Big Bang
idee rapide sul Big Bang. Che cos'e il Big Bang? Come e iniziato l'universo? Un'esplosione calcolatissima. La formazione degli atomi e delle stelle.
EspañolA. Il Big Bang
1. Com'e stato il Big Bang all'inizio?
L'universo comincio come un punto piccolissimo, molto denso e ardente. Un volume minimo con un'energia enorme. Si parla di cento quintilioni di gradi di temperatura, con una densita di trilioni di trilioni di kg per litro.
2. Come furono i primi minuti dopo il Big Bang?
Subito apparvero quark, elettroni e fotoni. Poi protoni e neutroni. Siamo a miliardi di gradi e a dieci miliardesimi di secondo dopo il Big Bang. Tre minuti dopo, la temperatura scese a un miliardo di gradi e si formarono i nuclei di idrogeno pesante e di elio. L'espansione continuo (e ancora oggi l'universo continua a espandersi).
3. Idrogeno, elio e luce
Trecentomila anni dopo il Big Bang, la temperatura scese a 5727 gradi e l'universo era mille volte piu piccolo di quello attuale. Allora si formarono gli atomi di idrogeno e di elio. La luce si separo dalla materia e l'universo divenne trasparente. (Questa luce intensissima oggi viene rilevata come radiazione cosmica di fondo).
4. E le stelle e i pianeti?
Un miliardo di anni dopo il Big Bang, e a 255 gradi sotto zero, nacquero le stelle a partire dall'idrogeno. Nelle stelle si formarono gli altri elementi chimici: carbonio, ossigeno, neon, ecc. Alcune stelle di grande massa esplosero e sparsero questi elementi in masse incandescenti da cui ebbero origine i pianeti.
5. Quanti anni ha l'universo attuale?
Attualmente siamo a circa 15 miliardi di anni dal Big Bang e a 270 gradi sotto zero.
B. Un piano precisissimo
1. Un'esplosione ben calcolata?
Il Big Bang fu un'esplosione calcolata con grandissima precisione. Una trilionesima parte di energia in piu o in meno avrebbe distrutto l'universo che stava iniziando a formarsi.
- Se l'espansione fosse stata piu lenta, la forza di gravita avrebbe avuto la meglio e si sarebbe prodotta un'implosione, con tutto che si sarebbe riunito di nuovo.
- Se l'espansione fosse stata piu rapida, la materia cosmica si sarebbe dispersa del tutto e non si sarebbero formate galassie.
- Ancora oggi l'universo continua a espandersi, proprio alla velocita esatta perche non avvenga un disastro.
2. Le quattro forze
Pochi istanti dopo il Big Bang entrarono in azione le quattro forze fondamentali: la gravita, l'elettromagnetica, la nucleare forte e la nucleare debole. Queste forze assunsero valori molto precisi. Se avessero assunto valori diversi, l'universo attuale non si sarebbe formato. Per esempio, se la forza di gravita fosse stata maggiore, tutto sarebbe collassato; se fosse stata minore, tutto si sarebbe disperso cosi in fretta che nulla sarebbe rimasto unito.
3. Materia e antimateria
Nei primi istanti del Big Bang apparvero quark ed elettroni con le corrispondenti antiparticelle. Scontrandosi, si annientavano producendo fotoni. Ma ci fu un eccesso di materia rispetto all'antimateria, e grazie a questo curioso surplus l'universo continuo il suo sviluppo. Lo scontro tra materia e antimateria produsse l'energia opportuna, ma non si anniento tutto perche la materia era piu abbondante.
4. I quark sono proprio cosi
Tra le prime particelle che apparvero ci sono i quark u e d. Con essi si formarono protoni e neutroni. I protoni hanno due quark u e uno d. I neutroni hanno due quark d e uno u. I quark u hanno carica elettrica +2/3. I quark d hanno carica elettrica -1/3. In questo modo cosi preciso nacquero protoni con carica +1 e neutroni con carica 0.
