Quella del Big-Bang è una teoria sulla nascita dell'Universo come lo conosciamo ora. Il Grande Scoppio è avvenuto tra 15 e 25 miliardi di anni orsono. Il nostro Sole è una stella giovane poichè ha "solo" 5 miliardi di anni. La grande incertezza sulla data di "nascita" dell'universo dipende dalla, per ora, impossibilità di determinare con "esattezza"(*) la distanza delle stelle più lontane e la loro velocità. Tutto dipende dal valore da dare a una costante (costante di Hubble) la quale può variare, a seconda degli studiosi, da 50 a 100, per cui l'età del nostro universo può essere 10 o 30 miliardi di anni.
E' però generalmente accettata la teoria del Big-Bang. Le discussioni, sempre più ampie, nascono quando si cerca di definire: 1) cosa c'era all'istante t = 0; 2) cosa è accaduto fra t = 0 e t = 10^-35 s(**); 3) cosa accadrà nel futuro.
Chiaramente nessuno scienziato si pone il problema di studiare per quale motivo ciò è avvenuto: agli studiosi interessa conoscere il "come" e il "quando"(***), mentre il "perchè" è di pertinenza della religione. I conflitti nascono quando la religione si occupa del come e del quando del mondo fisico (vedi le vite di Copernico, di Keplero, di Galileo, ecc.), oppure quando lo scienziato pieno di fede in una certa religione affianca ai risultati sperimentali una spiegazione sul "fine" dei fenomeni osservati del tipo: ciò accade per punire o premiare gli uomini.
La teoria del Big-Bang per ora poco può dirci su ciò che accadde nei primi centomilionesimi di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo, ma ci sono ottime spiegazioni di ciò che avvenne da allora ad oggi. In particolare, dopo 3 minuti dall'inizio era tutto finito, cioè l'universo da allora ad oggi non poteva funzionare in nessun altro modo che quello che vediamo: tutto ciò che ci circonda e noi stessi abbiamo il nostro passato e il nostro futuro scritto in quei 3 minuti. Avremmo potuto essere diversi (o non esserci del tutto) se in quei 3 piccolissimi minuti fosse successo qualcosa di diverso da quello che è successo.
Accanto ai numeri estremamente piccoli che raccontano il tempo, si pongono i numeri estremamente grandi che raccontano le temperature: si comincia da forse (nel primo periodo) più di 10^32 °C, a 10^28 nel secondo, sino a 10^9 (un miliardo di °C) all'età di 3 minuti(****).
Alla fine dei 3 minuti, il tempo è cresciuto da 0 a 180 secondi e la temperatura è diminuita da 10^32 a 10^9 °C. E' inimmaginabile sia la grandezza della temperatura, sia la violenza dei fenomeni in un così breve lasso di tempo!
Ma proseguiamo ancora un poco. Sono passati 100.000 anni, la temperatura è scesa a 3.000 °C: l'universo è ancora piccolo e soprattutto opaco verso l'esterno (ammesso che ci sia un posto esterno): la luce non riesce ad uscire dallo spazio che si sta formando perchè gli elettroni sono liberi e bloccano e deviano i fotoni(*****). Finalmente si formano gli atomi (quasi esclusivamente idrogeno, deuterio e trizio) come li conosciamo oggi: nuclei positivi al centro ed elettroni negativi in periferia(******). La luce può rompere il guscio e iniziare il suo viaggio, che ancora continua liberamente, alla velocità di 300.000 km/s (la luce per fortuna non si stanca!) e darci notizia di ciò che accade. La sfera di 100.000 anni, quando la luce era prigioniera, quella è per noi una sfera opaca: non possiamo vedere niente dentro di essa: con strumenti sempre più potenti potremo indagare il nostro universo sempre più indietro nel tempo, ma arrivati a 100.000 anni dalla nascita potremo solo avere notizie indirette. Avviene cioè come per le porte munite di rivelatori: i metalli non si vedono, chiusi nelle valigie, ma sono scoperti da un altro strumento: nel caso che stiamo esaminando, l'altro strumento è il cervello, non l'occhio, con l'aiuto della sperimentazione.
Un'altra domanda: che fine ha fatto l'energia iniziale? E' ancora tutta chiusa nello spazio che conosciamo(*******), ma ad una temperatura ben più bassa di quella iniziale: 2,75 °K, cioè circa -270 °C(********). E' questa la temperatura dello spazio intergalattico, cioè del vuoto fra le galassie. Essa viene detta "fossile" essendo il resto di quella esistente all'inizio dell'espansione.
