L'origine e l'evoluzione dell'Universo

Secondo la teoria del Big Bang l'evoluzione del cosmo si è svolta in questo modo:

1. Istante zero ( t=0 ). Tutto lo spazio era concentrato in un punto ad elevata densità, a temperature estremamente elevate. La materia si presentava sotto forma di energia. Con l'esplosione della singolarità ( Big Bang ) lo spazio cominciò a espandersi.
2. Tempo di Planck ( t=10^-43 sec ). Dopo 10^-43 secondi dal Big Bang la temperatura del cosmo scese a 10³² K. La materia non esisteva ancora e il cosmo era composto soltanto da energia.

   Il tempo di Planck è l'intervallo di tempo più piccolo considerabile in fisica.

3. Rottura di simmetria ( t=10^-36 sec ) e la nascita dei quark. Dopo 10^-36 secondi dal Big Bang si verificò la rottura di simmetria delle particelle. L'Universo non si espandeva più in modo simmetrico e la temperatura scese a 10²⁷ K. Si formarono i quark ossia i mattoncini delle particelle subatomiche.
4. La nascita dei protoni e dei neutroni. L'Universo si raffreddò ulteriormente a 10¹³ K e i quark si unirono tra loro, formando i protoni e i neutroni, ossia le particelle subatomiche fondamentali del nucleo atomico.
   
5. Si formarono gli adroni, i leptoni e i fotoni ( t=10^-3 sec ). Negli istanti successivi, prima che sia passato 10^-3 secondi (1/100 secondo) dopo il Big Bang, si formarono gli adroni ossia le particelle a cui si deve l'interazione nucleare forte e la coesione del nucleo atomico. Contemporaneamente nacquero anche i leptoni ( elettroni, tauoni, muoni ) e i fotoni. L'Universo produsse sia particelle che antiparticelle che annichilirono reciprocamente l'una con l'altra sprigionando energia e altri fotoni. Alla fine prevalsero le particelle ( materia ) sulle antiparticelle ( antimateria ).
   
6. Nei primi minuti dopo il Big Bang si formarono i primi atomi di deuterio ed elio. Si trattava comunque di atomi instabili perché l'elevata temperatura ( circa 10⁹ K ) caricava i fotoni di un'energia talmente elevata da spezzare il nucleo atomico ( vedi stabilità dell'atomo ) e interagire con gli elettroni facendoli uscire fuori dalle orbite.
   
7. Nei primi anni dopo il Big Bang si formarono i primi atomi stabili. L'espansione del cosmo ridusse la densità dello spazio e l'Universo divenne più freddo ( circa 6·10³ K ). I fotoni erano ormai troppo deboli per interagire con gli elettroni in orbita intorno agli atomi. Pertanto, gli atomi riuscirono a mantenere la propria forma stabile e neutra. La materia e l'energia si divisero tra loro dando origine alla radiazione cosmica di fondo.
   
8. Dopo diversi milioni di anni nacquero le prime stelle. Gli atomi di idrogeno interagirono tra loro tramite la forza gravitazionale formando delle nebulose. Nei punti di maggiore gravità si innescò la reazione a fusione nucleare tra gli atomi di idrogeno dando vita alle prime stelle. L'Universo era uscito dalla "dark age" ( era buia ).
   
9. Alla fine nacquero le prime galassie. Nel corso del tempo le stelle si avvicinarono spinte dalla forza gravitazionale e si formarono i primi ammassi di stelle e galassie. Le prime galassie dell'Universo erano molto più vicine tra loro rispetto a oggi perché l'Universo era meno esteso ossia lo spazio era più denso.

Qual è la temperatura dell'Universo attuale? Oggi la temperatura del cosmo è stimata intorno ai 3 K. E' molto più freddo e tende a raffreddarsi sempre di più a causa dell'espansione accelerata dell'Universo ( inflazione ).