Geometria dell'universo e co.

[edo44]

Avrei una domanda riguardante credo la geometria dell'universo e le sue implicazioni pratiche.

Se ipoteticamente mi teletrasportassi a 13,5 miliardi di anni luce da dove sono ora, in un altro pianeta in un altro sistema stellare, mi troverei a non poter vedere la terra. Però la terra del sistema solare in questo istante esiste, solo reciprocamente non possiamo né vederci né contattarci.

A questo punto mi chiedo, che panorama stellare avrò in questo nuovo pianeta a 13,5 miliardi di anni luce dalla terra? Vedrò altre galassie che dalla terra non potrò mai vedere suppongo. E il pianeta che sta a 13,5 miliardi di anni luce da questo mio pianeta ma al doppio della distanza dalla terra? E quello a 40,5 anni luce dalla terra? Quello a 54?

[Red Hanuman]

Adesso ho poco tempo... Comunque, la tua domanda riguarda la cosiddetta "sfera di Hubble". Se spulci tra gli articoli di Enzo, troverai tutto quello che ti serve. Se c'è qualcosa che non ti è chiaro, chiedi pure....;)

[Enrico Corsaro]

Avrei una domanda riguardante credo la geometria dell'universo e le sue implicazioni pratiche.

Se ipoteticamente mi teletrasportassi a 13,5 miliardi di anni luce da dove sono ora, in un altro pianeta in un altro sistema stellare, mi troverei a non poter vedere la terra. Però la terra del sistema solare in questo istante esiste, solo reciprocamente non possiamo né vederci né contattarci.

A questo punto mi chiedo, che panorama stellare avrò in questo nuovo pianeta a 13,5 miliardi di anni luce dalla terra? Vedrò altre galassie che dalla terra non potrò mai vedere suppongo. E il pianeta che sta a 13,5 miliardi di anni luce da questo mio pianeta ma al doppio della distanza dalla terra? E quello a 40,5 anni luce dalla terra? Quello a 54?

Ciao!
Provo a risponderti sulla base della mia conoscenza dell'argomento.
Il caso che riporti è corretto, ed è un problema ben noto in ambito cosmologico tipicamente riferito come problema della connessione causale dello spazio-tempo. Ciò di cui abbiamo conoscenza dell'Universo deriva essenzialmente dalle osservazioni che possiamo condurre. Le osservazioni sono limitate dal fatto che la luce ha una velocità finita, se pur molto grande. Perchè tutto ciò? Perchè l'universo ha subito, pare, una fase inflazionaria nei suoi primi istanti di vita, ovvero una fase di espansione accelerata che nemmeno la velocità della luce ha potuto compensare. Questo ha fatto si che regioni distinte dell'Universo non hanno, ad oggi, ancora avuto modo di comunicare tra loro tramite raggi luminosi. Tra l'altro, l'Universo è in continua espansione, e pure accelerata, per cui i raggi luminosi devono viaggiare piu' a lungo per coprire distanze che aumentano con l'avanzare dello stesso tempo.

Le dimensioni dell'Universo così come lo interpretiamo ad oggi sono di circa 4.2 Gpc (da un estremo all'altro), vale a dire 4.2 x 10^9 x 3 x 10^16 metri, ovvero circa 13.7 miliardi di anni luce.

Rispondere alla tua domanda non è possibile in maniera definita e univoca, perchè tutto dipende dalla posizione che ha questo ipotetico pianeta nello spazio circostante. In ogni caso, lo scenario che vedrebbe un pianeta ipotetico che non riusciamo ad osservare non sarebbe molto diverso da ciò che vediamo noi, solo spazialmente molto distante, in un'altra regione dell'Universo non connessa causalmente con la nostra. Le distanze tra gli oggetti nell'Universo non sono comunque infinite, ma c'è un limite dettato dall'età stessa dell'Universo, al di là del quale non riusciamo piu' a vedere nulla anche avendo i mezzi. Inoltre, devi tenere conto del fatto che piu' in la' osservi nello spazio, piu' indietro osservi nel tempo e pertanto non troverai piu' alle distanze che menzioni pianeti e stelle, ma solo quasar o oggetti primordiali come buchi neri supermassicci o super stelle. Quindi è anche possibile che dove osservi ci sia adesso un pianeta, ma non lo sai perchè vedi una luce di molti miliardi di anni fa. Viceversa, chi ci osserva da così lontano, non potrà neanche vederci perchè la luce che arriva a lui gli mostrerebbe ciò che c'era al posto nostro miliardi di anni prima (neanche il Sole esisteva piu' di 5 miliardi di anni fa!).