Ma l'espansione è infinita, eterna, oppure finita con un ritorno al punto di partenza? Tutto dipende dalla quantità di materia presente nell'universo: se essa è solo quella che si vede, l'espansione è infinita; se ce n'è altra, per ora non visibile e perciò detta "oscura", allora essa è finita. La materia visibile è solo il 2% di quella necessaria a fermare l'espansione. D'altra parte però, non si spiegano le osservate attrazioni fra le galassie se non supponendo che c'è anche un'altra grande quantità di massa per ora oscura (è stata anche avanzata l'ipotesi che, al centro dell'universo, si crea con continuità nuova massa man mano che procede l'espansione di quella vecchia, come se un fornaio aggiungesse nuova pasta dentro il panettone che lievita, facendolo diventare sempre più grande). In definitiva abbiamo altri due misteri: come fanno le galassie ad attrarsi e qual'è il futuro del nostro universo.
Ci si può anche chiedere quale forma ha l'universo a noi noto. Per rispondere bisogna prima distinguere fra massa ed energia, cioè: la forma è data dai "punti" raggiunti dalla massa o dai "punti" raggiunti dall'energia? In entrambi i casi la forma (immaginando di poter guardare da "fuori") potrebbe essere sferica (potrebbe, perchè non sappiamo se l'universo all'inizio dell'espansione era omogeneo ed isotropo(*********) oppure no), ma potrebbe avere qualunque altra forma.
Di certo per noi è impossibile accertarne la forma e la misura. Per ottenere simili informazioni dovremmo essere in grado di "vedere" tutto l'universo contemporaneamente e ciò non è possibile. Noi sappiamo che la Terra è grosso modo sferica, ma lo sappiamo attraverso una sperimentazione diretta e attraverso il calcolo.
Supponiamo ora di trovarci sul mare e di sapere solo attraverso gli occhi vedendo al massimo alla distanza di 1 km (l'orizzonte, che può darci qualche informazione sulla forma della Terra, si trova a circa 15 km): in tali condizioni potremo dire che ci troviamo su una sfera? Un microbo su un pallone può intuire che il suo universo è sferico? Senza termini di confronto e senza informazioni in contemporanea da diversi luoghi, non è possibile definire la forma: a noi sul mare e al microbo sul pallone sembrerà di essere su un piano.
D'altra parte, quando vediamo con gli strumenti un oggetto distante 1.000.000 di anni-luce, vediamo "ora" ciò che "era" 1.000.000 di anni orsono, ma non sappiamo "cosa è successo" nel frattempo, cioè ancora: vedere più lontano nello spazio per conoscere la forma, significa vedere più lontano nel tempo. E' come con la posta: riceviamo oggi la fotografia di una ragazza giovane e bella, ma la lettera è stata spedita 50 anni fa e probabilmente quella ragazza non è più nè giovane nè bella o magari è morta!
Analogamente: la stella Proxima Centauri potrebbe essere scomparsa da 4 anni e noi non lo sappiamo ancora, il Sole potrebbe essere scomparso da 8 minuti e noi non lo sappiamo ancora, la Luna potrebbe essere scomparsa da 1,3 secondi e noi non lo sappiamo ancora: noi sappiamo ciò che la luce (e l'altra radiazione elettromagnetica) ci racconta quando arriva. Tutto il resto è ipotesi, plausibile di più o di meno, ma ipotesi.
Ci si può anche chiedere: se e quando le masse, finita l'espansione, torneranno indietro per il Big-Crash finale, tornerà indietro anche la luce? Oppure l'energia emessa in tutti i miliardi di anni trascorsi continuerà a viaggiare "in fuori" per sempre? Cioè: l'energia ha vita infinita? Certo la sua "densità", rappresentata dalla temperatura, è destinata a diminuire, ma: diventerà mai zero? E' meglio rispondere: chi vivrà, vedrà!
A tutto ciò aggiungiamo che la luce non viaggia sempre in linea retta: essa viene deviata dalla presenza delle masse (lo spazio è curvo intimamente, poichè contiene materia: la geometria euclidea può definire la retta che si allunga all'infinito mantenendo una ed una sola direzione; nella realtà fisica ciò non esiste). Ma se esiste la massa oscura, noi non sappiamo davvero da che parte sono le cose che vediamo: la luce che vediamo davanti a noi , forse è prodotta da una stella che si trova alle nostre spalle, come accade quando guardiamo in uno specchio: ciò che vediamo davanti, è in realtà dietro.
