98124 - L'UNIVERSO OSCURO - LE GRANDI DOMANDE DELLA COSMOLOGIA MODERNA

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo scopo del seminario è fornire agli studenti e alle studentesse (anche di area non scientifica!) una panoramica generale e aggiornata sull’Universo nel suo complesso e sulle grandi domande ancora aperte della cosmologia moderna, la scienza che interpreta le caratteristiche del cosmo per mezzo delle leggi della fisica a noi conosciute. Attraverso un insieme di lezioni tematiche che partono dall’origine (il cosiddetto Big Bang), sarà illustrato come è possibile misurare le scale spaziali e temporali dell’Universo, e in che modo possiamo esplorare "sperimentalmente" da che cosa è composto e come evolverà. Durante questo percorso verranno anche trattati gli argomenti della materia oscura e dell'energia oscura, due entità fisiche di cui si sono accumulate molteplici evidenze indirette, ma la cui natura resta uno dei più grandi misteri della fisica moderna. Gli studenti e le studentesse scopriranno così che il 95 per cento del contenuto dell'Universo è ancora completamente ignoto nonostante i grandi passi avanti compiuti dagli scienziati negli ultimi decenni. Le lezioni includeranno anche riferimenti allo sviluppo storico della cosmologia durante l'ultimo secolo, illustrando quali sono stati i maggiori cambi di prospettiva nella nostra comprensione del cosmo.

Programma/Contenuti

Il seminario è suddiviso nelle seguenti tematiche principali. Il livello delle lezioni è adatto anche a studenti/studentesse di corsi di studio di area non scientifica (es. sociale, umanistica, ...). Non sono richieste conoscenze avanzate di matematica e fisica. Sono sufficienti le quattro operazioni, e l'uso di formule (semplici) è comunque ridotto al minimo.

• Concetti di base propedeutici - Materia, energia, luce, spazio, tempo, relatività generale.
  
• L'Universo - Caratteristiche generali, scale spaziali, scale temporali, stelle, galassie, mezzo interstellare. La cosmologia: osservare, misurare e comprendere l'Universo. Siamo soli nell'Universo?
  
• Il mistero della materia oscura - Le principali prove indirette della presenza di materia oscura: ammassi di galassie, galassie a spirale, galassie sferoidali nane, lenti gravitazionali, aloni di materia oscura, possibili spiegazioni della materia oscura, ipotesi alternative di gravità modificata, osservazioni ed esperimenti per svelare la natura della materia oscura.
  
• Buchi neri e onde gravitazionali - Buchi neri astrofisici, come cercare e individuare i buchi neri se sono visibili, il mistero dei buchi neri primordiali.
• Origine ed evoluzione dell'Universo - Il Big Bang, l'Universo primordiale e incandescente, l’espansione dell'Universo, età e dimensioni dell’Universo, il raffreddamento e le Dark Ages, la formazione degli aloni di materia oscura, materia oscura: calda, tiepida o fredda? Le prime stelle e la nascita della luce nell'Universo, il dibattito sulla costante di Hubble.
  
• Il mistero dell’energia oscura - Espansione vs gravità, geometria dell’Universo, le prove dell’espansione accelerata, possibili spiegazioni dell’energia oscura, il futuro dell’Universo, osservazioni ed esperimenti per svelare l'energia oscura.
• Riflessioni sulla storia della cosmologia e il suo ruolo rivoluzionario nella percezione umana dell'Universo. Considerazioni sul ruolo della ricerca di base nello sviluppo della società e dei paesi avanzati.
  

Testi/Bibliografia

Le diapositive e il materiale presentato a lezione saranno disponibili agli studenti e alle studentesse.

Sono poi suggeriti i seguenti testi di supporto e approfondimento.

Livello avanzato

• P. J. E. Peebles, "Cosmology's Century: An Inside History of Our Modern Understanding of the Universe", ‎ Princeton University Press (2020).
• M. H. Jones, R. J. A. Lambourne & S. Serjeant, "An Introduction to Galaxies and Cosmology", Cambridge - Open University; Revised edition (2015).

Livello introduttivo

• J. Silk, "The Big Bang - Creation and Evolution of the Universe", W. H. Freeman Ed. (3rd edition; 2000).
• Amendola l., "L’altra faccia dell’universo. I segreti della materia e dell’energia oscura", il Mulino (2018).
• J. D. Barrow, "Il libro degli universi", Mondadori.
• P. Focardi, "L'uomo e il cosmo", 1088press.
• Gott J. R., "La ragnatela cosmica. La misteriosa architettura dell’universo", Bollati Boringhieri (2016).
• Ferrini F., "Le onde gravitazionali. Una nuova porta sul cosmo", il Mulino (2018).
• A. Cimatti, "L'universo oscuro. Viaggio tra i più grandi misteri del cosmo", Carocci Editore, nuova ediz. (2020).

 

Metodi didattici

Lezioni frontali con il supporto di presentazioni Powerpoint.

Lettura critica  e discussione di testi.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Presentazione orale di un approfondimento e discussione generale.

Strumenti a supporto della didattica

Schermo per proiezione delle presentazioni Powerpoint.

Lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Cimatti