Origini
14 miliardi di anni: dal Big Bang all’uomo
Liceo Curie Savignano
1
Come è nato
l’universo?
Da dove viene
la Terra?
Come e quando
l’uomo è apparso
sulla Terra?
2
Tutte le civiltà hanno cercato una spiegazione
per le nostre origini …
ad esempio
Gli indiani Maidu della California pensavano
che l’Essere Supremo avesse costruito il
mondo usando alcune grandi tartarughe verdi
raccolte nella profondità dell’oceano. Egli poi
creò l’uomo usando della terra rossa e
dell’acqua.
I cinesi affermavano che
Phan Ku nacque da un uovo
di gallina e divenne ogni
cosa.
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Gli scienziati propongono una
spiegazione diversa,
che si basa sui dati raccolti sulla Terra e nello
spazio:
molto tempo fa,
non c’era il tempo, non c’era lo spazio.
Ma,
14 miliardi di anni fa …
le cose cambiarono
4
BANG!
5
Il Big Bang
 Nel 1946 l'americano di origine russa
George Gamow (1904-1968) propose
la teoria del Big Bang per spiegare
l'origine dell'universo.
 Questa teoria sostiene che l'universo
è nato da una palla di fuoco di altissime
densità e temperatura: un
superconcentrato gassoso di particelle
atomiche come neutroni e protoni da
cui si sarebbero formati gli elementi
chimici attuali.
6
The Big Bang Model
7
Nascita del tempo e dello spazio
 Un evento che diede inizio alla scala del tempo
e dello spazio. Di conseguenza in origine tutto
doveva essere concentrato in un minuscolo
punto, dalla densità e gravità infinite, dove il
tempo e lo spazio erano pari a zero e la
temperatura dell'ordine di miliardi di miliardi di
gradi.
 Cosa ci fosse prima rimane per ora un mistero,
visto che nemmeno gli scienziati avanzano
ipotesi, ritenendo i momenti anteriori a tale
istante come inconoscibili ed inspiegabili da
qualsiasi teoria.
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Dove non c’era il niente, ora
c’è il tutto:
l’intero universo.
Un universo piccolo,
immensamente caldo, con
grande densità, formato da
particelle elementari ...
Che per una frazione
infinitesima di secondo si
espanse in modo rapidissimo.
Poi rallentò un poco, ma
continuò ad espandersi, come
forse fa ancora.
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Big
Bang
Alcune centinaia di migliaia di
anni dopo l'istante iniziale, la
temperatura diventò
sufficientemente bassa,
attorno al migliaio di gradi, e
permise agli elettroni e ai
protoni di legarsi
stabilmente, formando atomi di
idrogeno.
Oggi
Dal big Bang
14 miliardi anni fa
10
Nel gas primordiale, vi furono
piccole fluttuazioni di densità.
Le zone, in cui la densità
era un poco più alta,
diventarono progressivamente
più massicce …
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Erano nate le
STELLE!
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In un processo durato
alcune centinaia di milioni di
anni,
queste si unirono in
galassie,
ciascuna delle quali
conteneva miliardi di queste
nuove stelle.
Oggi
Big
Bang
Noi non ci
siamo
ancora . .
.
Stelle e
galassie
14 miliardi anni
fa
Dal Big Bang
12 miliardi
anni fa
13
Quasi cinque miliardi di
anni fa, quando l’universo
era già abbastanza vecchio,
nacque una stella ai confini di
una galassia, che noi
chiamiamo Via Lattea:
Oggi
Stelle e
galassie
Big
Bang
Il nostro
SOLE!
Sole & Pianeti
12 miliardi anni
fa
14 miliardi anni
fa
Dal Big Bang
4.9 miliardi anni
fa
14
Attorno al Sole, il gas riprese a condensarsi in polvere e questa
ultima ad aggregarsi in piccoli pezzi di roccia. Dall'unione di
questi piccoli pezzi nacquero i pianeti del nostro
Sistema solare …
15
… incluso il terzo pianeta a
partire dal Sole:
la TERRA!
