Ritratti: i grandi innovatori del passato

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Edwin Hubble: l’universo, le sue innumerevoli galassie e il “Big Bang”

Edwin Powell Hubble

(1889, Marshifield, Missouri – 1953 San Marino, California)

Edwin Hubble sta a Copernico e Galileo, come l’universo alle sue galassie. È a questo astrofisico americano, considerato il maggiore cosmologo osservativo del Novecento, che si deve una delle scoperte che rivoluzionarono completamente l’astronomia fino ad allora conosciuta.

L’infanzia di Hubble e la passione per l’astronomia

Figlio di un uomo d’affari del settore assicurativo, spesso assente per viaggi di lavoro, il piccolo Edwin fu cresciuto soprattutto dalla madre Virginia, casalinga a tempo pieno con otto figli da accudire. Avido lettore dei romanzi di fantascienza di Jules Verne, oltre per l’ottimo rendimento scolastico, da ragazzo si fece notare come sportivo: baseball, football americano, gare di atletica, basket. Nel 1906, grazie a una borsa di studio, diventa assistente di laboratorio all’università di Chicago per lavorare a fianco del fisico (e futuro premio Nobel) Robert Millikan. Dopo la laurea triennale nel 1910, viene selezionato per un programma a Oxford e prosegue la sua formazione universitaria in Regno Unito. Ma, per compiacere il padre, frequenta legge. Rientrato in America, nel 1913 inizia a insegnare in una scuola superiore e si dedica ad allenare una squadra di basket. Lo stesso anno, però, muore suo padre e per la vita di Edwin arriva il cambio di rotta: il giovane conosce la sua passione e, a 25 anni, ricomincia da capo.
Nel 1914 torna sui banchi dell’università di Chicago ma, questa volta, per seguire il corso di astronomia. Termina tre anni dopo mentre ha già l’offerta di un contratto a Pasadena, presso l’Osservatorio di Mount Wilson. Il centro californiano della Canergie Institution è fra i più all’avanguardia del tempo: il nuovo telescopio Hooker, il più potente della terra, sta per essere completato. Ma scoppia la Prima guerra mondiale. Hubble è costretto a finire tempestivamente la sua dissertazione sulle nebulose e poi si arruola volontario (presterà servizio in Francia senza essere mai mandato al fronte).
La sua fortuna si chiama George Ellery Hale, direttore a Pasadena (nonché inventore dello spettroeliografo per l’osservazione del Sole), che gli conserverà il posto di lavoro fino alla fine del conflitto. Dal 1919, Edwin si stabilisce a Mount Wilson e da lì, osserverà l’universo per tutto il resto dei suoi giorni.

La scoperta delle galassie extragalattiche

Sono gli anni Venti e l’astronomia di allora conosce solo i confini della Via Lattea, seguendo la concezione di un universo statico: non ci sono prove di altre galassie. Hubble, dunque, parte da questa e approfondisce l’argomento della sua tesi, le nebulose, soprattutto quelle a spirale: sono nubi di gas o ammassi stellari sparsi?
Dopo tre anni di osservazione, nel 1923, in una di queste nebulose a spirale – quella di Andromeda – lo scienziato scopre le stelle variabili “Cefeidi”. Sono le fluttuazioni di luce di queste stelle (tuttora usate come “candele” di riferimento) a permettere di determinare la distanza della nebulosa, sulla base del rapporto fra luminosità assoluta e periodo di variabilità. Gli astronomi stimavano le dimensioni massime della Via Lattea a circa 300 mila anni luce. Ma, secondo i calcoli di Hubble, Andromeda si trova a ben 900 mila anni luce di distanza, quindi al di fuori della Via Lattea conosciuta. Da qui, l’intuizione dell’astrofisico: si tratta di un’altra galassia. Gli studi successivi sulle altre nebulose a spirale portarono Hubble a concludere che, contrariamente a quanto si credeva, l’universo contiene una miriade di galassie.

