“I primi tre minuti” – L’affascinante storia dell’Universo

Di Steven Weinberg

La storia che Steven Weinberg racconta non può iniziare dall’istante zero e in corrispondenza di una temperatura infinita.Non abbiamo idea di come descrivere in modo affidabile il comportamento dell’universo, quando la sua età era minore di 10 elevato alla meno 43 secondi: ciò che diventò molto grande in quel periodo era molto piccolo, dunque le nostre due principali teorie, relatività e meccanica quantistica, dovevano in qualche modo essere unificate.Ma la fisica non ha ancora trovato una teoria coerente capace di celebrare questo matrimonio.Weinberg sceglie così di cominciare dal primo centesimo di secondo dopo l’inizio, quando la temperatura dell’universo è circa 100 miliardi di gradi Kelvin, una sorta di zuppa in cui materia e radiazione sono mescolate.Si sa adesso che nel corso del primo trilionesimo di secondo l’universo ribolliva di quark (i più piccoli elementi della materia), leptoni (particelle non composte da altre particelle come elettroni, muoni e neutrini) e le loro antiparticelle (carica opposta), tutte interagenti fra loro tramite i bosoni.Fu un’asimmetria a dare il sopravvento della materia sull’antimateria, impedendo che dal loro annichilamento reciproco risultasse un universo di soli fotoni.L’universo continuò a espandersi e raffreddarsi, la quantità di energia disponibile per la creazione spontanea di particelle diminuì.Non era trascorso un secondo e i fotoni non riuscivano quasi più a dar origine a coppie quark-antiquark perché il processo richiedeva troppa energia. Da ogni miliardo di annichilamenti fra quark e antiquark venivano fuori un miliardo di fotoni e un adrone solitario, una particella composta. Tutti gli adroni avrebbero dato origine alle galassie e alle stelle.Dopo il primo secondo, nell’universo che si espande e si raffredda elettroni e positroni si annullano vicendevolmente, sopravvive un elettrone su un miliardo e i fotoni sono ancora di più. Sono passati due minuti e la temperatura è scesa a meno di qualche centinaio di milioni di gradi; i protoni fondendosi con altri protoni e neutroni danno vita ai primi nuclei atomici.Alla fine dei primi tre minuti il materiale residuo era costituito da nuclei di idrogeno e da un 10 per cento di nuclei di elio. Poi a 3 mila gradi Kelvin gli elettroni entrarono nella loro orbita e si formarono i primi atomi.Chi vorrà leggere queste tappe cosmiche ritroverà il senso della sua avventura intellettuale in questa frase: «Lo sforzo di capire l’universo è tra le poche cose che innalzano la vita umana al di sopra del livello di una farsa, conferendole un po’ della dignità di una tragedia».Weinberg ha vinto il Nobel per la fisica nel 1979 con Abdus Salam e Sheldon Glashov, grazie al suo contributo alla teoria dell’interazione elettrodebole, che presenta la forza elettromagnetica e quella nucleare debole come aspetti di una stessa forza che appaiono differenti in certe condizioni fisiche.L’idea di scrivere il libro arrivò alla fine del 1973 e l’opera fu completata nel 1976. A quel tempo, dopo essersi occupato di fisica delle particelle, Weinberg cominciò a riflettere sulle implicazioni cosmologiche.E così I primi tre minuti non è solo una ricostruzione dell’inizio.S’impara molto di più: i comportamenti delle particelle fondamentali, la legge di Hubble, la radiazione di fondo, la teoria del corpo nero, lo spostamento verso il rosso, l’effetto Doppler, gli scenari futuri.