Mi rendo conto che il tutto non sia semplice da visualizzare, ma se ci rifletti un attimo capirai che non è fisicamente possibile osservarsi reciprocamente a distanze già comparabili all'età dello stesso Universo, per motivi prettamente pratici che ti ho menzionato. Oltre a ciò devi anche aggiungere che l'Universo è in espansione accelerata e che ha subito una inflazione nei primi istanti, facendo si che non si riescano ad osservare delle sue zone che altrimenti avremmo potuto vedere. Il limite ultimo di distanza sarebbe dettato dall'età dell'Universo pari a circa 13,7 miliardi di anni, secondo il modello standard basato su WMAP (qualche anno fa), ma è un valore sempre da prendere con le pinze, ed è comunque una estrapolazione e non un dato diretto. Non potrai mai osservare dunque oggetti posti a 40 miliardi di anni luce, semplicemente perchè l'Universo così come lo abbiamo concepito, neanche esisteva 40 miliardi di anni fa.

[edo44]

La domanda che mi pongo è: considerando lo stesso istante, io terrestre vedo il mio panorama sferico così come un alieno ai margini del mio panorama (13,5 a.l.) vedrà il suo. E fin qui ci siamo, credo. Dal momento che le nostre conoscenze attuali ci dicono che l'universo è finito, cosa succede se continuo a fare questo ragionamento ai margini del visibile di ogni panorama (di ogni sfera successiva) spingendomi dove noi terrestri non potremo mai vedere?

Ulteriori fonti per la discussione:
http://www.astronomia.com/2013/01/05/ancora-sulla-sfera-di-hubble/

Se guardiamo l’Universo Osservabile, ci rendiamo conto di questo fatto, dato che ormai, OGGI, sono arrivati a distanze mostruosamente più grandi del raggio della sfera di Hubble. Oggi, infatti, le galassie più lontane che riusciamo a vedere si trovano a 42 miliardi di anni luce, mentre la sfera di Hubble ha un raggio di solo 14 miliardi di anni luce.

Non confondiamoci, però. Al di là di esso esiste ancora Universo, anzi la maggior parte, ma esso è vietato alla nostra osservazione e non certo per carenze tecnologiche.

[Enrico Corsaro]

La domanda che mi pongo è: considerando lo stesso istante, io terrestre vedo il mio panorama sferico così come un alieno ai margini del mio panorama (13,5 a.l.) vedrà il suo. E fin qui ci siamo, credo. Dal momento che le nostre conoscenze attuali ci dicono che l'universo è finito, cosa succede se continuo a fare questo ragionamento ai margini del visibile di ogni panorama (di ogni sfera successiva) spingendomi dove noi terrestri non potremo mai vedere?

Ulteriori fonti per la discussione:
http://www.astronomia.com/2013/01/05/ancora-sulla-sfera-di-hubble/

E' un problema interessante e su cui si può discutere a lungo in effetti, anche se purtroppo si può solo parlare di stime di dimensioni reali. Nella fattispecie non sappiamo quanto effettivamente sia grande e tutto rimane ad oggi estremamente dipendente dal tipo di modello utilizzato per ottenere l'età dell'Universo. Come ti ho già scritto prima, gli scenari che ti ritroveresti a vedere sarebbero sempre similari...vale a dire galassie, stelle, così come noi li vediamo da qui, anche se ovviamente sarebbero diversi, semplicemente perchè cambia la tua posizione all'interno dell'Universo. Non esiste un bordo, se è questo che magari intendi sapere, dove vedi uno scenario diverso dagli altri. Questo perchè noi viviamo dentro un Universo a 4 dimensioni, di cui 3 spaziali, e non possiamo visivamente riscontrare alcun limite ultimo in esso (è una ipersfera a 4 dimensioni, e non puoi trovare alcun limite vivendo in essa, così come per analogia non può trovare un bordo che denota un limite chi ipoteticamente vivesse sulla superficie di una sfera, quindi in 2 dimensioni, pensa ad esempio ad un uomo che cammina sulla superficie della Terra, potrebbe farlo all'infinito senza mai trovare una barriera).
Uno dei principi cardine della cosmologia moderna asserisce che l'universo sia isotropo e omogeneo almeno su una scala arbitrariamente grande (principio cosmologico), il che ci garantisce (sempre sotto assunzione) che nessun punto di osservazione al suo interno sia privilegiato rispetto ad altri. Questo dovrebbe rispondere alla tua domanda.