La legge di Hubble e l’universo in espansione

Subito dopo, l’astronomo si concentra su un altro “mistero” di queste cosiddette galassie esterne o nebulose extragalattiche: perché sembrano allontanarsi dalla Terra?
Insieme al collega Milton Humason, misura gli spostamenti spettrali delle galassie seguendo la relazione fra distanza e spostamento verso il rosso (fenomeno per il quale la luce emessa da un oggetto in allontanamento ha una lunghezza d’onda maggiore rispetto a quella all’emissione).
Nel frattempo, Albert Einstein ha formulato la sua teoria della relatività generale descrivendo, nel suo articolo «Considerazioni cosmologiche sulla teoria della relatività generale» del 1917, un universo in espansione o in contrazione (e non statico come si riteneva). Da quel momento, diversi fisici, matematici e astronomi avevano applicato questa teoria alle proprietà dell’universo. Nel 1922, tuttavia, il russo Aleksandr Friedmann evidenziò la possibilità che l’universo non fosse stazionario ma in espansione ipotizzando anche un possibile momento iniziale: fu un tassello decisivo per le osservazioni di Hubble.
Fra il 1929 e il 1931, Hubble e Humason pubblicano due articoli nei quali dimostrano che esiste una relazione lineare fra distanza e spostamento verso il rosso (o “redshift”): lo spostamento verso il rosso di una galassia, dunque, è direttamente proporzionale alla sua distanza. Questa legge empirica – nota come «legge di Hubble» o «costante di Hubble» – ha stabilito una costante di proporzionalità nel rapporto fra velocità delle galassie remote e le loro distanze: maggiore è la distanza di una galassia, più velocemente si allontana. Partendo dalla teoria e trovando la prova nelle misurazioni cosmologiche, la legge velocità-distanza di Hubble ha confermato il concetto di universo in espansione ed esprime la velocità con cui l’universo si sta espandendo. Negli anni ’30, tuttavia, molti scienziati incrociarono questa legge con la teoria della relatività generale di Einstein, interpretando la relazione velocità-distanza come conseguenza dei movimenti delle galassie. Hubble proseguì le osservazioni con l’intenzione di dissipare i rebus. Ma lo scoppio della Seconda guerra mondiale gli sottrasse anni preziosi.

Il lascito di Hubble e il telescopio spaziale

Nel 1949 fu colpito da un attacco di cuore e non fu più in grado di trascorrere intere notti al telescopio. Morirà di trombosi cerebrale nel 1953, lasciando sola la moglie Grace (la coppia non ebbe figli), a 64 anni. Hubble, comunque, aveva già fatto abbastanza per il metodo di ricerca e le tecniche di astronomia extragalattica, aprendo una nuova era. A lui si deve anche il sistema di classificazione delle galassie raggruppate secondo contenuto, distanza, forma, dimensione e brillantezza. Hubble non fu insignito del Nobel perché, all’epoca, il premio per la fisica non comprendeva le scoperte astronomiche. A lui è intitolato il telescopio spaziale che, dal 1990, orbita intorno alla Terra.

È grazie alla sua scoperta del “redshift” che si arriverà a formulare la teoria del “Big Bang”: la grande esplosione primordiale dell’universo. Fra gli anni ’40 e ’50 sarà il fisico russo-americano George Gamow a proporre la formazione dell’universo da uno stato di altissima densità e temperatura iniziale, seguito da una rapida espansione. Pur senza chiamarlo “Big Bang”, Gamow riuscì a prevedere anche la radiazione cosmica di fondo. Questo modello è ormai comunemente accettato dalla comunità scientifica. Stime moderne, che calcolano l’espansione dell’universo dal momento dell’esplosione primordiale (usando quella radiazione cosmica lasciata dal Big Bang), collocano l’età dell’universo fra i 13 e i 14 miliardi di anni.

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