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Teorie cosmologiche attraverso la storia

“Cosmo” è solo un’altra parola per l’ universo , e “cosmologia” è lo studio dell’origine, dell’evoluzione e del destino dell’universo . Alcune delle migliori menti della storia – sia filosofi che scienziati – si sono applicate alla comprensione di ciò che l’ universo è e da dove proviene, suggerendo nel processo una sconcertante varietà di teorie e idee, dall’Uovo Cosmico al Grande Bang e oltre. Ecco alcuni dei principali, in ordine cronologico approssimativo:

    • Universo Brahmanda (Cosmic Egg) – L’Hindu Rigveda, scritto in India intorno al XV-XII secolo aC, descrive un universo ciclico o oscillante in cui un “uovo cosmico”, o Brahmanda, contiene l’intero universo (incluso il Sole, la Luna, pianeti e tutto lo spazio) si espande da un singolo punto concentrato chiamato Bindu, per poi successivamente collassare di nuovo. L’ universo scorre infinitamente tra espansione e collasso totale.
    • Universo anassagoriano – Il V secolo aC Il filosofo greco Anassagora credeva che lo stato originale del cosmo fosse una miscela primordiale di tutti i suoi ingredienti che esistevano in frammenti infinitamente piccoli di se stessi. Questa miscela non era del tutto uniforme e alcuni ingredienti erano presenti in concentrazioni più elevate di altri, oltre a variare da un posto all’altro. Ad un certo punto nel tempo, questa miscela è stata messa in moto dall’azione di “nous” (mente), e il movimento vorticoso ha spostato e separato gli ingredienti, producendo infine il cosmo di oggetti materiali separati, tutti con proprietà diverse, che noi vedi oggi
    • Universo atomico – Più tardi nel 5 ° secolo aC, i filosofi greci Leucippo e Democrito fondarono la scuola di Atomismo, che sosteneva che l’ universo era composto da blocchi di costruzione molto piccoli, indivisibili e indistruttibili noti come atomi (dal greco “atomos”, che significa “indivisibile”). Tutta la realtà e tutti gli oggetti nell’universo sono composti da diverse disposizioni di questi atomi eterni e un vuoto infinito, in cui formano diverse combinazioni e forme.
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Universo geocentrico di Aristotele e Tolomeo
    • Universo aristotelico – Il filosofo greco Aristotele, nel IV secolo aC, istituì un universo geocentrico in cui la Terra sferica e fissa è al centro, circondata da sfere concentriche celesti di pianeti e stelle . Sebbene credesse che l’ universo fosse di dimensioni finite, ha sottolineato che esiste invariato e statico per tutta l’eternità. Aristotele stabilì definitivamente i quattro elementi classici del fuoco, dell’aria, della terra e dell’acqua, che furono agiti da due forze, la gravità (la tendenza della terra e dell’acqua a affondare) e la leggerezza (la tendenza dell’aria e del fuoco a salire). In seguito ha aggiunto un quinto elemento , etere, per descrivere il vuoto che riempie l’ universo sopra la sfera terrestre.
    • Universo stoico – I filosofi stoici dell’antica Grecia (III secolo aC e successivi) credevano in una specie di universo isolano in cui un cosmo finito è circondato da un vuoto infinito (non dissimile in linea di principio da una galassia ). Sostenevano che il cosmo è in uno stato costante di flusso e pulsa di dimensioni e periodicamente passa attraverso sconvolgimenti e conflagrazioni. Nella visione stoica, l’ universo è come un gigantesco corpo vivente, con la sua parte principale come le stelle e il sole, ma in cui tutte le parti sono interconnesse, in modo che ciò che accade in un punto influisce su ciò che accade altrove. Avevano anche una visione ciclica della storia, in cui il mondo era un tempo fuoco puro e sarebbe diventato di nuovo fuoco (un’idea presa in prestito da Eraclito).
    • Universo eliocentrico – Il terzo secolo aC L’astronomo e matematico greco Aristarco di Samo fu il primo a presentare un argomento esplicito per un modello eliocentrico del Sistema Solare, ponendo il Sole, non la Terra, al centro dell’universo conosciuto . Descriveva la Terra come ruotante ogni giorno sul suo asse e girava ogni anno attorno al Sole in un’orbita circolare, insieme a una sfera di stelle fisse. Le sue idee furono generalmente rigettate in favore delle teorie geocentriche di Aristotele e Tolomeo fino a quando non furono ripristinate con successo quasi 1800 anni dopo da Copernico. Tuttavia, c’erano delle eccezioni: Seleuco di Seleucia, che visse circa un secolo dopo Aristarco, sostenne le sue teorie e usò le maree per spiegare l’eliocentrismo e l’influenza della Luna; l’astronomo e matematico indiano Aryabhata descrisse orbite ellittiche attorno al Sole alla fine del V secolo DC; come fece l’astronomo musulmano Ja’far ibn Muhammad Abu Ma’shar al-Balkhi nel IX secolo.
    • Universo tolemaico – II secolo dC Matematico e astronomo romano-egizio Tolomeo (Claudio Tolomeo) ha descritto un modello geocentrico largamente basato su idee aristoteliche, in cui i pianeti e il resto dell’universo orbita attorno a una Terra stazionaria in epicicli circolari. In termini di longevità, è stato forse il modello cosmologico di maggior successo di tutti i tempi. Le modifiche al sistema tolemaico di base furono suggerite dalla Scuola Maragha Islamica nei secoli XIII, XIV e XV, incluso il primo accurato modello lunare di Ibn al-Shatir, e il rifiuto di una Terra stazionaria in favore di una Terra rotante di Ali Qushji.
    • Universo Abrahamico – Diversi studiosi medievali cristiani, musulmani ed ebrei avanzano l’idea di un universo che è finito nel tempo. Nel 6 ° secolo dC, il filosofo cristiano Giovanni Filopono di Alessandria discusse contro l’antica nozione greca di un passato infinito, e fu forse il primo commentatore a sostenere che l’ universo è finito nel tempo e quindi ebbe un inizio. I primi teologi musulmani come Al-Kindi (IX secolo) e Al-Ghazali (XI secolo) offrirono argomentazioni logiche a sostegno di un universo finito , come fece il filosofo ebreo del X secolo Saadia Gaon.
    • Universo parzialmente eliocentrico – Nel XV e all’inizio del XVI secolo, Somayaji Nilakantha della scuola di astronomia e matematica del Kerala, nel sud dell’India, sviluppò un sistema computazionale per un modello planetario parzialmente eliocentrico in cui Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno orbitarono il Sole, che a sua volta orbita attorno alla Terra. Questo era molto simile al sistema ticonico proposto dal nobile danese Tycho Brahe più tardi nel 16 ° secolo come una sorta di ibrido dei modelli tolemaico e copernicano.
