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L’effetto Doppler e l’espansione uniforme dell’Universo

L’effetto Doppler, il red shift presentato dalle righe spettrali delle galassie più lontane e l’espansione uniforme dell’Universo.

Christian J. Doppler (1803 – 1853)

L’effetto Doppler è un fenomeno consistente nella variazione apparente della frequenza di un’onda sonora o elettromagnetica (p. es. luminosa) che ha luogo quando la sorgente dell’onda stessa e l’osservatore siano in moto l’uno rispetto all’altra. Prende il nome dal fisico austriaco Christian Johann Doppler (Salisburgo 1803 – Venezia 1853) che scoprì il fenomeno nel 1842.

Se una sorgente emette un suono di una certa frequenza avvicinandosi all’osservatore, questi percepisce un suono più acuto di quello emesso dalla stessa sorgente in quiete, mentre se la sorgente si allontana il suono percepito è più grave. Partendo da questo fenomeno, si arriva al “red shift” presentato dalle righe spettrali delle galassie più lontane e all’espansione uniforme dell’Universo.

Immaginiamo un palloncino con un gran numero di punti sulla sua superficie:

il palloncino rappresenta l’Universo, la sua superficie curva bidimensionale rappresenta lo spazio curvo tridimensionale, e i puntini sulla superficie sono le galassie in quello spazio. Quando il palloncino viene gonfiato, tutte le distanze tra i puntini aumentano. Qualunque sia il punto sul quale si fissi l’attenzione, tutti gli altri punti si allontaneranno da esso.

L’Universo si espande nello stesso modo: qualunque sia la galassia nella quale un osservatore si trovi, tutte le altre galassie si allontaneranno da lui.

Per calcolare la data in cui le galassie erano tutte compresse insieme, basterà dividere le attuali reciproche distanze per le loro velocità di recessione, e siccome le velocità di recessione sono direttamente proporzionali alle distanze, il risultato della divisione sarà sempre lo stesso, che si tratti di due galassie vicine o distanti: è semplicemente il valore reciproco della costante nella legge di Hubble.

Circa 18 miliardi di anni fa tutte le galassie erano dunque concentrate in un unico punto e iniziarono ad allontanarsi le une dalle altre.

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