Il chiodo fisso

Prima di iniziare a leggere la storia della materia, leggete attentamente questa frase scritta da John D. Barrow, insegnante di Astronomia all'università del Sussex e autore di importanti saggi, e meditate.

"Un mondo che fosse

tanto semplice da poter

essere compreso,

sarebbe troppo semplice

per contenere osservatori

in grado di comprenderlo"

Tanti miliardi di anni fa ....

Quel minuscolo germe

Dove si parla della esplosione avvenuta quindici, venti miliardi di anni fa, dalla quale ebbe origine un minuscolo germe di materia che prese a dilatarsi per formare l'universo in cui viviamo.

1-Inizio

La storia che racconterò è quella del lungo cammino compiuto dall’universo, partendo 15 o 20 miliardi di anni fa, fino ai giorni nostri ed anche oltre. E’ un po’ la storia di tutte le storie. Sarà come raccontare una storia senza fine, piena di colpi di scena, una telenovela fatta di intrecci imprevisti e intricatissimi, di passaggi ancora oscuri, di teorie elaborate per poter spiegare i lati oscuri, da noi esseri umani che, per primi cerchiamo di dare una spiegazione ad una storia di cui noi stessi facciamo parte. La scena iniziale è dominata da un calore inimmaginabile e da una luce intensissima ed una energia assoluta. Il tutto è racchiuso in una singolarità microscopica di una piccolezza inimmaginabile. Una luce, un calore, una energia determinatasi in seguito al cosiddetto Big Bang, quella immane esplosione che dette inizio al tutto. Una parola che è nata come presa in giro nei confronti di chi sosteneva una tale teoria, ma che oggi è pienamente accettata dalla comunità scientifica come la più probabile ipotesi per descrivere quello che successe in quell’attimo lontanissimo da cui ebbe inizio la dilatazione dell’universo sotto la spinta della enorme quantità di energia presente in quell’attimo primordiale. La prima cosa che accade, in questo plasma incandescente, dove una materia informe si rimescola in un crogiolo infernale, è il calo della temperatura, venendo a mancare la fiamma che lo aveva alimentato.

fonte: NASA/ESA and Ann Feild (STScI)

Per avere una idea di quel calore e di quella luminosità basta pensare che la temperatura iniziale, a livelli addirittura inimmaginabili, dopo circa un centesimo di secondo era di cento miliardi di gradi centigradi. A questa temperatura così elevata gli elementi primordiali di quella materia informe, mai e poi mai avrebbero potuto mantenere la loro coesione, in preda come erano a movimenti velocissimi. Insieme a questo calo di temperatura, grazie alla potenza della esplosione, La massa incandescente, prese a dilatarsi. Per avere una idea di quanto essa si sia dilatata, al giorno d’oggi, basta sapere che dalle dimensioni di molti miliardi di volte più piccolo di una capocchia di spillo, oggi il diametro dell’universo osservabile misura anzi misurerebbe ( il condizionale è d’obbligo) intorno ai trenta miliardi di anni luce, misurato con gli strumenti che oggi abbiamo a disposizione. Per avere una idea, il diametro della nostra galassia pare misuri cento mila anni luce. Insomma in quel minuscolo punto i dati sono fortemente compressi. Al suo interno ci sono tutti i dati del futuro universo che si riveleranno man mano che esso si dilaterà, non solo, ma con la dilatazione succederanno anche altre cose interessanti

2-Plasma.

