l'infinito Universo

Fino agli anni '80, la parola universo era usata per riferirsi all'intero continuum spaziotemporale con tutta la materia e l'energia in esso contenute, definizione che si trova ancora oggi in quasi tutte le moderne enciclopedie non-specializzate. A partire dagli Anni '80, però, una rivoluzione della cosmologia nata ad opera della teoria dell'inflazione ha diviso il significato del termine universo in due aspetti: la parte visibile di tutto ciò che esiste, e tutto ciò che esiste in senso lato.

La più antica idea "moderna" di universo si ha con la scuola pitagorica (Filolao e Aristarco di Samo) che sostenendo un'idea prima solamente "quasi - filo-eliocentrica" - l'idea del Fuoco Centrale - e poi in modo definito eliocentrica (Aristarco), aveva provato a elencare e definire tutti i pianeti. Essa vedeva il cosmo come un disegno perfetto, da qui la parola da loro coniata kosmos, che significa ordine.Durante il XX secolo e fino agli Anni '80, la parola universo era usata per riferirsi all'intero spaziotempo "esistente" con tutta la materia e l'energia in esso contenute. La scienza che cerca di comprendere l'Universo nel suo insieme, alla scala più grande possibile, è la cosmologia, che deriva da studi congiunti della fisica e dell'astronomia. I cosmologi ritenevano che non esistesse ragione scientifica per cui la regione al di fuori del nostro universo visibile dovesse essere diversa da quella all'interno, e l'ammetterlo la si riteneva una violazione al principio copernicano, in quanto si ammetteva che la nostra regione potesse essere atipica, speciale. Dagli Anni '80 in poi, però, la formulazione della teoria dell'inflazione ha portato ad un cambiamento di opinioni tra i cosmologi e ad una divisione del significato del termine "universo" tra i cosmologi osservativi e i cosmologi che si occupano di concetti teorici: i primi si attengono di più al metodo scientifico e considerano solamente quella parte dell'intero che si riesce a vedere; i secondi, basandosi sulla fisica teorica e su alcuni assunti ricavabili anch'essi (in una certa misura) dalle osservazioni tentano comunque di scoprire l'origine (semmai ce ne sia stata una), la struttura e l'evoluzione dell'intero "Universo".La teoria dell'Inflazione (capace di spiegare molti dei misteri relativi al cosmo) cambiò le opinioni dei cosmologi perché essa presuppone un aumento abnorme delle dimensioni dell'Universo nelle sue prime fasi. Regioni quasi totalmente prive di irregolarità perché molto piccole, e quindi capaci di appianare i loro "disequilibri" interni grazie ad un rapidissimo scambio di energia (vedi anche Secondo principio della termodinamica), hanno potuto raggiungere dimensioni più grandi di quelle dell'universo visibile, con un aumento corrispondente delle dimensioni delle irregolarità cosmiche e con l'allontanamento tra di loro delle varie regioni dell'Universo, le quali non avendo subito in tempo un processo di "omogeneizzazione" potrebbero presentare strutture estremamente diverse da quelle presenti all'interno del nostro universo visibile, con conseguenze ignote (le speculazioni vanno da una semplice ridistribuzione delle galassie ad una sostanziale differenza delle leggi fisiche).

Il risultato più importante della cosmologia, che l'universo è in espansione, è derivato dalle osservazioni degli spostamenti verso il rosso delle galassie ed è quantificato dalla Legge di Hubble. Estrapolando questa espansione all'indietro nel tempo, si incontra una singolarità gravitazionale, un concetto matematico piuttosto astratto, che può o meno corrispondere ad un oggetto reale. Questa estrapolazione diede vita alla teoria del Big Bang, il modello dominante della cosmologia moderna. Il tempo zero, che nella teoria segna letteralmente l'inizio del tempo come noi lo conosciamo, è stimato a 13,7 miliardi di anni fa, con un'incertezza di soli 200 milioni di anni, secondo la sonda WMAP della NASA.
Un aspetto fondamentale del Big Bang può essere osservato oggi nel fatto che la velocità alla quale le galassie si allontanano è proporzionale alla loro distanza, detta SEMINO. Un'altra prova a sostegno della teoria è la radiazione cosmica di fondo, la quale è un residuo attenuato della radiazione che ebbe origine poco dopo il Big Bang. Questa radiazione di fondo è estremamente uniforme in tutte le direzioni, cosa che i cosmologi hanno cercato di spiegare con un periodo di espansione rapida (detta inflazione) che è immediatamente seguita al Big Bang.
La dimostrazione che l'universo sia in espansione è data dalle onde elettromagnetiche che giungono fino a noi. Tali onde per effetto doppler dovuto all'allontanamento degli astri gli uni dagli altri si spostano in frequenza rispetto alla loro frequenza originaria. Il colore di alcune stelle è shiftato verso l'infrarosso rispetto a quello che sarebbe il loro reale colore.

Non si sa se l'Universo sia finito o infinito in dimensione e in volume, anche se la maggior parte dei teorici al momento sostiene la tesi di un universo finito. Per quanto riguarda quello osservabile, invece, grazie al fatto che la velocità della luce, cioè la massima velocità a cui un fenomeno fisico può propagarsi, e` limitata, e` posibile evincere che esso sia finito. L'orizzonte cosmico si trova a 13,7 miliardi di anni luce di distanza. La distanza effettiva di questo orizzonte è però più grande, perché nel tempo trascorso affinché la luce sia arrivata fino a noi, questo bordo ha continuato ad espandersi.

Un'importante domanda della cosmologia per ora senza riposta è quella della forma dell'Universo. Per prima cosa, occorrerebbe stabilire se l'Universo è piatto, ossia rispetta le regole della geometria euclidea su grande scala. Al momento, la maggior parte dei cosmologi pensa che l'universo osservabile sia (quasi) piatto, esattamente come la superficie della Terra è (quasi) piatta.
In secondo luogo, occorre stabilire se l'Universo sia topologicamente connesso oppure no. Secondo il modello del Big Bang, l'Universo non ha un confine spaziale, ma potrebbe comunque essere spazialmente finito. Questo può essere compreso mediante un'analogia con le due dimensioni: la superficie della Terra non ha confini, ma ha comunque un'area finita. Si può pensare anche ad un cilindro, e poi immaginare di liberarsi dalle costrizioni imposte dalla geometria ordinaria e immaginare di unire le due estremità del cilindro, ma senza piegarlo. Anche questo è uno spazio a due dimensioni con un'area finita, ma a differenza della superficie terrestre è piatto, ed è quindi un modello migliore.
Ne segue che, strettamente parlando, dovremmo chiamare le sopra menzionate stelle e galassie "immagini" di stelle e galassie, poiché è possibile che l'Universo sia finito e così piccolo che possiamo vedere una o più volte "attorno" ad esso, ed il numero reale di stelle e galassie fisicamente distinte potrebbe essere più piccolo. Alcune osservazioni sono in corso per cercare di confermare o escludere questa possibilità.

Il modello del Big Bang prevede che, a seconda del valore della densità media di materia ed energia, l'Universo continuerà ad espandersi per sempre oppure che sarà frenato dalla sua stessa gravitazione e collasserà su sé stesso in quello che è stato chiamato un Big Crunch. Al momento le osservazioni suggeriscono che non solo la densità di massa/energia è troppo piccola per causare un collasso, ma che l'espansione dell'Universo sembra addirittura in accelerazione, e che questa accelerazione debba verosimilmente continuare in eterno (vedi universo in accelerazione).