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Universo eliocentrico di Copernico
    • Universo copernicano – Nel 1543, l’astronomo e polimatero polacco Nicolao Copernico adattò il modello geocentrico Maragha di Ibn al-Shatir per soddisfare i requisiti dell’antico universo eliocentrico di Aristarco. La sua pubblicazione di una teoria scientifica sull’eliocentrismo, dimostrando che i moti degli oggetti celesti possono essere spiegati senza mettere la Terra a riposo al centro dell’universo, stimolò ulteriori indagini scientifiche e divenne un punto di riferimento nella storia della scienza moderna, a volte conosciuta come la rivoluzione copernicana. Il suo principio copernicano (che la Terra non è in una posizione centrale, particolarmente favorita) e la sua implicazione che i corpi celesti obbediscono a leggi fisiche identiche a quelle sulla Terra, per prima cosa ha stabilito la cosmologia come una scienza piuttosto che come un ramo della metafisica. Nel 1576, l’astronomo inglese Thomas Digges diffuse le idee di Copernico e le estese anche posando l’esistenza di una moltitudine di stelle che si estendevano all’infinito, piuttosto che la stretta banda di stelle fisse di Copernico . Il filosofo italiano Giordano Bruno portò il Principio di Copernico ulteriormente nel 1584, suggerendo che anche il Sistema Solare non è il centro dell’universo , ma piuttosto una stella relativamente insignificante sistema tra un’infinita moltitudine di altri. Nel 1605, Johannes Kepler apportò ulteriori perfezionamenti abbandonando definitivamente l’ipotesi classica di orbite circolari a favore di orbite ellittiche che potevano spiegare gli strani movimenti apparenti dei pianeti. Il controverso sostegno di Galileo al modello eliocentrico di Copernico all’inizio del XVII secolo fu denunciato dall’Inquisizione, ma contribuì comunque a diffondere l’idea.
    • Cartesiana Vortex Universe – A metà del 17 ° secolo, il filosofo francese René Descartes ha delineato un modello di universo con molte delle caratteristiche di seguito statica, infinito di Newton dell’universo . Ma, secondo Descartes, il vuoto dello spazio non era affatto vuoto, ma era pieno di materia che turbinava in grandi e piccoli vortici. Il suo modello prevedeva un sistema di enormi vortici mulinanti di materia eterea o sottile , producendo quelli che in seguito sarebbero stati chiamati effetti gravitazionali .
    • Statico (o Newtoniano) Universo – Nel 1687, Sir Isaac Newton pubblicò i suoi “Principia”, che descrivevano, tra le altre cose, un universo statico, stabile, infinito che persino Einstein , all’inizio del XX secolo, prese come dato (a almeno fino a quando gli eventi non hanno dimostrato il contrario). A Newton universo , la materia su larga scala è distribuito uniformemente, e l’ universo è gravitazionalmente equilibrata ma essenzialmente instabile.
    • Universo gerarchico e Ipotesi nebulare – Sebbene sia ancora generalmente basato su un universostatico di Newton , la materia in un universo gerarchico è raggruppata su scale di gerarchia ancora più grandi e viene continuamente riciclata. Fu proposto per la prima volta nel 1734 dallo scienziato e filosofo svedese Emanuel Swedenborg, e sviluppato ulteriormente (indipendentemente) da Thomas Wright (1750), Immanuel Kant (1755) e Johann Heinrich Lambert (1761), e un modello simile fu proposto nel 1796 da il francese Pierre-Simon Laplace.
    • Universo di Einstein – Il modello dell’universo assunto da Albert Einstein nella sua rivoluzionaria teoria della gravità all’inizio del XX secolo non era dissimile da quello di Newton, in quanto era un universo statico, dinamicamente stabile che non era né in espansione né in contrazione. Tuttavia, ha dovuto aggiungere una ” costante cosmologica ” alle sue equazioni di relatività generale per neutralizzare gli effetti dinamici della gravità che altrimenti avrebbero causato il collasso dell’universo su se stesso (sebbene in seguito abbia abbandonato quella parte della sua teoria quando Edwin Hubble definitivamente ha mostrato nel 1929 che l’ universo non era in effetti statico).
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The Big Bang e l’espansione dell’universo
    • Modello del Big Bang dell’universo – Dopo la dimostrazione di Hubble dell’universo in continua espansione nel 1929 (e soprattutto dopo la scoperta della radiazione di fondo a microonde cosmica di Arno Penzias e Robert Wilson nel 1965), alcune versioni della teoria del Big Bang sono state generalmente la visione scientifica tradizionale. La teoria descrive l’universo come originato in un punto infinitamente piccolo, infinitamente denso (o singolarità ) tra 13 e 14 miliardi di anni fa, da dove si è espanso da allora. L’affermazione essenziale della teoria è solitamente attribuita al sacerdote e fisico cattolico belga Georges Lemaître nel 1927 (anche prima Hubble ‘s riscontro), anche se una teoria simile era stata proposta, anche se non perseguito, 1922 dal russo Alexander Friedmann nel 1922.Friedmann in realtà sviluppato due modelli di una espansione dell’universo sulla base di Einstein ‘s relatività generale equazioni, una con curvatura positiva o spazio sferico e uno con curvatura negativa o spazio iperbolico.
    • Universo Oscillante – Questo era il modello preferito da Einstein dopo aver rifiutato il suo modello originale negli anni ’30. L’ universo oscillante seguito dal modello di Alexander Friedmann di un universo in espansione basato sulle equazioni di relatività generale per un universo con curvatura positiva (spazio sferico), che si traduce nell’universo che si espande per un tempo e poi si contrae a causa dell’attrazione della sua gravità , in un ciclo perpetuo di Big Bang seguito da Big Crunch . Il tempo è quindi infinito e senza inizio e il paradosso dell’inizio del tempo è evitato.
    • Steady State Universe – Questa cosmologia non standard (cioè opposta al modello standard del Big Bang ) si è verificata in varie versioni poiché la teoria del Big Bang è stata generalmente adottata dalla comunità scientifica. Una variante popolare dell’universo di stato stazionario fu proposta nel 1948 dall’astronomo inglese Fred Hoyle e dagli austriaci Thomas Gold e Hermann Bondi. Ha predetto un universo che si è espanso ma non ha modificato la sua densità , con la materia inserita nell’universo mentre si espandeva per mantenere una densità costante . Nonostante i suoi inconvenienti, questa era un’idea abbastanza popolare fino alla scoperta della radiazione di fondo delle microonde cosmiche nel 1965 che supportava il modello del Big Bang .

