - Il diagramma originale di Hubble

    Il problema cosmologico di fondo non va inteso come un allontanamento delle galassie, quanto una espansione dello spazio-tempo stesso (espansione della metrica dell'Universo): come un pallone che viene gonfiato; se un osservatore si trova sulla superficie del pallone vedrà allontanarsi da se ogni altro oggetto. Il concetto si ripercuote quindi nel principio di massima simmetria estetica, che fa si che la distribuzione della materia sia indipendente dalla posizione (omogeneità), dalla direzione (isotropia) e dal tempo (staticità).

    Einstein aveva fatto suo il principio di massima simmetria secondo cui le leggi della natura dovevano essere esteticamente sintetiche e semplici, ma non conoscendo l'evidenza sperimentale dell'espansione dell'Universo, assunse erroneamente anche il concetto di staticità.

    Il discorso va quindi affrontato andando a ritroso sulla linea temporale: se l'Universo si sta espandendo, significa che nel passato occupava un minor volume e quindi, vi sarà un tempo in cui esso era molto denso e concentrato in una zona limitata dello spazio (ma anche in quel momento non c'era niente al di fuori l'Universo che per definizione occupava tutto lo spazio disponibile!); questo momento di massima densità ed energia viene chiamato BigBang e rappresenta l'origine teorica (e pratica) di tutto ciò che conosciamo.

    Il principio di massima simmetria si può estendere con il principio cosmologico copernicano della non-centralità di un osservatore: nell'Universo non esiste un osservatore privilegiato su grande scala; quindi su grande scala l'Universo è massimamente simmetrico nello spazio (omogeneo ed isotropo).

    Via via che le tecniche e gli strumenti astronomici si sono evoluti è stato possibile utilizzare dei traccianti e degli indicatori di distanza sempre più affidabili ed in questo modo è stato possibile calibrare sempre meglio la legge di Hubble adoperando delle stime sempre più precise delle distanze intergalattiche. Questo ha reso possibile una stima attendibile dela costante di Hubble.

    I cosmologi preferiscono parametrizzare la costante di Hubble come Ho= h 100km/(sMpc) con h da vincolare osservativamente.

    Essenzialmente la costante di Hubble è molto importante poiché ha le dimensioni dell'inverso di un tempo; infatti viene definito il Tempo di Hubble come to= 1/Ho=9.78/h Gyr.

    Oggi il miglior valore della costante di Hubble ci viene dalle misurazioni effettuate dal satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), che ha misurato Ho=71+/- 4 Km/(s*Mpc).

    Per conoscere l'età dell'Universo non ci basta conoscere bene il tempo di Hubble, ma è anche necessario sapere come si espande l'Universo e questo dipende da molti fattori.

    Uno dei fattori più importanti è la massa dell'Universo, che esercita una attrazione gravitazionale su ogni sua particella; l'evoluzione dell'Universo è quindi determinata dall'attrazione che la materia esercita su se stessa e questa azione tende a rallentare l'espansione di Hubble.

    Il teorema di Birkhoff afferma che in condizioni di simmetria sferica (valida nel caso dell'Universo omogeneo ed isotropo), l'evoluzione all'interno di una sfera di raggio R non è influenzata dalla materia al di fuori di questo raggio R.

    Quindi in ultima analisi possiamo equiparare l'Universo in toto con una sfera di materia di raggio R e densità ρ, in espansione secondo la legge di Hubble.

    Ci sono due quantità importanti che si contrappongono:

    l'energia cinetica che per inerzia tende ad espandere la sfera e l'energia gravitazionale che tende a contrarla; non essendoci altri contributi possiamo applicare l'equazione di conservazione dell'energia: E=0.5 m v2 - GmM/R = cost

    Esisterà quindi una densità critica ρc per cui la costante risulta nulla, cioè E=0: ρc=3H2/8πG

    Quindi i cosmologi definiscono un parametro detto parametro di densità Ω=ρ/ρc=8πGρ/3*H2 e si definisce Ωo il parametro di densità al tempo attuale.

    Si può definire anche il parametro di scala che determina la topologia dello spazio-tempo, come R(t)=R/Ro e poiché la costante di Hubble ha le dimensioni di una velocità diviso una distanza Ho=dR/dt 1/Ro, la costante di Hubble si riscrive come segue e non è più una costante nel tempo. H(t)=1/R(t) dR/dt In questo modo anche ρc dipenderà dal tempo.

