Paul Sutter è un astrofisico presso l’Ohio State University e il capo scienziato al COSI Science Center. Sutter è anche ospite dei podcast Ask a Spaceman e RealSpace, e la serie YouTube Space In Your Face.

Sappiamo tutti che l’universo si sta espandendo, giusto? Beh, se non lo sapevi, 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? Altro universo? Niente? Qualcosa che assomiglia a una nebbia vaga? Dov’è il bordo della nostra bolla di sapone cosmica?

Bene, il nostro universo ha un vantaggio-cioè, se per” nostro universo ” intendi l’universo osservabile. La velocità della luce è proprio quella — una velocità — e l’universo è stato in giro solo per così tanto tempo (circa 13,77 miliardi di anni), il che significa che solo tanta parte dell’universo ci è stata rivelata attraverso la luce che ha percorso 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.

Dal nostro punto di vista, sembra che siamo al centro di tutto, e ogni singola galassia sta volando via da noi. Quindi, naturalmente, porta alla linea di ragionamento “Ci deve essere un vantaggio”. Ma diciamo che sei saltato su Andromeda, il nostro vicino galattico più vicino. Da quel nuovo punto di vista, sembra ancora che tu sia al centro dell’universo e tutto sta volando via da te. Ora andiamo davvero pazzi e fingiamo di poterti teletrasportare nella galassia osservabile più lontana, all’estremo limite della nostra portata osservativa. Indovina un po’? Sì, dalla tua posizione, sembra che tu sia al centro dell’universo, e ogni galassia — inclusa la lontana Via Lattea — si sta allontanando 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 e ‘ che l’universo sia infinito, giusto? Giusto?

Beh, probabilmente no. Mentre è 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.. Ciò che potremmo essere tentati di chiamare un “interno” o un “bordo” del nostro universo non ha senso dalla nuova prospettiva. E questo è vero per ogni singola galassia.

Lo dirò di nuovo: “Universo in espansione” significa solo che ogni galassia si sta allontanando più lontano da ogni altra galassia. Ecco fatto! Nessun vantaggio. Niente bolle. Niente in cui espandersi. La matematica è semplice: l’universo diventa più grande con il tempo. E basta.

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 di pane. E oh oh! – il pallone da spiaggia si sta gonfiando! Sì! La pagnotta di pane sta sorgendo nel forno! Lo spazio si sta espandendo e le galassie sono trasportate con esso! Visto? Piano!

Queste analogie certamente attraversano un punto importante: le galassie non volano o sparano o si allontanano l’una dall’altra. E ‘ lo spazio sotto di loro che sta facendo tutto il lavoro di espansione; le galassie sono solo lungo per il giro tappeto cosmico.

Ma queste analogie portano anche un difetto fatale. Tutti possiamo facilmente immaginare un pallone da spiaggia gonfio o una pagnotta in aumento, e pensiamo subito a loro come espandendosi in qualcosa: aria vuota. Il pallone da spiaggia ha una pelle. La pagnotta ha una crosta deliziosa e croccante. Hanno i bordi, e si stanno muovendo in qualcosa.

Le nostre menti hanno giocato un trucco su di noi, e ci sta ingannando dall’essere completamente sbalorditi da quello che sta succedendo.

Quando usiamo l’analogia ants-on-a-beach-ball, la prima cosa che la gente dice è: “Perché le formiche?”Non lo so; affrontalo. 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 saltare con i 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 centro. Avremmo potuto fare i polacchi 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 coglione continua a gonfiarlo. OK, va bene, come vuoi. Quell’universo modello è bidimensionale, ma nell’occhio della nostra mente, pensiamo immediatamente che si espande in una terza dimensione-una dimensione a cui le formiche non possono accedere, perché non possono saltare. Ma quella dimensione extra fornisce un “posto” per la superficie della palla in cui espandersi.

Ma il nostro universo reale è tridimensionale. Mentre la teoria delle stringhe suggerisce che potrebbero esserci dimensioni extra, sono tutte supertiny, quindi quelle non contano. Quindi c’è una quarta dimensione extra che fornisce la “roba” in cui il nostro universo si espanderà?

Forse, forse no. Ecco il punto: La matematica potrebbe supportare una quarta dimensione per il nostro universo 3D per espandersi in. E avremmo sicuramente un ” bordo “in questa dimensione extra, allo stesso modo in cui puoi puntare al” bordo ” di una superficie di pallone da spiaggia 2D.

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 usando solo le normali tre dimensioni che conosciamo e amiamo. Quindi questo significa che possiamo avere un universo in espansione senza bisogno di un bordo o di una cosa in cui espandersi.

Ammetto che ho problemi a girare la testa intorno a questo concetto. Ma questa è la bellezza di usare la matematica per capire l’universo: possiamo creare e manipolare concetti che il nostro cervello semplicemente non potrebbe gestire da soli!

Scopri di più ascoltando l’episodio ” Qual è il punto nel parlare di scienza?”sul podcast Ask A Spaceman, disponibile su iTunes 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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