Le immagini satellitari mostrano inondazioni estreme nel New Jersey all’indomani dell’uragano Ida

Paul Sutter è un astrofisico presso la Ohio State University e capo scienziato presso il COSI Science Center . Sutter è anche l'ospite dei podcast Ask a This Webman e RealSpace e della serie YouTube This Web In Your Face .

Sappiamo tutti che l'universo si sta espandendo, giusto? Bene, se non lo sapessi, ora lo sei. Viviamo in un universo in espansione: ogni galassia sta volando via da ogni altra galassia. Questo porta naturalmente a una domanda comune: se l'universo si sta espandendo, in cosa si sta espandendo ? Più universo? Niente? Qualcosa che assomigli a una vaga nebbia? Dov'è il bordo della nostra bolla di sapone cosmica?

Bene, il nostro universo ha un vantaggio, se per "nostro universo" intendi l'universo osservabile . La velocità della luce è solo una velocità e l'universo esiste da così tanto tempo (circa 13,77 miliardi di anni), il che significa che solo una parte dell'universo ci è stata rivelata tramite la luce che ha viaggiato per quelle vaste distanze cosmiche. E cosa c'è al di fuori del nostro limite osservabile? Quello è facile: è solo più roba , come galassie e buchi neri e nuove, fantastiche varietà di formaggio. È per sempre irraggiungibile da noi, certo, ma è ancora laggiù . [Il nostro universo in espansione: età, storia e altri fatti]

Dal nostro punto di vista, sembra che siamo al centro di tutto, e ogni singola galassia sta volando via da noi. In modo che, naturalmente, porta alla linea di ragionamento "Ci deve essere un vantaggio". Ma diciamo che sei passato ad Andromeda, il nostro vicino galattico più vicino. Da quel nuovo punto di osservazione, sembra ancora che tu sia al centro dell'universo e tutto stia volando via da te . Ora impazziamo davvero e facciamo finta di poterti teletrasportare nella galassia osservabile più distante, all'estremo limite della nostra portata di osservazione. Indovina un po? Sì, dalla tua posizione sembra che tu sia al centro dell'universo e ogni galassia, inclusa la lontana Via Lattea, stia correndo via da te.

Questo è ciò che intendiamo quando diciamo "L'universo si sta espandendo". Ogni galassia si sta allontanando da ogni altra galassia (con alcune piccole eccezioni dalle fusioni locali, ma questo è l'argomento di un altro articolo).

Ma ci deve essere un limite, giusto? Non è che l'universo sia infinito, giusto? Destra?

Beh, probabilmente no. Sebbene sia molto, molto, molto grande, l'universo non è probabilmente infinitamente grande.

Ma non ha ancora bisogno di un vantaggio.

Pensa di nuovo a saltare da una galassia all'altra. Dalla Via Lattea, l'universo sembra un'enorme bolla di sapone che cresce di dimensioni, con noi al centro. Ma da un'altra galassia, questa bolla universale sembra diversa, perché c'è una galassia diversa al "centro" della bolla. Quello che potremmo essere tentati di chiamare un "dentro" o un "bordo" del nostro universo non ha significato dal nuovo prospettiva. E questo è vero per ogni singola galassia.

Lo ripeto: "Universo in espansione" significa semplicemente che ogni galassia si sta allontanando da ogni altra galassia. Questo è tutto! Nessun bordo. Nessuna bolla. Niente in cui espandersi. La matematica è semplice: l'universo diventa più grande con il tempo. E questo è tutto .

Facciamo un passo indietro. Tutti conoscono quelle analogie comuni usate per descrivere un universo in espansione: le galassie sono come formiche che strisciano su un pallone da spiaggia. Siamo tutti uvetta in una pagnotta. E oh! il pallone da spiaggia si sta gonfiando! Sì! La pagnotta sta lievitando in forno! Questa rete si sta espandendo e le galassie si trascinano con essa! Vedere? Facile!

Quelle analogie superano sicuramente un punto importante: le galassie non volano , non si sparano o si allontanano l'una dall'altra con il valzer . È questo Web sotto di loro che sta facendo tutto il lavoro di espansione; le galassie sono appena arrivate per il giro del tappeto cosmico.

Ma queste analogie portano anche un difetto fatale. Tutti possiamo facilmente immaginare un pallone da spiaggia che si gonfia o una pagnotta che sale, e pensiamo immediatamente che si espandano in qualcosa: aria vuota. Il pallone da spiaggia ha una pelle. La pagnotta ha una crosta deliziosa e croccante. Hanno dei bordi e si stanno muovendo verso qualcosa .

Le nostre menti ci hanno giocato un brutto scherzo e ci stanno ingannando dall'essere completamente sbalorditi da quello che sta succedendo.

Quando usiamo l'analogia delle formiche su un pallone da spiaggia, la prima cosa che la gente dice è: "Perché le formiche?" Non lo so; affrontare. E la seconda cosa che la gente dice è: "Oh, il centro dell'universo è proprio lì, nel mezzo della palla". A quel punto, devo entrare nei limiti dell'analogia: il nostro intero universo è la superficie del pallone da spiaggia. E la superficie della palla non ha centro. Proprio come la superficie della Terra non ha un centro. Avremmo potuto fare i pali ovunque ci piacesse.

Nel modello del pallone da spiaggia, il nostro intero universo è una superficie bidimensionale, piena di formiche idiote che cercano di strisciare l'una verso l'altra ma falliscono perché qualche idiota continua a gonfiarlo. OK, bene, qualunque cosa. Quel modello di universo è bidimensionale, ma nella nostra mente pensiamo immediatamente che si espanda in una terza dimensione, una dimensione a cui le formiche non possono accedere, perché non possono saltare. Ma quella dimensione extra fornisce un "posto" in cui la superficie della palla può espandersi.

Ma il nostro universo reale è tridimensionale. Sebbene la teoria delle stringhe suggerisca che potrebbero esserci dimensioni extra, sono tutte minuscole, quindi non contano. Quindi c'è una quarta dimensione in più che fornisce la "roba" in cui il nostro universo può espandersi?

Forse sì forse no. Ecco il punto: la matematica potrebbe supportare una quarta dimensione in cui il nostro universo 3D può espandersi. E avremmo sicuramente un "bordo" in questa dimensione extra, allo stesso modo in cui puoi indicare il "bordo" di una superficie di un pallone da spiaggia 2D.

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Ma non è necessario .

Non abbiamo bisogno di una quarta dimensione per avvolgere il nostro universo. Abbiamo una descrizione matematica completa e coerente dell'espansione dell'universo utilizzando solo le tre dimensioni normali e quotidiane che conosciamo e amiamo. Ciò significa che possiamo avere un universo in espansione senza bisogno di un vantaggio o di qualcosa in cui espandersi.

Devo ammettere che ho problemi ad avvolgere la mia testa attorno a questo concetto. Ma questo è il bello di usare la matematica per comprendere l'universo: possiamo creare e manipolare concetti che il nostro cervello semplicemente non potrebbe gestire da solo!

Scopri di più ascoltando l'episodio "A cosa serve parlare di scienza?" sul podcast Ask A This Webman, disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e sul web all'indirizzo http://www.askaspaceman.com. Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Sutter @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter .

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