    Tramite la teoria della gravità einsteniana (Relatività generale) viene considerata la gravità in maniera topologica.

    Secondo tale teoria dove c'è massa e/o energia (uguaglianza sancita dalla famosa formula di einsteniana E=mc2) lo spazio-tempo viene curvato e non è più piatto come nel caso euclideo su cui si basa la gravità newtoniana.

    Per comprendere la geometria globale dell'Universo dobbiamo misurare sperimentalmente π come somma degli angoli interni di un triangolo.

    Senza spiegare i passaggi che portano alle soluzioni le equazioni differenziali note come Equazioni di FRW (Friedman Robertson & Walker), le equazioni di Einstein ammettono delle soluzioni per diversi valori dei parametri cosmologici fin qui analizzati:

    1) se ρ >ρc , cioè' Ωo<1, l'Universo è destinato a collassare in futuro non precisato su se stesso in un evento che viene chiamato BigCrunch (che rappresenta l'opposto del Big Bang); in questo caso la somma degli angoli interni di un triangolo è maggiore di π radianti, cioè l'Universo è a curvatura negativa.

    2) se ρ <ρc, cioè' Ωo>1, l'Universo si espanderà indefinitamente in maniera iperbolica e la somma degli angoli interni di un triangolo è minore di π radianti, cioè l'Universo è a curvatura positiva.

    3) se ρ =ρc, cioè' Ωo=1, l'Universo si espanderà indefinitamente rallentando l'espansione fino ad arrestarsi asintoticamente per tempi infiniti; in questo caso R(t)= (t/to)0.666; la somma degli angoli interni di un triangolo è esattamente π radianti, cioè l'Universo è piatto.

    [inline: 3= Immagine - 3 - la figura rappresenta le tre possibilità connesse con la curvatura dell'Universo] Immagine - 3 - la figura rappresenta le tre possibilità connesse con la curvatura dell'Universo

    Il modello standard del Big Bang propone alcuni grandi successi ed alcune altrettanto grandi mancanze; passiamo in rassegna alcuni di essi:

    A favore del modello standard del Big Bang vi sono:

    1) la predizione dell'esistenza di una radiazione di fondo cosmica (CMB).

    2) la predizione, in accordo con le datazioni degli oggetti astrofisici conosciuti che τ0=1/H0 rappresenta con buona approssimazione il tempo scala di vita dell' Universo (dove Ho è la costante di Hubble).

    3) la predizione che, in accordo con i dati sperimentali osservati, all'epoca della ricombinazione, quando l' Universo era caldo e denso, si fabbricò una percentuale di elio primordiale di circa il 25%, all' incirca 3 atomi di idrogeno ed 1 atomo di elio per nucleosintesi primordiale.

    4) il successo basato sulla teoria della Relatività Generale di Einstein, di cui il modello standard del Big Bang raprpesenta le soluzioni più semplici; in particolare la relatività generale riesce a riprodurre la legge di Hubble ed il redshift cosmologico.

    5) l'accordo con i dati osservativi, che mostrano che nel passato la densità dei quasars era maggiore, a testimonianza che l'Universo nel suo passato era più denso di oggi, come il modello afferma.

    6) la soluzione del paradosso di Olbers, secondo cui se l'Universo è eterno, infinito e statico, essendo riempito uniformemente di stelle, ovunque si rivolgesse lo sguardo si finirebbe per intersecare prima o poi la superficie di una stella, quindi il cielo di notte non dovrebbe essere buio ma dovrebbe risplendere in media come la superficie solare.

    Tramite l'espansione dell'Universo si risolve questo paradosso poiché se la luce, che proviene dagli oggetti più lontani viene redshiftata verso il rosso tanto più la sorgente è lontana; quindi se lo è abbastanza tale sorgente scomparirà dallo spettro visibile; inoltre il modello del Big Bang pone un limite alla fetta di Universo osservabile, l'orizzonte delle particelle appunto.

