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Il Big Bang ha segnato l'inizio del nostro universo circa 13,8 miliardi di anni fa, ma la sua natura è spesso fraintesa. James Wade, in un'analisi approfondita, evidenzia cinque tra i miti più comuni che circondano questo evento fondamentale.

1) Il Big Bang è l'esplosione che ha dato inizio al nostro Universo.
[...] l'idea di una "esplosione iniziale" non ha nulla a che fare con il Big Bang. Non è stata un'esplosione iniziale a far sì che le galassie si allontanassero l'una dall'altra, ma piuttosto la fisica dell'universo in espansione governata dalla relatività generale di Einstein. [...] Non c'è stata alcuna esplosione, solo una rapida espansione che si è evoluta in base agli effetti gravitazionali cumulativi di tutto ciò che è contenuto nel nostro universo.

2) C'è un punto nello spazio a cui possiamo far risalire l'"evento" del Big Bang.
[...] Il Big Bang non è accaduto in un solo punto, ma piuttosto si è verificato ovunque contemporaneamente, e lo ha fatto una quantità limitata di tempo fa. Quando guardiamo indietro alle regioni più distanti dell'universo, stiamo guardando indietro nel tempo, e così anche ogni altro osservatore da ogni altra prospettiva che l'universo offre. Il fatto che l'Universo non abbia strutture ripetute, non mostri alcun bordo identificabile e non abbia una direzione preferita offre tutte le prove che non esiste un punto di origine specifico per il Big Bang: è accaduto ovunque contemporaneamente, senza alcuna posizione centrale preferita. [...]

3) Tutta la materia e l'energia nel nostro universo sono state compresse in uno stato infinitamente caldo e denso al Big Bang.
Se l'universo si sta espandendo e raffreddando oggi, allora deve essere stato più piccolo, più denso e più caldo in passato. Questo aspetto della cosmologia è vero; la tua intuizione non ti ha portato fuori strada. Puoi immaginare, infatti, di tornare indietro, per quanto la tua immaginazione può portarti, fino a quando non hai raggiunto una dimensione che diventa infinitamente piccola, portando a densità arbitrariamente elevate e temperature infinite. Ti fa pensare alla nozione di singolarità: dove tutta la materia e l'energia del cosmo erano compresse in un unico punto. Forse, penseresti, quello è stato l'"istante" del Big Bang: uno stato infinitamente caldo e denso. [...]

Non è completamente sbagliato, ma è una vecchia e obsoleta nozione del Big Bang. [...]

4) Il Big Bang rende inevitabile che il nostro Universo sia nato da una singolarità.
[...] Possiamo solo affermare, sulla base delle prove osservazionali che abbiamo, che l'inflazione è durata almeno una piccola frazione di secondo, non ha portato a una singolarità in sé o all'inizio del Big Bang caldo, e che non sappiamo cosa sia venuto prima che iniziasse l'inflazione.

5) Lo spazio, il tempo e le leggi della fisica non esistevano prima del Big Bang.
[...] non raggiungiamo una singolarità quando parliamo anche delle prime fasi del Big Bang caldo, né raggiungiamo una singolarità quando parliamo del periodo di inflazione cosmica che lo ha preceduto. In effetti, rimaniamo ben al di sotto della scala di Planck durante tutte queste fasi, e quindi le leggi della fisica non si rompono. Ciò significa che le leggi che conosciamo devono certamente essere esistite durante la fase inflazionistica che ha dato origine al Big Bang stesso, e che anche lo spazio che il tempo devono essere esistiti. [...]

I fisici Rolf Ent del Jefferson Lab e Richard Milner del MIT, in collaborazione con James LaPlante, hanno creato una nuova visualizzazione dei nuclei atomici.
Con il termine nucleo atomico, in fisica, ci si riferisce alla parte densa e centrale di un atomo, costituita da nucleoni, particelle subatomiche che comprendono protoni e neutroni.

Per la prima volta, le dimensioni, le forme e le strutture dei nuclei nel regno quantistico sono state visualizzate attraverso un nuovo tipo di animazione.
Il video introduce anche il babysecondo: questa unità di misura equivalente a 10^-23 secondi permette di definire meglio le velocità delle particelle a queste microscopiche scale di distanza. Un fotone che si muove alla velocità della luce attraversa tre femtometri (un po' più del raggio dell'ossigeno-16) in un babysecondo. Il femtometro è l'unità di misura di lunghezza utilizzata in fisica per misurare i raggi atomici e i raggi delle particelle fondamentali ed euivale a 10^-15 metri.