5. Nascono gli atomi
Pochi istanti dopo il Big Bang, la forza nucleare forte uni i quark u e d per formare protoni e neutroni, cioe il nucleo degli atomi. La forza elettromagnetica lego protoni ed elettroni, che avevano proprio la stessa carica elettrica in valore assoluto, e cosi l'atomo fu stabile. Le particelle che lo compongono e le forze che le uniscono furono proprio quelle adatte per ottenere questo risultato.
6. Stabilita del neutrone
I neutroni liberi sono instabili e si disintegrano in quindici minuti - dando un protone, un elettrone e un antineutrino -. Invece, all'interno del nucleo, i neutroni sono completamente stabili. Tre minuti dopo il Big Bang si formarono nuclei di idrogeno pesante e di elio. E in questo modo i neutroni non scomparvero.
7. La massa del neutrone
Il neutrone risulto un pochino piu pesante del protone. Se fosse stato il contrario, sarebbero stati i protoni a essere instabili e quindi lo sarebbero stati anche gli atomi di idrogeno. E senza idrogeno non ci sarebbero ne stelle ne sole.
8. E girarono e girarono
Gli elettroni cominciarono a ruotare attorno ai nuclei e questo impediva che urtassero contro il nucleo, attratti dalla forza elettromagnetica. Allo stesso modo, la luna gira attorno alla terra e questa attorno al sole, bilanciando cosi l'attrazione gravitazionale con la forza centrifuga. Questi moti continui evitano il collasso dell'universo.
C. Stelle
1. Come nascono le stelle?
In alcune nubi di idrogeno si producono compressioni dovute alla gravita e si raggiunge il milione di gradi. A questa temperatura si uniscono i nuclei di idrogeno pesante liberando energia fino ad arrivare ai 10 milioni di gradi. Con questa temperatura si uniscono i nuclei di idrogeno liberando energia che illumina la stella.
- Se si bruciasse solo idrogeno pesante, la combustione sarebbe a velocita esplosiva (bombe H).
- Se non ci fosse idrogeno pesante, non comincerebbe la fusione dell'idrogeno normale. Questa proporzione precisa dei due tipi di idrogeno fa si che esistano le stelle e il sole.
2. Equilibrio nelle stelle
Le stelle hanno una massa enorme - il sole pesa 744 volte piu dei pianeti messi insieme -. La forza di gravita e immensa, e lo e anche la forza espansiva della fusione nucleare dell'idrogeno. Le due forze si equilibrano esattamente, e la stella non implode ne si disperde nello spazio.
3. Le stelle fabbricano elementi
- Due nuclei di idrogeno, fondendosi, danno origine all'elio sprigionando una grande energia che accende la stella.
- Due nuclei di elio si uniscono formando berillio. Ma proprio il berillio e instabile e si decompone subito. Tuttavia ha il tempo di ricevere un terzo nucleo di elio, e allora si forma il carbonio, che e stabile e che le forze nucleari tendono a produrre.
- A sua volta, il carbonio con un nucleo di elio forma l'ossigeno; pero non tutto il carbonio scompare, perche il nucleo di ossigeno non facilita tanto la sua formazione. In questo modo c'e un equilibrio molto preciso che consente la formazione di carbonio e ossigeno, indispensabili per la vita sulla terra.
4. Qualche dettaglio sul sole?
La temperatura superficiale del sole e di circa 5727 gradi e rimane stabile. Se variasse di appena 10 gradi, sulla terra non ci sarebbe vita. Un disastro simile avverrebbe se il sole si trovasse a una distanza diversa. Il sole e una stella nana gialla. Se fosse di tipo blu, si sarebbe gia spenta. Se fosse di tipo rosso, non riscalderebbe abbastanza la terra.
5. Conclusioni
- Il Big Bang e il suo sviluppo successivo furono calcolati con enorme precisione.
- E impossibile che l'universo nato dal Big Bang sia sorto per caso. Completamente impossibile.
- Non ci vuole la fede per affermare che Dio Creatore e eterno, sapiente, potente e si prende grande cura degli uomini. Eterno, perche qualcuno di eterno dovette dare inizio al Big Bang. Sapiente, perche il processo successivo al Big Bang e pensato nei minimi dettagli. Potente e attento all'uomo, per motivi evidenti, vedendo con quanta precisione e forza ha guidato l'espansione dell'universo.