    Contro la visione del modello standard del BigBang vi sono:

    i) dall' estrapolazione a ritroso nel tempo della legge della metrica R(t) del modello standard fino al momento del disaccoppiamento tra forza elettro-debole e forte(*), si trova una lunghezza scala dell' Universo circa 10^26 volte maggiore della distanza percorsa da un raggio di luce. Questo viene chiamato Paradosso degli Orizzonti cioè se l'orizzonte della materia fosse stato più grande della lunghezza scala, che la luce poteva percorrere (d=c τ0), all'atto del disaccoppiamento allora i due "antipodi" dell'Universo osservabile non potevano essere causalmente connessi e quindi oggi non avremmo potuto osservare la radiazione di fondo cosmica omogenea ed isotropa come radiazione di corpo nero. Per poter osservare una radiazione di fondo di corpo nero omogenea ed isotropa è necessaria la termalizzazione dei due antipodi di Universo.

    ii) se dal punto i) si ipotizza che l'Universo non ha mai avuto una fase di connessione causale tra due regioni di Universo opposte o antipodi, allora affinche oggi si osservi l'omogenizzazione e l'isotropia, come invece si osserva, è necessario ipotizzare che l' Universo stesso sia sempre stato omogeneo ed isotropo; bisogna quindi ipotizzare un "meccanismo isotropizzante" capace di far ciò.

    iii) se stimiamo la densità di materia barionica (ρ) e la inglobiamo nel parametro cosmologico Omega, normalizzandola al la densità critica (ρc) del modello piatto di Universo (quello di Einstein DeSitter con λ=k=0): Ω=ρ/ρc, poiché il contributo luminoso di Ω su quello totale è solo 1% allora è necessario ipotizzare materia oscura; ma anche aggiungendo tutta la materia oscura possibile Ω Ã¨ sempre diverso da 1 quindi l'assunzione dovrebbe sempre essere k=0 per avere Ω=1.

    iv) la piattezza osservata dell'Universo non è un vincolata in nessuna legge; se osserviamo un Universo piatto ci deve essere stato qualche meccanismo in grado di appiattire lo spazio-tempo.

    v) le osservazioni indicano un rapporto Barioni/Fotoni = 10-9, ma poiché in teoria una coppia di barione-antibarione dovrebbe annichilirsi a formare due fotoni, dovremmo avere un Universo osservabile o solamente di fotoni o solamente di materia ed antimateria; il problema si risolve con le teorie GUTs che prevedono una asimmetria tra materia ed antimateria, che farebbe sopravvivere un barione ogni 109 annichilazioni, questo solamente nel processo di ricombinazione.

    vi) nelle osservazioni astronomiche si notano le strutture cosmiche già dopo un miliardo di anni dal Big Bang questo è in contrasto col modello standard. Il modello standard prevede infatti, per effetto delle sole fluttuazioni statistiche della temperatura di fondo, un tempo scala di circa 10τ0 per creare le asimmetrie cosmiche, tali da creare strutture cosmiche. Bisogna quindi ipotizzare un meccanismo capace di fabbricare le anisotropie di radiazione di fondo cosmica che gettino i semi per le strutture presenti ed osservate già dopo un miliardo di anni dal BigBang.

    vii) la teoria della relatività generale è stata testata solo nell' approssimazione di campo debole, non abbiamo quindi nessuna evidenza sperimentale della sua validità nell' approssimazione di campo forte come lo scenario cosmologico necessita nei primissimi istanti.

    viii) la cosmologia relativistica ha il brutto vizio, sopratutto nel modello standard, di originare delle singolarità spazio-temporali, cioè di regioni e confini nettamente definiti in maniera teorica oltre i quali le leggi fisiche conosciute non valgono più e le cui soluzioni alle equazioni presentano i famigerati "infiniti".

    In questi casi le teorie mostrano in maniera lampante i loro limiti concettuali: nel caso della relatività generale il problema è ancora più grave poiché le singolarità in questione si riferiscono ai primissimi istanti della vita dell' Universo, cioè alla struttura dello spazio-tempo e quindi alla struttura dell'Universo stesso.

    ix) La natura cosmologica della radiazione di fondo cosmica è la più accreditata, ma non è detto che questa assunzione sia corretta; lo stesso vale per la natura cosmologica dei redshifts osservati nelle galassie.