Se a temperatura elevata tutto è in subbuglio e in movimento, con il calo di essa, tutto tende a rallentare il proprio movimento, per cui aumentano le possibilità che gli elementi contenuti in quel brodo di cottura possano mettersi insieme secondo delle regole e delle leggi insite in loro stessi. Sono gli elementi costituenti la futura materia. Il materiale di cui sarà composto il futuro universo. E il loro modo di mettersi insieme non sarà casuale, ma bensì determinato da regole ben precise. E’ tutto lì dentro, disciolto, liquefatto, squagliato, frantumato, mescolato e rimescolato, ridotto ai minimi termini. Elementi che già dentro di sé contengono le caratteristiche della futura materia. I fisici hanno descritto questi elementi primordiali con dovizia di particolari ed hanno descritto anche il modo in cui dopo un giusto calo della temperatura essi cominceranno a interagire tra loro. Ma fino a quando l’universo non assume, in un tempo interminabile, le dimensioni di una mela, esso è compatto e non presenta ancora particelle di materia, ma solo particelle primordiali. E’ nei secondi successivi che, dilatandosi ulteriormente, la materia primordiale comincia a presentare le prime irregolarità, dovute ad una diversa densità che si manifesta in alcuni punti dell’Universo nascente, grazie al fatto che queste particelle primordiali cominciano a mettersi insieme secondo regole ben precise. Siamo a meno di tre minuti dalla esplosione iniziale, la nostra sfera di materia, che ormai contiene le prime particelle elementari e dove ormai si formano i nuclei dei primi atomi, continuerà a dilatarsi e a raffreddarsi.

Con queste particelle elementari, o mattoni primordiali, si potrà costruire quella materia, e solamente quella materia, che oggi noi conosciamo e di cui noi stessi siamo fatti. Infatti già in quei mattoni in preda a rapidi movimenti nel plasma incandescente primordiale, ci sono tutte le caratteristiche, le costanti, le leggi che regoleranno il futuro universo, il modo con cui funzionerà l’universo e tutti gli avvenimenti che vi si svolgeranno e faranno parte di esso. Inoltre una cosa oggi è certa, dagli elementi disciolti in quel plasma ribollente avrebbe potuto avere origine solo l’universo di cui facciamo parte. Sarebbe bastato un valore leggermente diverso di una delle costanti che regolano il nostro universo perché esso diventasse diverso dal nostro. Ma cerchiamo di entrare, si fa per dire, in quel plasma incandescente e ribollente per vedere cosa succede e come mai, a livello chimico, un liquido indistinto possa, con il forte abbassamento di temperatura, trasformarsi in piccolissime entità o pezzetti di materia che prenderanno a reagire tra loro.

3-Galassie

Nei primissimi minuti dopo la formazione della materia, la temperatura comincia a scendere bruscamente pur rimanendo altissima, e la materia, che prima era in forma semiliquida, come un plasma indistinto, si comincia ad aggregare. Da questo plasma informe si cominciano a formare i primissimi costituenti della materia, e cioè i protoni e gli elettroni, i quali non sono altro che pezzetti di materia. Ma che da soli non hanno un senso. I protoni sono fatti quasi per intero da massa e da poca energia, gli elettroni sono fatti di poca massa e sono quasi tutta energia essi stanno bene insieme anche perchè si attirano, essendo gli uni di carica elettrica positiva, gli altri di carica elettrica negativa. Protoni ed elettroni si mettono allora insieme a formare gli atomi, così come era scritto nel capitolato d’appalto di quel semino originario. Il più semplice degli atomi è quello di idrogeno con un protone ed un elettrone. Gli atomi di idrogeno si uniscono tra di loro a formare delle zone di addensamento separate da zone di rarefazione. Queste zone di addensamento saranno delle nubi di idrogeno che aumentano di grandezza, grazie alla dilatazione impressa loro dalla forza della esplosione originaria. Lo spazio cosmico in dilatazione e’ in parte vuoto, in parte occupato da queste nubi di idrogeno, alcuni spazi sono più rarefatti, altri più densi.

