La temperatura dell'universo durante il Big Bang

La teoria del big bang sull'origine dell'universo è un risultato logico della scoperta dell'astronomo Edwin Hubble che l'universo si sta espandendo. Se l'espansione potesse essere invertita, l'intero universo, ad un certo punto nel tempo, si contrarrebbe in un unico punto nello spazio. Gli scienziati hanno dedotto le condizioni e la temperatura dell'universo in un momento infinitamente vicino a questa singolarità sulla base delle osservazioni dell'universo attuale.

Una singolarità è una regione dello spazio-tempo in cui la materia è frantumata così strettamente che le leggi gravitazionali spiegate dalla relatività generale si rompono. In una singolarità, il volume dello spazio è zero e la sua densità è infinita. Un altro modo per dire questo è che la curvatura dello spazio-tempo è infinita. Gli scienziati ritengono che tale singolarità esista al centro di un buco nero, che si verifica quando un sole super-massiccio raggiunge la fine della sua vita e implode. La relatività generale richiede anche che tale singolarità debba esistere all'inizio di un universo in espansione.

Il big bang è l'istante in cui la singolarità primordiale è diventata l'universo. Sulla base delle osservazioni di oggetti distanti e delle misurazioni della radiazione cosmica di fondo, gli scienziati hanno dedotto la temperatura al tempo di Planck, che è 10 milioni di trilioni di trilioni di trilionesimi di un secondo. In quell'istante, la temperatura era di 100 milioni di trilioni di trilioni di kelvin (180 milioni di trilioni di trilioni di gradi Fahrenheit). L'universo ha subito un periodo di espansione accelerata che si è concluso ben prima che fosse trascorso un secondo. A questo punto, si era raffreddato a una temperatura di 100 miliardi di kelvin (180 miliardi di gradi Fahrenheit).

Circa un secondo dopo il big bang, l'universo era circa 400.000 volte più denso dell'acqua e la temperatura era di 10 miliardi di kelvin. La materia consisteva principalmente di protoni e neutroni. Dopo 13,8 secondi, la temperatura era scesa a 3 miliardi di kelvin e tre minuti e 45 secondi dopo era scesa a 1 miliardo di kelvin. A questo punto i neutroni ei protoni iniziarono a formare nuclei di elio. I primi atomi non si sono formati fino a 700.000 anni dopo il big bang. A quel punto, la temperatura era scesa a diverse migliaia di kelvin, il che era abbastanza freddo da consentire a protoni ed elettroni di formare atomi di idrogeno.

Oltre alla scoperta di Hubble che l'universo si sta espandendo, che ha portato in primo luogo allo sviluppo della teoria del big bang, ci sono altre due ragioni per accettare la teoria. Uno è che prevede che l'elio formatosi al momento del big bang dovrebbe rappresentare il 25% della massa dell'universo, che è ciò che osservano gli astrofisici. L'altro è che predice che la temperatura della radiazione cosmica di fondo -- la bagliore residuo del big bang -- dovrebbe essere 3 gradi sopra lo zero assoluto, e anche le osservazioni lo hanno fatto confermato questo.