    Soluzione dei problemi e dei paradossi:

    La direzione da adottare è quella di non dimenticare i successi del modello standard e di modificarlo cercando di risolvere al meglio i problemi più gravi riscontrati. Il tutto al fine di determinare una comprensione sempre più dettagliata possibile di ciò che ci circonda.

    Quando Einstein cercò di ricreare tramite le sue equazioni un "Universo statico", cioè la cui densità di energia risultasse costante, fu costretto ad introdurre una costante cosmologica, che si opponeva alla gravità (come una forza repulsiva); questa costante andava inoltre scelta opportunamente in modo da inpedire la contrazione dell'Universo sotto l'azione della sua stessa gravità rimanendo stazionario come a quel tempo si credeva.

    Sperimentalmente si conosce solo un caso di "anti-gravità" (o pressione negativa) e si tratta di un effetto quantistico di polarizzazione del vuoto, che viene chiamato Effetto Casimir(**).

    La polarizzazione del vuoto nell' effetto Casimir dipende solo dall apresenza di un campo elettromagnetico quantistico, può anche essere vista come una pressione negativa che può facilmente essere identificata con il termine di antigravità del parametro cosmologico.

    In fisica newtoniana l'aggiunta di una costante cosmologica significa introdurre una correzione lineare di segno positivo (la chiameremo Λ); questo termine lineare rappresenta quindi l'Energia di Vuoto.

    Senza entrare troppo nel merito di come viene ricavata, viene di seguito riportata la soluzione delle equazioni di Einstein nel caso generale:

    R'2/R2 = 8/3πGρ - kc2/R2 + Λ/3

    H2 = (z'/(1+z))2 = Ho2 [ Ωm (1+z)3 + Ωk (1+z)2 + Ωλ ]

    Tutti i termini dipendono dal redshift (z) e quindi dal tempo (t). Inoltre la somma dei valori di Ωo=[Ωm + Ωk + Ωλ ]=1 per definizione.

    In particolare: -Ωo = termine totale che si normalizza ad 1. -Ωm = termine dato dalla r quindi dalla densità totale di materia. -Ωk = termine topologico di curvatura dello spazio tempo. -Ωλ = termine di costante cosmologica (potenziale scalare).

    Chiaramente ci sono dei momenti nella storia evolutiva dell' Universo in cui uno dei tre termini dominerà sugli altri due.

    Le teorie più accreditate fanno prevalere Ωλ per piccoli valori del fattore di scala (R) e grandi redshift (z) si ha un andamento esponenziale del fattore di scala in contrasto con il termine Ωm di densità che tende a frenare l' Universo nei primissimi istanti.

    Il momento in cui questo campo scalare ha dominato su tutti gli altri, espandendo esponenzialmente l'Universo, viene individuato dalle GUTs ad una energia di 1016GeV cioè ad un tempo scala di vita dell'Universo t* = 10-34 sec circa.

    A quel tempo (t*) si separano l' interazione nucleare forte da quella elettrodebole creando una vera e propria transizione di fase, in cui venne coinvolta una "energia latente" che rappresenta proprio il campo scalare in analisi.

    Dopo questa transizione di fase il campo scalare in questione cessa di essere dominante, quindi l'andamento del fattore di scala passa da t0.5 a t0.666 (le due curve si intersecano proprio in t*).

    Ovviamente questo processo di espansione esponenziale non è durato in eterno, ma per un lasso piccolissimo (supponiamo che questa espansione avvenga nel tempo più breve conosciuto per trasmettere una interazione, cioè 10-32 secondi: anche se è un tempo piccolissimo nei primissimi istanti dell' Universo risulta essere un fattore 100 più grande dell'età stessa dell'Universo), che però ha fatto aumentare il fattore scala di più di 40 ordini di grandezza essendo ΔR = e100 R >= 1040 R.

    Questa appena descritta è una delle famigerate teorie inflative delle GUTs.

    Aumentando il fattore di scala in un tempo così breve di un fattode di circa 40 ordini di grandezza si risolvono alcuni problemi del modello standard.