La teoria atomica ci ha portato dalla speculazione filosofica dell'antichità all'era atomica in cui ci troviamo oggi. Attraverso secoli di scoperte scientifiche e sperimentazioni, siamo giunti a comprendere la struttura e il funzionamento degli atomi, imparando infine a padroneggiarne il potere.

Chemistorian ne ripercorre le tappe a partire dalle prime idee sull'atomismo risalenti all'antica Grecia, con filosofi come Democrito e Leucippo che ipotizzavano l'esistenza di particelle indivisibili chiamate atomi.
È stato con l'avvento del metodo scientifico e l'inizio dell'era della chimica moderna che la teoria atomica ha iniziato a essere supportata da prove sperimentali. Scienziati come John Dalton nel XVIII secolo hanno sviluppato un modello atomico basato su esperimenti chimici che dimostravano la combinazione di elementi in proporzioni fisse.
Successivamente, con la scoperta delle particelle subatomiche, come gli elettroni, da parte di scienziati come J.J. Thomson e la scoperta del nucleo atomico da parte di Ernest Rutherford, la teoria atomica si è arricchita di nuove conoscenze e ha iniziato a delineare la struttura interna dell'atomo.

Nel XX secolo la scoperta della fissione nucleare e la successiva creazione delle prime armi atomiche hanno portato l'umanità nell'era atomica. L'utilizzo distruttivo dell'energia atomica durante la Seconda Guerra Mondiale ha sottolineato sia i benefici che i rischi associati all'atomica. Da allora, la scienza e la tecnologia hanno continuato ad avanzare nel campo dell'energia nucleare, portando allo sviluppo di centrali nucleari per la generazione di elettricità e all'utilizzo dell'energia atomica in ambiti come la medicina e la ricerca scientifica.

Kurzgesagt approfondisce il concetto filosofico e teologico di libero arbitrio affrontandolo dal punto di vista della fisica, mettendo a confronto determinismo e comportamento emergente.

La prospettiva deterministica, immaginata nell'esempio, assume che subito dopo il Big Bang un supercomputer abbia analizzato ogni singola particella dell'universo e ne abbia registrato tutte le proprietà. Applicando semplicemente le leggi deterministiche della fisica, dovrebbe essere in grado di predire cosa faranno tutte le particelle esistenti fino alla fine dei tempi.
Quindi, dato che noi siamo fatti di particelle, sarebbe tecnicamente possibile sapere in ogni momento tutto ciò che faremo. Il nostro passato, presente e futuro erano già predeterminati e decisi al momento del Big Bang. Questo implica l'esistenza di una sorta di destino e noi non abbiamo nessuna possibilità di deviare dal binario prestabilito.

D'altro canto esiste un argomento rilevante a favore della volontà individuale di decidere gli scopi del nostro agire e pensare.
Sappiamo che possiamo ridurre tutto ciò che esiste nelle sue particelle elementari guidate dalle leggi della fisica che le regolano. Tuttavia c'è un intoppo: non possiamo spiegare l'universo osservando solo delle particelle, ma la complessità porta necessariamente al comportamento emergente che per sua natura è impredicibile e dunque legato al libero arbitrio quando lo associamo a esseri viventi.

Nella teoria della complessità il comportamento emergente è la situazione nella quale un sistema complesso esibisce proprietà macroscopiche ben definibili, difficilmente predicibili sulla base delle leggi che governano le sue componenti prese singolarmente, scaturendo dunque dalle interazioni lineari e non-lineari tra le componenti stesse: quantunque sia più facilmente riscontrabile in sistemi di organismi viventi o di individui sociali oppure ancora in sistemi economici, l'emergenza si manifesta anche in contesti molto più elementari, come ad esempio la fisica delle particelle e la fisica atomica.

L'emergenza può essere definita anche come il processo di formazione di schemi complessi a partire da regole più semplici, e una esemplificazione può ottenersi osservando il gioco della vita di John Conway, nel quale poche semplici regole fissate per pochi individui di base possono condurre a evoluzioni assai complesse.