Insomma ci conviene dire: per quel che ne sappiamo oggi, le cose stanno così; però fra uno o mille anni potremmo accorgerci di aver sbagliato tutto. Questo non vuol dire sfiducia nei confronti degli scienziati che hanno elaborato con genio le ipotesi accennate in queste pagine.
Vuol dire invece coscienza del fatto che sono ipotesi e fin quando non ci saranno le prove sperimentali (se mai ci potranno essere), ipotesi resteranno. Troppo spesso nel passato le ipotesi sono state smentite dai fatti per poter avere cieca e totale fiducia nelle costruzioni puramente mentali.

(*) L'esattezza qui deve assumere un significato molto particolare. Normalmente una cosa si dice esatta quando la differenza fra il vero e il misurato è minima (o meglio ancora è zero). Nella fisica la misura vera non esiste, poichè nessun ente superiore ce ne fornisce il valore. Ciò che noi possiamo ottenere sono delle misure più o meno approssimate in funzione degli strumenti e dei metodi adoperati (teoria degli errori di Gauss). Quando le difficoltà di misura sono grandi, si accetta un certo grado di incertezza, rappresentato da una probabilità, dicendo ad esempio: la distanza fra A e B è, col 75% di probabilità, (X+/-a) km. Quando "a" è piccolo rispetto a X la misura si dice buona, altrimenti essa è cattiva.
Nel caso della costante di Hubble si può scrivere H = 75+/-25. Ciò equivale a dire: il mio tavolo è lungo l = (3+/-1) m. Nessuno accetterebbe per buono dire che il tavolo ha la lunghezza compresa fra 2 e 4 metri! Se però: il tavolo è lontano e si muove a gran velocità in una certa direzione, mentre noi ci muoviamo ad un'altra velocità in un'altra direzione e la misura la facciamo con un binocolo sfocato, bè, allora il concetto di esattezza deve essere allargato e quindi si deve considerare il risultato sin'ora ottenuto per la costante di Hubble come ottimissimo.
(**) In modo schematico: 1) nulla da dire se non ipotesi più o meno artistiche fra t=0 e t=10^-43 s; 2) ipotesi e teorie contrastanti fra t=10^-43 e t=10^-35 s; 3) difficile ma non impossibile precisare i fenomeni avvenuti fra t=10^-35 e t=3 minuti. Attenzione però: non è detto che il tempo in quelle condizioni, allora, fosse uguale a quello di adesso! Alle alte energie, evidenziate dalle temperature, il tempo si modifica e magari 1/1.000.000 di secondo di allora valeva quanto un secolo di oggi (teoria della relatività di spazio e tempo).

(***)QUESTO ARTICOLO è RIPRESO DAL CAPITOLO DEDICATO ALLA TERMODINAMICA
5) IL VUOTO.
Secondo una fantastica e meravigliosa teoria, l'universo non è altro che una fluttuazione (variazione) casuale(1) di un campo di forze sconosciuto e noi siamo fatti (come ineluttabile conseguenza della fluttuazione) in modo da percepire secondo certe modalità (materia, energia) tale campo di forze. In pratica è come per la febbre: la febbre è una manifestazione di una malattia, ma non è la malattia. Quel campo di forze non ha agito solo al momento del Big Bang (in modo grandioso!), ma continua ad agire ancora oggi, per cui anche adesso in ogni punto dello spazio si verificano fluttuazioni che originano materia ed energia (per nostra fortuna in piccole dosi!).
Studiando i risultati delle collisioni negli acceleratori di particelle, i fisici hanno proprio osservato il fenomeno della "nascita" di qualcosa là dove "nulla" doveva esserci. Per tentare di spiegare, basta pensare che la forza di gravità non si vede, non si tocca, non è una cosa, eccetera eppure agisce, produce effetti, eccetera. La forza di attrazione gravitazionale costituisce un campo che occupa tutto l'universo e produce effetti in tutto lo spazio.