    Il problema dell' orizzonte cosmologico si risolve poiché se al tempo t=10-34 sec l' orizzonte delle particelle era 10-24cm grazie all'inflazione la termalizzazione e l'omogenizzazione si è estesa per 40 ordini di grandezza (circa fino a 1020cm) che è proprio quello che si osserva oggi nella radiazione di fondo cosmica, che è avvenuta circa 3.8105 anni dopo il BigBang al momento del disaccoppiamento tra radiazione e materia, su una sfera di Universo già termalizzata e omogeinizzata.

    Altro problema non indifferente che viene risolto con il modello inflativo è quello della piattezza dell' Universo: se prima dell'inflazione ho una sfera a curvatura positiva, dopo l'inflazione aumentando di 40 ordini di grandezza le scale, la curvatura della sfera viene stirata divenendo "quasi" nulla, come si osserva nella curvatura dello spazio tempo odierna in approssimazione di campo debole che è "quasi" nulla.

    Ultimo ma non meno importante problema connesso con il modello standard, risolto dal modello inflativo, è quello della nascita delle disomogeneità nella CMB. Queste disomogeneità hanno formato i semi primordiali per le strutture che oggi osserviamo nell'Universo: se all'atto della transizione di fase esistevano delle disomogeneità microscopiche aumentando di un fattore di circa 40 ordini di grandezza le scale cosmologiche anche queste disomogeneità si sono espanse nello spazio.

    Procedendo quindi a ritroso lungo la linea temporale, abbiamo tre intervalli temporali tipici:

    t > (10-34+10-32)s -> modello standard del BigBang

    5.39*10-44 s< t < (10-34+10-32)s -> inflazione

    t < 5.39*10-44s -> tempo di planck al di sotto del quale prevale la gravità quantistica

    Quando la temperatura dei fotoni scese sotto i 104K l'idrogeno poté ricombinarsi e questo passaggio si chiama Epoca della Ricombinazione; quindi quello che osserviamo nella CMB è proprio la superficie di ultimo scattering al di la della quale l'Universo è divenuto trasparente alla radiazione elettromagnetica.

    Questo evento è avvenuto al redshift zric=1090 ed un tempo di circa 3.8*105 anni dopo il BigBang.

    Quindi la radiazione CMB è quella, che ci viene dalla ricombinazione redshiftata di una fattore 103, che come abbiamo già esposto suscita l' interesse dei cosmologi sotto molteplici aspetti.

    Uno degli aspetti più affascinanti della CMB riguarda le sue fluttuazioni di temperatura: la misura di queste fluttuazioni ci fornisce delle informazioni preziosissime sui modelli di formazione delle strutture cosmiche.

    Tutto questo è stato osservato da COBE; purtroppo COBE aveva un potere risolutivo troppo basso per permettere una determinazione accurata della mappa di anisotropie termiche in maniera efficiente: la δT/T=1.8*10-5 fu la prima misurazione delle anisotropie della radiazione di fondo cosmica.

    Questa misurazione segno la terza "rivoluzione copernicana cosmologica" dopo la misura dell' espansione dell' Universo e la scoperta della CMB. La verifica sperimentale del modello inflativo viene proprio dai successori di COBE (BOOMERANG, WMAP e tra poco PLANK). Assumendo degli opportuni potenziali scalari, che descrivano opportunamente il processo di inflazione, risulta plausibile andare a misurare la grandezza angolare delle anisotropie termiche, verificando l' accordo con i dati teorici dati dalle GUTs.

    [inline: 4= Immagine - 4 - la differenza di risoluzione angolare tra le due generazioni di satelliti che hanno mappato la CMB (COBE e WMAP)] Immagine - 4 - la differenza di risoluzione angolare tra le due generazioni di satelliti che hanno mappato la CMB (COBE e WMAP)

    Tramite queste misurazioni è possibile ricavare precisamente i valori di tutti i parametri cosmologici di cui abbiamo parlato finora; in particolare:

    -Ωo = 1.02+/-0.02 -Ωm = 0.27+/-0.04 -Ωk = (1-Ωo)= -0.02+/-0.02 Universo piatto. -ΩΛ = 0.73+/-0.04

    Dalle misurazioni di WMAP, assieme ad altri tipi di misurazioni condotte negli anni, è possibile definire il triangolo cosmico come un triangolo formato dal range di variabilità dei parametri Ωm, Ωk ed ΩL così come misurati.

