Domanda
Come è possibile che la luce di stelle distanti miliardi di anni luce dalla terra ci abbia raggiunto se la terra ha solo migliaia di anni?
Risposta
Un anno luce è la distanza massima che la luce può percorrere in un anno nel vuoto dello spazio. Di conseguenza, la luce impiega miliardi di anni per percorrere miliardi di anni luce nello spazio. Dal nostro punto di osservazione qui sulla Terra possiamo vedere la luce di stelle distanti miliardi di anni luce. È quindi ragionevole supporre che il nostro universo abbia almeno miliardi di anni, abbastanza per dare alla luce di queste stelle il tempo necessario per raggiungere il nostro pianeta, distante miliardi di anni luce.
Questa ragionevole ipotesi contraddice la prospettiva della Terra giovane (YE), che sostiene che l'universo abbia meno di 10.000 anni. Se non ci fosse una forte argomentazione scientifica a favore della prospettiva YE, questa contraddizione non meriterebbe una seconda riflessione. Tuttavia, il crescente numero di prove a sostegno della prospettiva YE è abbastanza consistente da giustificare un'indagine ponderata per capire se questa apparente contraddizione possa essere risolta in modo ragionevole. E così ci poniamo la domanda: Come può la luce di stelle distanti miliardi di anni luce raggiungere la Terra in poche migliaia di anni?
Dilatazione temporale gravitazionale
Secondo Albert Einstein, lo spazio non è il "nulla" vuoto che la maggior parte di noi percepisce come tale. È pieno di quello che Einstein chiamava etere. Dictionary.com definisce l'etere come "un mezzo onnipervadente, infinitamente elastico e privo di massa". Tutto ciò che esiste entro i confini del nostro universo lo fa all'interno di questo mezzo privo di massa.
Come nota il sito dictionary.com, l'etere è infinitamente elastico. Può essere allungato e distorto. Per visualizzarlo, immaginate un tessuto ben teso. Questo è l'etere. Ora immaginate di far cadere una palla pesante (come una palla da bowling) sul tessuto, proprio al centro. In questo modo il panno si affloscia al centro. La palla pesante rappresenta la materia densa, come il nostro pianeta. Einstein credeva che la materia provocasse un abbassamento dello spazio, proprio come la palla pesante provoca l'abbassamento del tessuto teso. Questi avvallamenti nello spazio sono noti come pozzi gravitazionali.
Ora, se insieme alla palla pesante mettessimo sul telo anche delle palline più piccole e leggere (come le biglie), queste rotolerebbero verso il centro, nell'avvallamento causato dalla palla pesante. Inoltre, contribuirebbero all'abbassamento complessivo del telo, anche se di poco. Questo movimento verso il centro rappresenta la gravità. Secondo la visione di Einstein della gravità, se le forme di materia più piccole e leggere sono abbastanza vicine, possono essere attirate nei pozzi gravitazionali delle forme di materia più grandi e più dense. Sebbene ognuna di esse crei il proprio abbassamento nello spazio, alcuni pozzi gravitazionali sono più profondi e più influenti di altri (cioè generano una forza gravitazionale più forte). Una cosa hanno in comune: distorcono il tempo.
Negli anni '60, i fisici Robert Pound e Glen Rebka hanno confermato sperimentalmente una conseguenza teorica delle teorie della relatività di Einstein, chiamata Effetto di dilatazione temporale gravitazionale (GTDE). Pound e Rebka sono riusciti a dimostrare che il tempo passa più lentamente per gli oggetti quanto più si allontanano da un pozzo gravitazionale. Ad esempio, i satelliti del Global Positioning System (GPS) sono più lontani dalla Terra rispetto agli oggetti sulla superficie del pianeta e sono quindi meno immersi nel pozzo gravitazionale causato dalla massa terrestre. Il risultato è che il tempo passa un po' più velocemente per i nostri satelliti GPS che per noi qui sulla superficie, poiché siamo più in profondità nel pozzo gravitazionale terrestre. Gli orologi atomici a bordo dei satelliti e qui sulla Terra sono stati utilizzati per rilevare e misurare questa differenza nella velocità di passaggio del tempo.