Il misterioso campo di cui si parlava prima, produce (come la gravità produce quella cosa che chiamiamo "peso") materia ed energia, che altro non sono che manifestazioni a nostro uso e consumo di qualcosa che non è. Poiché però anche noi non siamo che materia ed energia, anche noi non siamo altro che "apparenza di qualcosa che non è".
Altra conseguenza di tale teoria è che ad esempio il vuoto non esiste, essendo presente in ogni luogo quel campo di forze, che in ogni istante in ogni luogo può far nascere quelle cose che chiamiamo, erroneamente distinguendole, materia ed energia.

1) La causa prima di tale fluttuazione è Dio? Oppure il campo stesso è Dio?

(****) Per ora non siamo in grado di ottenere questi livelli di energia sulla Terra e quindi non possiamo sperimentare.
(*****) I fotoni sono granuli di luce: per certi fenomeni la luce si comporta come se fosse fatta di materia (nuclei di elio).
(******) All'inizio, quando tutto era solo futuro indistinto, c'era tanta materia quanta antimateria; iniziato l'ordine, rimane una sola qualità di materia; l'altra, quella che chiamiamo antimateria (protoni negativi ed elettroni positivi) sopravvive in qualche atomo vagante e viene prodotta con enorme difficoltà sulla Terra (nelle macchine dette acceleratrici di particelle). Niente però vieta di ipotizzare che da qualche parte, lontano, ci siano stelle, galassie, ecc. di antimateria.
(*******) A meno che non ci siano "buchi" verso altri universi.
(********) Naturalmente ci sono punti dove la temperatura è superiore (le stelle). Però è ben difficile che, all'esaurirsi di tutte le stelle, la temperatura diventi molto maggiore di 0 °K. Il valore 2,75 °K è stato prima una ipotesi di calcolo e poi un risultato sperimentale misurato pochi anni orsono attraverso l'osservazione degli spettri di emissione delle regioni "vuote" tra le galassie. Ciò spiega anche perchè il cielo notturno ci appare nero, cioè privo di luce, nonostante le stelle siano innumerevoli e riempiano praticamente tutto lo spazio osservabile: la densità di energia è troppo bassa per "riempire" i nostri occhi. Se noi, al buio, osserviamo un pezzo di ferro "freddo", non lo vediamo, cioè anch'esso è "nero". Se la sua temperatura sale sino a circa 500 °C esso diventa sorgente di una luce rossastra che illumina gli oggetti ma non il vuoto (in realtà l'aria) circostante.
(*********) Omogeneo: si definisce così qualcosa che ha la stessa natura o composizione chimica o fisica in ogni suo punto: il diamante è carbonio in ogni suo punto e quindi è omogeneo.
Questa definizione ha però un limite nella scala di osservazione: se l'oggetto diamante lo osserviamo alla scala dei cristalli, esso non è più omogeneo poichè in alcuni punti ci sono gli atomi di carbonio, mentre fra di essi c'è il vuoto. Se poi penetriamo nella scala degli atomi la disomogeneità è ancora maggiore: in alcuni punti c'è un tipo di materia (protoni e neutroni), in altri c'è un altro tipo di materia (elettroni), in altri ancora (almeno in prima approssimazione) non c'è nulla (lo spazio fra il nucleo e la nuvola di elettroni, fra gli elettroni nelle diverse orbite, ecc.).
Lo stesso accade nel nostro universo (stelle, pianeti, spazio vuoto o quasi fra di loro, spazio intergalattico, ecc.). In modo analogo si può parlare di omogeneità rispetto all'energia presente o assente, di un tipo anzichè di un altro.
Isotropo: si definisce così (o al contrario anisotropo) qualcosa che ha le stesse caratteristiche (fisiche, chimiche, meccaniche, elettriche, ecc.) in tutte le direzioni. L'isotropia ha in generale gli stessi limiti della omogeneità, cioè la proprietà dipende dalla scala di osservazione. Inoltre essa può essere modificata dalle condizioni locali, naturali o artificiali. Ad esempio il suono nell'aria si trasmette in modo isotropo, cioè secondo sfere concentriche con la sorgente emettitrice: se però c'è vento o un muro o l'aria è stratificata ecc. il suono si propaga in altri modi, cioè secondo direzioni preferenziali. Anche la luce attraversando alcuni materiali trasparenti si propaga (o non si propaga) diversamente nelle diverse direzioni (polarizzazione) oppure può essere deviata in modo da concentrarsi verso qualcosa (specchi, lenti, ecc.).