Espansione metrica dello spazio: differenze tra le versioni
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==Capire l'espansione dello spazio==
{{Doppia immagine verticale|right|Embedded_LambdaCDM_geometry.png|Embedded_LambdaCDM_geometry_(alt_view).png|250|Due immagini di una [[Immersione (matematica)|immersione isometrica]] di una parte dell'[[universo osservabile]], mostrano come un raggio di luce (linea rossa) possa viaggiare una distanza effettiva di 28 miliardi di [[anni luce]] (linea arancione) in soli 13 miliardi di anni [[Cronologia del Big Bang|tempo cosmologico]]. Cliccare l'immagine per avere i [[:Immagine:Embedded LambdaCDM geometry.png#Mathematical details|dettagli matematici]]}}
Lo [[spaziotempo]], su scala cosmologica, è altamente ricurvo e, come risultato, l'espansione dell'universo è inerente alla [[relatività generale]], poiché non può essere compresa con la sola [[relatività speciale]]. Le immagini sulla destra mostrano la geometria su larga scala dell'universo in base al [[modello Lambda-CDM]]. Due dimensioni spaziali sono state omesse, lasciando una dimensione spaziale e una temporale. Il cerchio finale stretto del diagramma corrisponde ad un [[tempo cosmologico]] di 700 milioni di anni dopo il Big Bang; il cerchio superiore più largo rappresenta un tempo cosmologico di 18 miliardi di anni, dove è possibile vedere l'inizio dell'[[Universo in accelerazione|accelerazione dell'espansione]] che domina alla fine di questo modello. Le linee viola rappresentano il tempo cosmologico alla distanza di un miliardo di anni dal Big Bang, mentre le linee azzurre rappresentano la [[distanza comovente]] con un intervallo di un miliardo di anni. La linea marrone nel diagramma è la [[linea universo]] della Terra (o, nei primissimi istanti, della materia che si aggregò per formare la Terra), mentre la linea gialla è la linea universo delle [[quasar]] più distanti conosciute. La linea rossa è un raggio di luce emesso da un quasar all'incirca 13 miliardi di anni fa e che raggiunge la Terra ai nostri giorni. La linea arancione rappresenta la distanza attuale tra il quasar e la Terra, circa 28 miliardi di anni luce.
In base al [[principio di equivalenza]] della [[relatività generale]], le regole della relatività speciale sono localmente valide in porzioni ristrette dello spaziotempo che sono approssimativamente piatte. In particolare, la luce viaggia sempre localmente alla velocità ''c''; nel diagramma precedente, questo vuol dire che i raggi di luce formano localmente un angolo di 45º con le linee della griglia. Questo però non vuol dire che la luce abbia percorso uno spazio pari a ''ct'' in un tempo ''t'', come mostrato dalla linea rossa. Mentre il raggio luminoso viaggia sempre localmente a velocità ''c'', il suo tempo per percorrere la distanza (all'incirca 13 miliardi di anni) non è correlato alla distanza percorsa in qualsiasi modo semplice. Infatti la distanza percorsa è ambigua a causa del cambiamento di scala dell'universo. Tuttavia è possibile individuare due distanze che sembrano fisicamente importanti: la distanza tra la Terra e il quasar quando la luce è emessa e la distanza tra di loro all'epoca attuale. La prima distanza è all'incirca 4 miliardi di anni luce, molto minore di ''ct''. La seconda distanza (mostrata dalla linea arancione) è all'incirca di 28 miliardi di anni, cioè è molto maggiore di ''ct''. Si può notare che la luce impiega più di 4 miliardi di anni per raggiungere la Terra anche se è stata emessa dalla distanza di 4 miliardi di anni luce. Infatti si può vedere nel diagramma che la luce si sta allontanando dalla Terra quando è stata emessa, nel senso che la distanza metrica dalla Terra aumentò con il tempo cosmologico per i primi miliardi di anni del suo viaggio. Nessuno di questi comportamenti proviene da una proprietà dell'espansione metrica, ma proviene semplicemente da un principio locale della relatività generale integrato su una superficie curva.
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L'espansione dello spazio è talvolta descritta come una forza che agisce sugli oggetti e li allontana tra loro. Anche se questa è una descrizione accurata della [[costante cosmologica]], non è un'immagine reale del fenomeno generale di espansione. Per la maggior parte della storia dell'universo, l'espansione è stata causata principalmente dall'[[inerzia]]. La materia nel giovane universo si stava allontanando soprattutto per l'effetto iniziale dell'[[inflazione cosmica]] ed ha continuato a farlo per inerzia, anche se a un ritmo sempre più basso a causa dell'effetto attrattivo della gravità. Oltre al rallentamento dell'espansione, la gravità causò l'addensarsi della materia che generò [[Stella|stelle]] e [[Galassia|galassie]]. Queste stelle e galassie non si allontanarono tra loro successivamente, poiché non vi era presente nessuna forza che permettesse ciò. Non ci sono sostanziali differenze tra l'espansione inerziale dell'universo e la separazione inerziale di oggetti vicini nel vuoto: il primo caso è semplicemente una generalizzazione su larga scala del secondo. Un tipo di espansione locale uniforme della materia può essere descritta localmente dalla [[metrica di Friedmann - Lemaître - Robertson - Walker]], la stessa metrica che descrive l'espansione dell'universo nel suo complesso.
Questa situazione cambia considerando l'introduzione di una costante cosmologica. Questo termine ha l'effetto di una forza repulsiva tra gli oggetti che è proporzionale (non inversamente proporzionale) alla distanza. A differenza dell'inerzia, essa agisce direttamente sugli oggetti legati gravitazionalmente e anche sugli atomi. Tuttavia, questa forza non causa la crescita costante degli oggetti o la loro distruzione; a meno che essi non siano debolmente legati, essi saranno semplicemente portati in uno stato di equilibrio che è leggermente diverso da quello che sarebbe stato altrimenti. Poiché l'universo si espande e la materia si allontana, l'attrazione gravitazionale diminuisce (poiché è proporzionale alla densità), mentre la repulsione dovuta alla costante cosmologica aumenta; quindi il destino ultimo dell'universo descritto dal [[modello Lambda-CDM]] è un'espansione sempre maggiore dovuta alla costante cosmologica. Tuttavia l'unico effetto visibile localmente dell'[[Universo in accelerazione|accelerazione dell'espansione]] è la scomparsa delle galassie più lontane
===Altri modelli di espansione===
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*Lineweaver, Charles H. and Tamara M. Davis, "[http://www.sciam.com/article.cfm?chanID=sa006&colID=1&articleID=0009F0CA-C523-1213-852383414B7F0147 Misconceptions about the Big Bang]", ''[[Scientific American]]'', March 2005.
*Mook, Delo E. and Thomas Vargish. ''Inside Relativity''. Princeton University Press, 1991.
== Voci correlate ==
* [[Big Bang]]
* [[Inflazione cosmica]]
* [[Universo in accelerazione]]
==Altri progetti==
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