Perché non esiste un centro dell’Universo? La spiegazione scientifica

Il concetto della non esistenza di un centro dell'Universo è tra i più complessi da illustrare e comprendere poiché contrario alla maggior parte della nostra esperienza comune. In questo articolo cercheremo di illustrare quali sono le ragioni fisiche della non esistenza di un centro dell'Universo e quali sono state le osservazioni che hanno permesso agli scienziati di giungere a questa conclusione.

Il centro dell'Universo non esiste

Se l'Universo ha avuto origine col Big Bang circa 13,7 miliardi di anni fa, perché allora affermiamo che l'Universo non ha un centro? Per comprenderlo, bisogna partire da come la teoria del Big Bang si inserisce nel contesto della nascita ed evoluzione dell'Universo e quali conseguenze esso comporta. Il Big Bang permette di spiegare il cosiddetto principio cosmologico: osservando la distribuzione di galassie nel cosmo, su larga scala, l'Universo appare omogeneo (identico in ogni suo punto) e isotropo (identico in ogni direzione si guardi). Inoltre, le galassie si allontanano da ogni osservatore con una velocità che è tanto maggiore, quanto più grande è la distanza tra l'osservatore e la galassia stessa. Questi due assunti puntano quindi ad un momento nella storia del cosmo in cui tutta la materia e l'energia era concentrata in uno spazio piccolissimo di densità infinita.

Da un punto di vista matematico, in questo punto di densità infinita, nell'istante zero, tutte le distanze erano anch'esse uguali a zero, di conseguenze ogni punto dell'Universo era matematicamente dappertutto. Ciò implica che non esiste un singolo punto da cui il Big Bang è iniziato, ma esso è accaduto dappertutto. Bisogna quindi abbandonare l'idea che il Big Bang sia come una esplosione ordinaria, poiché non è una esplosione nello spazio, bensì una esplosione di spazio. L'Universo non si sta quindi espandendo da un centro nello spazio, ma è piuttosto l'intero Universo che si espande e lo fa in misura uguale in tutti i punti di esso.

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Inoltre, siccome l'Universo è definito come la totalità di tutto ciò che esiste, chiedersi in cosa si sta espandendo e se c'è qualcosa al di fuori di esso, è una domanda priva di fondamento, poiché l'espansione è semplicemente una della sue proprietà intrinseche che crea nuovo spazio-tempo, una nuova parte di se stesso e quindi di tutto ciò che esiste. È quindi essa una domanda priva di fondamento come chiedersi come fare ad andare ancora più a nord trovandosi già al polo nord.

L'analogia del palloncino

Un concetto così contro-intuitivo è di difficile visualizzazione per il nostro cervello evolutosi per interpretare concetti e fenomeni di estensione finita. Un'utile analogia che si utilizza frequentemente è quella descritta dagli scienziati Arthur Eddington e Fred Hoyle nel 1933 e nel 1960, rispettivamente. Questa analogia considera l'espansione dell'Universo alla stregua dell'espansione della superficie di un palloncino che viene gonfiato.

Supponiamo quindi di disegnare sul palloncino con un pennarello una serie di punti, con ogni punto rappresentante una galassia e con la superficie del palloncino che rappresenta lo spazio-tempo. All'istante zero, il palloncino è sgonfio e tutti i punti sono vicini l'uno all'altro. Se potessimo sgonfiare il palloncino all'infinito, ogni punto su di esso avrebbe distanza zero l'uno dall'altro. Gonfiando il palloncino, esso si espande e i vari punti sembrano allontanarsi gli uni dagli altri. Non sono i punti stessi a muoversi, bensì la superficie del palloncino che si espande. Le distanze tra i punti aumentano quindi in maniera simile a come aumentano le distanze tra le galassie a causa non del loro movimento, bensì a causa dell'espansione dell'Universo. Più lontani sono i punti sul palloncino, più velocemente essi si allontanano gli uni dagli altri, proprio come accade per le galassie. Essendo il palloncino simile in ogni suo punto, ovvero omogeneo, non è possibile definire un centro da cui i punti si espandono, ma essi lo fanno in maniera uguale in ogni punto della superficie del palloncino.

Affinché questa analogia sia utile e non causi ancora più confusione, bisogna tenere a mente che la superficie del palloncino è analoga allo spazio tridimensionale in cui noi ci troviamo e che il centro del palloncino non corrisponde a niente di fisico nel mondo reale. Inoltre, essendo il palloncino dotato di una superficie di estensione fisica, in questa analogia esso rappresenta un Universo di estensione finita, mentre gli scienziati non sono ancora sicuri se questo sia il caso anche per il nostro Universo che potrebbe invece essere infinito, cosa che renderebbe ancora meno valida la domanda circa l'esistenza di un punto speciale come il centro.

L'Universo osservabile

Il non sapere se l'Universo è finito o infinito con certezza deriva dal fatto che la luce si muove ad una velocità finita, la cosiddetta velocità della luce, pari a circa 300000 chilometri al secondo, e che quindi ogni osservatore nell'Universo è in grado di vedere solo la luce che proviene dal cosiddetto Universo visibile o osservabile. Quest'ultimo è una regione sferica finita dell'Universo, centrata su di un ipotetico osservatore, che contiene tutta la materia che può essere osservata, avendo la luce avuto il tempo di raggiungere l'osservatore in questione dall'inizio dell'espansione dell'Universo.

L'esistenza di un Universo osservabile dà all'osservatore l'impressione che egli sia al centro dell'Universo, poiché osserva tutti gli oggetti allontanarsi in ogni direzione con una velocità proporzionale alla loro distanza. Se prendessimo due diversi osservatori, uno sulla Terra e uno su un ipotetico pianeta nella galassia di Andromeda, essi si troverebbero al centro di due diversi universi osservabili, ma entrambi sperimenterebbero l'effetto apparente di essere al centro dell'Universo poiché osserverebbero ogni altro oggetto allontanarsi da loro in ogni possibile direzione.