 

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Espansione dell’universo osservabile con inflazione
  • Universo inflazionario (o gonfiante) – Nel 1980, il fisico americano Alan Guth propose un modello dell’universo basato sul Big Bang , ma incorporando un breve periodo iniziale di inflazione cosmica esponenziale al fine di risolvere l’orizzonte e i problemi di planarità dello standard Modello del Big Bang . Un’altra variante dell’universo inflazionistico è il modello ciclico sviluppato da Paul Steinhardt e Neil Turok nel 2002, utilizzando la teoria M di ultima generazione, la teoria delle superstringhee la cosmologia delle brane, che coinvolge un universo inflazionario che si espande e si contrae in cicli.
  • Multiverso – Il fisico russo-americano Andrei Linde sviluppò ulteriormente l’idea dell’inflazione dell’universo nel 1983 con la sua caotica teoria dell’inflazione (o inflazione eterna ), che considera il nostro universo solo una delle tante “bolle” che crescevano come parte di un multiverso a causa di un vuoto che non era decaduto fino al suo stato fondamentale. I fisici americani Hugh Everett III e Bryce DeWitt avevano inizialmente sviluppato e reso popolare la loro formulazione “molti mondi” del multiverso negli anni ’60 e ’70. Sono state anche sviluppate versioni alternative dove il nostro universo osservabile è solo una piccola parte organizzata di un cosmo infinitamente grande che è in gran parte in uno stato di caos, o dove il nostro organizzato l’universo è solo un episodio temporaneo in una sequenza infinita di arrangiamenti in gran parte caotici e disorganizzati.

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