galassia M31

Le varie nubi di idrogeno in formazione vanno allontanandosi l’una dall’altra in modo che lo spazio tra nube e nube aumenta sempre più. Queste nubi di idrogeno non sono altro che le future galassie, All’interno di esse si sposterà la nostra attenzione. Anche dentro le galassie in dilatazione si ripete il processo che ha portato alla loro formazione. Si vanno cioè formando delle zone di rarefazione e delle zone di addensamento. Nelle zone di addensamento gli atomi di idrogeno si stanno aggregando in alcuni punti dove l’idrogeno diventa sempre più compatto, strati si aggiungono a strati. Si stanno formando le stelle, che aumentano la loro dimensione, grazie a tutti quei protoni, che vanno addensandosi. Mentre lo spazio circostante continua a dilatarsi e a raffreddarsi, le stelle aumentano la loro massa e il loro peso. Con l’aumentare della massa, aumenta anche la loro forza di gravità grazie alla quale esse funzionano da aspirapolvere nei confronti dei detriti rimasti nello spazio circostante. All’interno di esse l’aumento del peso degli strati superficiali su quelli più interni provoca un aumento della temperatura. Il calore interno delle stelle in formazione determina dei movimenti sempre più frenetici degli atomi di idrogeno. la situazione all’interno di questi ammassi di idrogeno e’ alquanto instabile. gli atomi cozzano tra loro e l’attrito provoca un ulteriore aumento della temperatura. La velocità degli atomi è enorme e comunque prossima a quella massima consentita dalle leggi della fisica del nostro universo.

4-Atomi

In tutto il trambusto esistente all’interno delle stelle in formazione, l’elettrone di ciascun atomo, che aveva preso il suo posto attorno al protone, acquista energia ed esce dalla sua orbita cercando di sfuggire ad essa. Viene però subito catturato e riportato al suo posto. Cosa che avviene con la cessione di quella energia che aveva acquistato prima. Energia che viene liberata sotto forma di luce. La stella si è accesa, mentre all’interno e’ tutto un continuo saltare di elettroni da dentro a fuori gli atomi. Si sono formate le stelle di prima generazione, al cui interno l’enorme calore è dato dai movimenti degli atomi e la luce e’ determinata dai salti degli elettroni. Al loro interno adesso comincia il processo della formazione degli elementi chimici successivi all’idrogeno. Se ciascun atomo di idrogeno è in subbuglio a causa di calore e velocità, anche i rapporti tra gli atomi di idrogeno si fanno sempre più complessi. Gli atomi, infatti, a forza di cozzare tra loro, tendono a combinarsi in modo che quattro di essi messi insieme, formano un nuovo tipo di atomo, quello di elio che ha due protoni al centro e due elettroni alla periferia. Ma la somma tra elettroni e protoni di idrogeno di partenza non e’ uguale alla somma tra elettroni e protoni dell’elio. Questo significa che si e’ perso qualcosa per strada, infatti manca all’appello una certa quantità di massa che viene liberata sotto forma di energia. Cioè le stelle di prima generazione stanno liberando all’esterno calore, luce ed energia, a scapito di piccole quantità di massa.

Il ciclo vitale di una stella

Al loro interno cioè si crea del vuoto che diventerà sempre più grande, man mano che procedono le reazioni chimiche di formazione dei vari elementi. All’interno di queste stelle di prima generazione, la situazione è sempre frenetica e instabile per cui le reazioni tra gli atomi di idrogeno e quelle tra gli atomi di elio in formazione continuano. Dopo gli atomi con due protoni e due elettroni si formano gli atomi con tre protoni e tre elettroni. Le reazioni proseguono con atomi a quattro, a cinque, a sei, e così via. Dentro queste stelle si stano formando cioè atomi di tutti gli elementi chimici conosciuti in natura, ognuno caratterizzato da un proprio numero di protoni e di elettroni. Parallelamente aumenta il vuoto all’interno della stella a causa della continua perdita di massa. Questo perché nelle reazioni il conteggio tra elementi iniziali e elementi finali non e’ mai pari. Esiste sempre un resto, un avanzo di massa che viene liberato dalla stella sotto forma di energia. E ciò avviene secondo la formula della relatività di Einstein. Per riassumere, la stella brilla sempre più grazie ai salti di elettroni da una orbita all’altra; contiene sempre più elementi chimici e va perdendo quantità sempre più grandi di massa. All’interno della massa si crea un buco che in futuro comporterà il collasso della stella grazie alla pressione degli strati esterni sul vuoto che si è creato.

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AL MESE PROSSIMO CON LA SECONDA PUNTATA