[edo44]

mmm ma non era piatta la geometria dell'universo?

[Red Hanuman]

In effetti, per quanto osservabile, l'universo ha una geometria a curvatura prossima allo zero, quindi piatta ed euclidea. Però non è detto, perché l'incertezza nelle misurazioni è tale da lasciare margini per avere un universo a curvatura sferica o iperbolica. Attenzione: non è che l'universo sia una sfera o un'iperbole, ma è solo la sua curvatura che ha ad avere quelle caratteristiche. La curvatura, poi, poterebbe segnare il destino stesso dell'universo: chiusura su se stesso (big crunch), espansione limitata, oppure espansione infinita (big rip). A sua volta, la curvatura dello spazio dipende dalla densità media della materia presente in esso.
Infine, non sappiamo ancora se l'universo è uno spazio infinito, nel vero senso della parola, o compatto (infinito, ma come la superficie di una sfera); né sappiamo se è connesso oppure no (se ha o no dei "buchi" come il groviera)...
In sostanza, è un bel problema ancora aperto.

Leggi QUI (http://it.wikipedia.org/wiki/Forma_dell'universo) e QUI (http://it.wikipedia.org/wiki/Modello_di_Friedmann), o spulcia il portale. Tra gli articoli di Enzo trovi tutto....;)

[Enrico Corsaro]

Si come ti ha detto Red, dal modello standard la geometria (cioè la curvatura dello spazio-tempo) e' all'incirca piatta. Con un modello cosmologico alternativo ad es. io trovai una geometria sferica (quindi chiusa). Purtroppo però non bisogna confondere la geometria dello spazio-tempo con lo spazio fisico stesso, cioè quello che viviamo e percepiamo intorno a noi. La geometria e' un concetto di base matematico e astratto che ci permette di capire le deflessioni dei raggi luminosi che si propagano all'interno dell'Universo stesso. Quindi il fatto che sia piatta la geometria implica che i raggi di luce si propaghino in linea retta. La geometria non è fisica di per se, ma possiamo assumere che caratterizza le proprietà dello spazio-tempo per chi vive al suo interno e dunque non è da confondere con lo spazio fisico dove noi viviamo (che come ti dicevo e' tridimensionale).

[Enrico Corsaro]

Infine, non sappiamo ancora se l'universo è uno spazio infinito, nel vero senso della parola, o compatto (infinito, ma come la superficie di una sfera); né sappiamo se è connesso oppure no (se ha o no dei "buchi" come il groviera)...
In sostanza, è un bel problema ancora aperto.


Purtroppo ci dobbiamo pur sempre basare su delle assunzioni. Attualmente non c'è un motivo particolar per pensare che l'Universo abbia punti non connessi. Una diretta conseguenza di questo è che comunque la cosmologia del modello standard si basa sul principio cosmologico, che di per sè è una assunzione piuttosto forte. Se il principio cosmologico crollasse, crollerebbe anche tutto il modello standard...quindi saremmo in un bel guaio :meh:.
Riguardo all'infinito o compatto rimane attualmente l'idea del Big Bang, che implicherebbe che questo nostro Universo si sia originato da una singolarità iniziale, per poi man mano espandersi col tempo, per cui secondo l'idea attuale che si ha non dovrebbe essere infinito nel vero senso della parola...ma al solito, il Big Bang è una estrapolazione, non si ha la certezza che sia così, anche se diversi elementi osservativi sembrano supportarlo.
Spero comunque le missioni future ci aiutino a capirci un pò di piu', la cosmologia è davvero la frontiera ultima della nostra conoscenza del macrocosmo e come tale deve essere presa con le dovute cautele.