Dal confine dell’universo all’interno di un protone

Tratto dal libro "The zoomable Universe" di Caleb Scharf, un'interessante occhiata da vicino ai fenomeni dell'universo, dalla comparsa delle prime particelle a quella della vita

universo

L’universo osservabile ha un diametro di circa 10 elevato 27 metri di diametro, e si presenta un po’ come la schiuma lasciata in un lavandino o in una vasca da bagno che si svuota. Questa schiuma è composta da una rete tridimensionale di materia oscura e materia luminosa. A risaltare sulla rete sono dense condensazioni di materia che attraverso la gravità ha sopraffatto l’espansione accelerata dello spazio-tempo. Qua e là ci sono superammassi di galassie ampi un trilione di trilioni di metri. All’interno di questi superammassi ci sono ammassi distinti di galassie, pozzi di gravità che ospitano sciami di centinaia, a volte migliaia, di galassie, tutte in orbita, insieme a vaste pozze di gas caldo e materia oscura fredda.

Rispetto alla distanza tra le stelle all’interno delle galassie, la distanza tipica tra le galassie è enorme. Ad esempio, dal centro della nostra Via Lattea al centro di Andromeda, misuriamo una distanza di circa 2,5 × 10 elevato 22 metri.

Cento milioni di anni dopo il Big Bang, si sono formate la prima generazione di stelle e le prime strutture galattiche. Queste prime gigantesche stelle, dopo la loro cataclismatica morte, hanno disseminato lo spazio interstellare di elementi pesanti. Accanto agli esseri viventi, i pianeti possono essere gli oggetti più diversi e complessi dell’universo. Proxima Centauri b, il più vicino esopianeta conosciuto, ad esempio, potrebbe avere cieli pieni di aurore causate dal suo sole, una nana rossa.

La Terra, 4 miliardi di anni fa, era una potente macchina termodinamica, chimica e radioattiva. Un grande numero di fenomeni si sono intrecciati sulla superficie e all’interno del pianeta, e si sono sviluppati nel tempo. Proprietà che diamo per scontate, dal clima ai combustibili fossili, sono la conseguenza di cicli profondi ed eventi fortuiti disseminati in miliardi di anni di evoluzione.

La vita, come la conosciamo attualmente, è costruita attorno all’atomo del carbonio. Gli atomi di carbonio sono come i pezzi in una confezione di Lego e ci consentono di completare progetti ambiziosi. Gli atomi di carbonio sono composti da sei elettroni, quattro dei quali possono essere facilmente attratti dai nuclei di altri atomi e condividere lo spazio con gli elettroni di quegli atomi. In linguaggio quantistico, questi elettroni occupano zone di probabilità spaziale attorno a un atomo di carbonio che consentono all’atomo di associarsi con altri atomi o, in altre parole, di formare legami chimici.

Un tipico nucleo atomico occupa un trilionesimo del volume del suo atomo ma ha il 99,9% della massa. Questo significa che l’universo da una scala di 10 alla 11 metri fino a 10 alla 15 metri è fondamentalmente vuoto.

Le viscere di un protone sono molto più disordinate e ineleganti di quanto ci saremmo potuti aspettare. Sebbene questo oggetto composito contenga semplicemente due quark up e un quark down, questa è solo una parte della storia. Al di sotto della scala di un protone, dobbiamo modificare le nostre precedenti idee basate su una realtà composta da “particelle” e “onde”. A queste scale infinitamente piccole invece, è meglio pensare a ciò che chiameremo “campi” e “quanti” che sono come increspature su uno stagno.

Fonte: https://www.quantamagazine.org/a-tour-of-the-zoomable-universe-by-caleb-scharf-and-ron-miller-20171106/

 

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