Dovremmo fare
piantare degli alberi
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L’aspetto della Terra
primordiale era
completamente diverso da
quello attuale: era
incredibilmente
CALDA.
Una sfera di roccia fusa, a causa
dell’enorme calore sviluppatosi
dalla collisione dei materiali, che
si andavano aggregando, e dal
decadimento degli atomi
radioattivi.
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Nei milioni di anni che
seguono, la temperatura della
superficie terrestre si abbassò
lentamente, consentendo alla
superficie di solidificarsi.
Un ulteriore abbassamento
della temperatura determinò la
condensazione del vapore
acqueo e la formazione degli
oceani.
La Terra divenne blu.
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La deriva delle masse
continentali portò alla
formazione e al sollevamento
delle catene montuose. . .
19
. . . l'aumento della
temperatura nel mantello
provocò la fusione del
materiale interno. Dove si
ruppe la crosta terrestre, la
roccia fusa uscì in superficie.
Erano nati i vulcani.
20
Come nasce l'idea di un Universo che si espande?
21
L'uomo che scoprì
l'espansione dell'Universo
 1922: Nella teoria della relatività
generale di Einstein il giovane
matematico russo, Aleksandr
Aleksandrovich Friedmann (18881925), trovò la possibilità teorica di
ipotizzare un universo in
evoluzione.
 Questa idea fu poi rielaborata da
altri grandi fisici del '900 come
Le Maitre, Alpher, Bethe e infine
Gamow che la formulò nei
termini che principalmente
costituiscono lo schema-base
dell'attuale teoria del Big Bang.
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Il Red Shift
Nel 1929, l'astronomo americano Edwin
Hubble mostrò che l'universo è in
espansione. Misurando la distanza che ci
separa da galassie lontane, provò a
stabilire a quale velocità si stessero
allontanando.
Telescopio di Hubble
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L' "effetto Doppler"
Pensate a quando passa
un'ambulanza e il
suono della sirena
diventa da più acuto
più grave: è l'"effetto
Doppler", dovuto alle
variazioni della
lunghezza delle onde
a seconda della
distanza della fonte
sonora.
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L' "effetto Doppler"
Poiché la luce ha natura ondulatoria,
quando la sorgente luminosa si allontana,
la lunghezza d'onda aumenta e la luce
che percepiamo si sposta verso il colore
rosso (nello spettro della luce, le
componenti rosse hanno lunghezza
d'onda maggiore e quelle blu-violette
minore).
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I modelli Cosmologici
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La fine dell’universo
1. Recollapsing Universe: l’espansione si
ferma e l’universo collassa
2. Critical Universe: non collassa, si espande
più lentamente
3. Coasting Universe: si espande all’infinito
con velocità costante
4. Accelerating Universe*: l’espansione è
sempre più accelerata con il tempo
*teoria attualmente più accreditata
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La densità critica
Ω
• Se il valore di
sarà al di sotto di 1 non si
supererà la densità critica,
• non ci sarà abbastanza
materia,
• si proseguirà in
un'espansione all'infinito,
• il nostro universo avrà
raggiunto la sua velocità
di fuga...
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La densità critica
• Se il valore di
Ω sarà maggiore di 1
• la densità reale sarà
maggiore delle densità
critica
• ci sarà sufficiente materia
per generare un'attrazione
sempre più forte che
porterà verso l'inversione di
marcia:
• il BIG CRUNCH ( la grande
implosione)
29
La densità critica
• Se il valore di
Ω sarà uguale a 1
• ad un certo punto la spinta
espansionistica dovrebbe
rallentare, tendendo a zero
senza mai giungervi.
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Tuttavia
l'espansione
sembra
accelerare!
Dark
Energy ?
31
32
La visione attuale
Le recenti osservazioni astronomiche
forniscono il seguente quadro
dell’universo:
 Piano ed infinito
 In espansione accelerata (71 km/sec per
mega parsec)
 Età dell’universo 13,7 miliardi di anni
 Temperatura media del fondo cosmico
2,735 gradi assoluti
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Una forza che
si oppone alla gravità
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Materia ed energia
“Normal Matter”
4%
Dark Energy
73%
Dark Matter
23%
35
36
37
3,7 miliardi di anni fa
Oggi
Sole
& Pianeti
Stelle &
Galassie
Big
Bang
Nei mari iniziarono a formarsi
macromolecole organiche che
costituirono strutture con
attività biologica.
