Deduciamo l’età dell’universo dalle osservazioni che facciamo ora, combinate con l’assunto che le leggi fisiche fondamentali di oggi hanno funzionato anche in passato.
Questo è molto il modo in cui lavorano gli storici della storia umana: fare osservazioni su cose come edifici, manufatti o documenti scritti e fare inferenze basate sulla comprensione del comportamento umano. I cosmologi hanno alcuni vantaggi perché le particelle, le stelle e le galassie sono più prevedibili degli umani.
Ci sono due o tre osservazioni principali che determinano l’età dell’universo.
La prima è che le galassie che osserviamo intorno a noi si stanno tutte allontanando. Ciò significa che l’universo si sta espandendo. Quindi in passato era più piccolo. Se il tasso di espansione è costante, questo ci darà immediatamente un punto nel tempo in cui il volume era zero e possiamo chiamare l’inizio: la grande esplosione.
È un po’ più complicato di così: ad esempio, sembra che il tasso di espansione stia effettivamente aumentando. Tuttavia, l’espansione ci dice che l’universo non esisteva qui e sembra essere lo stesso per sempre. È dinamico.
Il secondo pezzo importante del puzzle è chiamato sfondo cosmico a microonde. Questo è rumore di fondo (in realtà fotoni – radiazioni elettromagnetiche) lasciato dal Big Bang.
Quando tutta la materia è stipata in un piccolo spazio, la densità di energia è molto alta. Ciò significa che gli atomi non terranno insieme, poiché gli elettroni verranno rotti dall’azione dei fotoni energetici. Tuttavia, man mano che l’universo si espandeva e si raffreddava, l’energia dei fotoni diminuiva.
Ad un certo punto è diventato troppo basso per fermare la formazione di atomi elettricamente neutri. Da quando è successo (circa 380.000 anni dopo il Big Bang), l’energia dei fotoni è andata sempre più giù. Sono ancora lì, a 2,7°C sopra lo zero assoluto, e li abbiamo misurati in modo molto preciso.
Non solo è un’ulteriore prova del Big Bang, ma poiché sappiamo così bene come si comportano elettroni e fotoni, studiare lo spettro e la distribuzione del fondo cosmico a microonde limita fortemente l’età dell’universo.
Infine, sapendo che c’è un Big Bang, possiamo vedere quanto tempo ci vuole per creare oggetti diversi nell’universo. Gli elementi leggeri (idrogeno, elio e un po’ di litio) verrebbero prodotti dal Big Bang stesso, ma elementi più pesanti richiederebbero reattori nucleari, ovvero stelle.
Questi richiedono tempo, poiché la materia si riunisce sotto la gravità, tempo per bruciare, far esplodere e distribuire carbonio, silicio, ferro e il resto intorno all’universo per formare nuove stelle e pianeti e, naturalmente, i fisici.
Alcune delle cose che vediamo intorno a noi sono molto antiche, non ultimo perché sono così lontane che la luce che vediamo attraverso di esse è stata emessa miliardi di anni fa. Tutto ciò indica che l’universo è sicuramente molto antico, e fornisce stime coerenti con valori più accurati estratti dal fondo cosmico a microonde.
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