Allo stesso modo, un orologio atomico a Greenwich, in Inghilterra (al livello del mare), registra un tempo più lento rispetto all'orologio atomico di Boulder, in Colorado (a 5.430 piedi sul livello del mare). A queste differenze altitudinali relativamente piccole, l'effetto misurabile è minore. L'effetto nel cosmo può essere molto più drammatico. Più profondo è un pozzo gravitazionale, più forte è la GTDE. In effetti, secondo la Relatività Generale, il tempo si ferma al confine di un buco nero, un'area nota agli scienziati come "orizzonte degli eventi", dove la gravità è così intensa che nemmeno la luce può sfuggire (da qui il nome "buco nero").
Ora, mettiamo da parte la GTDE per un momento e consideriamo un altro importante fenomeno astronomico: i redshift stellari. Il redshift è un fenomeno di effetto Doppler per cui le lunghezze d'onda delle radiazioni (come quelle della luce stellare) si allungano quando si allontanano da un osservatore. Il consenso generale tra gli astronomi è che i redshift stellari osservati indicano che l'universo si sta espandendo (legge di Hubble). Estrapolando questa espansione all'indietro, risulta evidente che l'universo primordiale era in qualche modo più denso e compatto di quello attuale.
In un universo delimitato in cui la materia ha un centro e un bordo, la compressione della materia descritta sopra servirebbe ad approfondire il pozzo gravitazionale causato dalla massa combinata dell'universo. Questo intensificherebbe la GTDE, facendo sì che il tempo passi molto più lentamente vicino al centro dell'universo (più in profondità nel pozzo) che vicino al suo bordo (più vicino alla superficie del pozzo).
L'implicazione è paradossale: anche se l'intero universo è stato creato tutto in una volta all'inizio (e dovrebbe quindi avere la stessa età), alcune parti possono essere sostanzialmente più giovani di altre a causa della natura relativistica del tempo. La luce potrebbe percorrere miliardi di anni luce per miliardi di anni in alcune parti dell'universo in quello che noi sulla Terra percepiremmo come un periodo di tempo molto più breve. Man mano che l'universo si espande e la materia si diffonde nello spazio, il pozzo gravitazionale universale si uniforma gradualmente, riducendo il tasso di differenza temporale nell'universo.
Molti astrofisici e astronomi rifiutano l'idea di un universo delimitato con la nostra galassia, la Via Lattea, vicina o al centro. Ma questo è un presupposto filosofico, non una conclusione scientifica fondata su dati empirici. Come ha spiegato candidamente il dottor George F. R. Ellis, astrofisico di fama mondiale, "le persone devono essere consapevoli che esiste una gamma di modelli che potrebbero spiegare le osservazioni. Per esempio, posso costruirvi un universo a simmetria sferica con la Terra al centro e non potete confutarlo sulla base delle osservazioni... potete solo escluderlo per motivi filosofici. A mio avviso non c'è assolutamente nulla di sbagliato in questo. Quello che voglio portare alla luce del sole è il fatto che stiamo usando criteri filosofici nella scelta dei nostri modelli. Molta cosmologia cerca di nasconderlo". (W. Wayt Gibbs, "Profilo: George F. R. Ellis", Scientific American, ottobre 1995, vol. 273, n. 4, p. 55)
In sintesi, l'effetto di dilatazione temporale gravitazionale è una soluzione teorica al problema dell'YE della luce delle stelle lontane che, sorprendentemente, riconcilia le prove di una Terra giovane con quelle di un universo vecchio. Molti astrofisici e astronomi rifiutano una delle principali supposizioni fondamentali su cui poggia la spiegazione del GTDE (un universo delimitato con la Via Lattea al centro o quasi), non per i dati osservabili ma per le loro prospettive filosofiche.
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Come è possibile che la luce di stelle distanti miliardi di anni luce dalla terra ci abbia raggiunto se la terra ha solo migliaia di anni?