La prima
forma di VITA sulla
TERRA!
Vita
4.9 miliardi anni fa
12 miliardi anni fa
14 miliardi anni fa
Dal Big Bang
3.7 miliardi
anni fa
38
2,1 miliardi di anni fa.
Alcuni ceppi batterici
utilizzando l'energia solare,
l’acqua e l’anidride carbonica,
iniziarono a produrre
ossigeno
come sostanza di rifiuto.
In breve tempo
l’atmosfera inizia ad
arricchirsi d'ossigeno.
39
. . . Nel mare comparirono i
primi
organismi animali
pluricellulari.
Erano organismi
estremamente semplici, privi
di parti dure, simili a meduse,
coralli molli o dal corpo
vermiforme.
Circa 650 milioni di anni fa
40
550 milioni di anni fa.
Si differenziò la maggior
parte degli attuali gruppi di
invertebrati pluricellulari,
spugne, madrepore e
meduse, vermi segmentati,
molluschi, artropodi dotati di
un robusto scheletro
esterno.
41
I primi pesci dotati di bocca
mobile fecero la loro
comparsa. Da alcuni di questi
si differenziarono i
primi anfibi
400 milioni di anni fa
42
Tutte le terre emerse erano
riunite in un unico
supercontinente.
Il clima era torrido.
Iniziarono a comparire i
primi Dinosauri.
260 milioni di anni fa
43
Si formarono due masse
continentali, una settentrionale
ed una meridionale.
I Dinosauri dominavano
tutte le nicchie
ecologiche.
Noi sui
dinosauri
siamo una
invenzione
dei fumetti
195 milioni di anni fa
44
Differenziazione delle piante
e dei fiori; grande diffusione
degli insetti.
Uno o più meteoriti
colpiscono la Terra, con
l’estinzione di circa il
76%
delle specie viventi. .
138 milioni di anni fa
45
41 milioni di anni fa
I MAMMIFERI alla conquista
della Terra!
46
Comparirono i primi primati
ominoidi da cui ebbero origine
le prime scimmie
antropomorfe.
16,5 milioni di anni fa
47
Circa 6 milioni di
anni fa, iniziò la
linea evolutiva
dell’uomo..
Questi furono I primi
OMINIDI. Diversi tipi di
ominidi vissero sulla Terra per
I successivi 6 milioni di anni,
alcuni anche nello stesso
tempo, ma solo una specie
sopravvive oggi …
NOI!!!
48
4 milioni di anni fa
Primo stadio dell’evoluzione
umana: Australophitecus.
Era vegetariano e faceva uso
di semplici strumenti in pietra,
in legno e ossa. Comparve in
Africa con diverse forme.
49
1.6 milioni di anni fa
Vive l' Homo erectus,
dotato di tratti particolarmente
massicci e robusti.
La sua altezza era all’incirca di
un metro e camminava
completamente eretto.
L’Homo erectus realizzava
utensili elaborati (tra i quali
l'ascia), scoprì il fuoco,
cominciò a cacciare grossa
selvaggina e ad abitare in
luoghi fissi. . . .
50
200.000 di anni fa
Compariva l'Homo sapiens,
cioè l'uomo dotato di
raziocinio.
La cultura della forma sapiens
si presenta assai evoluta sia
nel lavoro della pietra e anche
dell'osso, sia nelle
raffigurazioni dell'arte parietale
e mobiliare, sia nelle pratiche
funerarie
51
30.000 di anni fa
L'Homo sapiens sapiens
è l'unica specie umana ancora
esistente. Vive in tutti i
continenti e si diversifica nelle
attuali razze. E' abile nella
fabbricazione di utensili che
utilizza per cacciare, pescare
e difendersi.
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