    [inline: 5= Immagine - 5 - Nel triangolo cosmico sono riassunti i risultati osservativi delle tre osservazioni più importanti per la misura dei tre parametri cosmologici] Immagine - 5 - Nel triangolo cosmico sono riassunti i risultati osservativi delle tre osservazioni più importanti per la misura dei tre parametri cosmologici Ωm, Ωk ed ΩL e cioè le supernovae distanti, gli ammassi di galassie e la CMB. Esiste un punto di intersezione segnalato con il contorno rosso in cui i parametri cosmologici sono vincolati. Con il futuro avvento del satellite Plank sarà possibile rendere ancora più piccoli gli intervalli di variabilità.


    Note

    (): A partire dall' istante iniziale, il momento in cui avviene il disaccoppiamento dell' interazione nucleare forte con l' interazione elettro-debole (cioè quella data dall' interazione elettromagnetica già accoppiata a quella nucleare debole) dalle previsione dei fisici particellari e teorici, secondo le GUTs risulta essere a tempi scala t=10-34, 10-35 sec dall' istante iniziale. Le GUTs sono le Great Unified Theories, cioè quelle teorie di grande unificazione, che tendono a ricondurre ad un unica interazione le tre forze della natura (l' interazione elettromagnetica, l' interazione nucleare debole e l' interazione nucleare forte); rimane fuori dalle GUTs la gravità.

    (**): Effetto Casimir, proposto dal fisico olandese Casimir sulla base di calcoli teorici. Egli suggerì un esperimento in cui due piastre di metallo venivano affacciate tra loro a breve distanza; essendo metalliche, sono altamente riflettenti per le onde elettromagnetiche. La teoria quantistica prevede che il vuoto tra le due piastre in realtà risulta pieno di campi elettromagnetici fluttuanti detti Campi Virtuali. Anche questi campi verranno efficacemente riflessi dalle superfici metalliche. Gli effetti di queste riflessioni, nel rimpallo dei campi tra una piastra e l' altra, modificano la natura del vuoto di una entità misurabile. Forse il modo migliore di descrivere quello che succede è di usare l' analogia con le vibrazioni di una corda di chitarra. Essendo la corda tesa e strettamente fissata, quando viene pizzicata, le vibrazioni che la percorrono, riflettendosi avanti ed indietro tra gli estremi, producono una ben precisa nota musicale (quella la cui lunghezza d' onda misura quanto il doppio della lunghezza della corda) e, contemporaneamente, tutte le armoniche superiori (cioè le note di frequenza doppia, tripla, ecc.). I disturbi creati da ogni altra frequenza sono proibiti, nel senso che si smorzano spontaneamente annullandosi. Analogamente, le due lastre metalliche consentono solo alle onde elettromagnetiche di un certo tipo di riflettere avanti ed indietro entro lo spazio che le separa, creando per così dire una 'nota elettromagnetica' con le sue armoniche. La disposizione delle piastre, così come la lunghezza della corda di chitarra, impone un vincolo geometrico sulle frequenze delle onde che vi si stabiliscono ed esclude tutte le altre vibrazioni.

    Il risultato è che l' attività del vuoto viene in parte soppressa ed analogamente lo è parte della sua energia. Pensando in termini di fotoni, ci saranno meno fotoni in un centimetro cubico nello spazio tra le due piastre che all' esterno, perché là dentro alcune 'note elettromagnetiche' sono proibite. La conseguenza sarà che la pressione della radiazione all' esterno sarà maggiore di quella all' interno: ciò significa che le due lastre tenderanno ad essere spinte l' una contro l' altra. Dunque l' Effetto Casimir si presenta come una sorta di forza attrattiva apparente tra le due lastre. Questa forza è piccola, ma tuttavia misurabile.

    Bibliografia

    -"Principles of physical cosmology", P.J.E. Peebles -Lezioni di cosmologia del prof Dall' Oglio, Universita' di RomaTRE -Introduzione all'Astrofisica, prof Monaco Universita' di Trieste: http://physics.infis.univ.trieste.it/~monaco/

    Sitografia

    COBE official site http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/

    BOOMERanG papers http://adsabs.harvard.edu/abs/2004mim..proc..201C

    WMAP official site http://map.gsfc.nasa.gov/

    Planck official site http://www.esa.int/esaSC/120398_index_0_m.html



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