Bere da un bicchiere può sembrare un'azione naturale sul nostro pianeta, ma quando la gravità inizia a diminuire, avvicinandosi a zero, le cose si complicano. Parecchio.
Gli astronauti devono affrontare sfide quotidiane che noi, sulla Terra, diamo per scontate. La gravità gioca un ruolo fondamentale in questo.
In uno stato di microgravità il liquido non scende naturalmente verso il basso, ma rimane in sospensione, formando bolle più o meno regolare che fluttuano nello spazio vuoto appena si prova a versarle a un recipiente. Ecco perché tradizionalmente le missioni spaziali prevedono bottiglie a pressione con cannucce.

Almeno sino a quando l'astronauta Don Pettit, usando fogli di poliestere e del nastro di pellicola poliammide Kapton, ha inventato a bordo della ISS una tazza che permette di bere comodamente anche quando ci si trova a fluttuare in microgravità.
The Action Lab spiega il funzionamento di questa ingegnosa invenzione che sfrutta la tensione superficiale del liquido per mantenerlo all'interno della tazza, consentendo agli astronauti di bere senza che il liquido si disperda in tutti gli ambienti.

La domanda su cosa si trovi al di fuori dell'universo è un interrogativo complesso che ha affascinato filosofi, scienziati e pensatori per secoli. L'universo, come lo conosciamo, comprende tutto ciò che esiste: spazio, tempo, materia ed energia. Quindi, se ci riferiamo a ciò che si trova oltre l'universo, stiamo implicitamente cercando di comprendere cosa esista al di fuori di tutto ciò che esiste. È un concetto che sfida la nostra comprensione e supera i confini della nostra esperienza.

Kurzgesagt si interroga sulla natura dell'universo, prendendo in esame sia la teoria di un universo finito in espansione e virtualmente senza confini e l'ipotesi di un universo veramente infinito.
Sappiamo che l'universo ha avuto origine circa 13,8 miliardi di anni fa e che da allora ha continuato a espandersi. Quando parliamo dell'espansione dell'universo, ci riferiamo al fatto che le galassie e le strutture cosmiche che le uniscono gravitazionalmente si stanno allontanando l'una dall'altra nello spazio. Tuttavia, è importante sottolineare che l'espansione dell'universo non implica necessariamente l'esistenza di un bordo o di un limite fisico. Se l'universo avesse la forma di un'ipersfera, di una sella o toroidale potremmo attraversarlo senza percepire mai una fine. Inoltre la sua costante espansone potrebbe anche rendere impossibile ritornare al punto di partenza compiendo un giro completo, proprio perché il punto di origine si allontanerebbe sempre di più man mano che avanziamo verso di esso.
Se invece fosse finito, a seconda della sua forma, ci troveremmo d'innanzi a continui paradossi spaziotemporali.

La teoria di un'universo infinito è ancora più complessa da afferrare.
Un universo infinito presuppone anche infinite possibilità. Uno spazio infinito può diventare più grande. In uno spazio infinito potremmo scoprire infinite varianti di noi stessi, ma non riuscire mai a incontrarle.

Data la natura di questi problemi, gli astronomi tendono a definire lo spazio secondo i concetti di universo osservabile, in questo caso è ragionevole definirne una dimensione conosciuta seppur senza bordi, e la totalità dell'universo che non ci è dato sapere se sia finito o infinito.

Il tempo è un concetto che ha affascinato filosofi e scienziati per secoli. Per noi, esseri umani, il tempo scorre in modo lineare, dal passato al presente e verso il futuro.
Viviamo il presente, ci ricordiamo del passato e anticipiamo il futuro, anche se non possiamo conoscerlo fino a quando non diventa presente. Ma come funziona davvero il tempo? La teoria della relatività di Einstein ha sfidato il nostro modo di concepire il tempo, rivelando che il tempo non è assoluto, ma relativo alla velocità di un oggetto e al suo campo gravitazionale.

Le implicazioni della teoria della relatività sono profonde e aprono nuove prospettive sulla natura del tempo. Se il tempo scorre in modo diverso per oggetti in movimento e in presenza di campi gravitazionali, allora è possibile che esistano più presenti simultanei? E se è possibile, allora come come funzionano?

Kurzgesagt esplora l'idea di come molteplici presenti stravolgano il concetto di un futuro incerto che può essere influenzato dalle nostre scelte nel presente. Se il futuro è già scritto, allora le nostre scelte non hanno importanza. Ma se il futuro è aperto e può essere influenzato dalle nostre azioni, allora come possiamo sapere cosa succederà?
La teoria della relatività ci sfida continuamente a riconsiderare il nostro modo di percepire il tempo quando ragioniamo sia su scala microscopica sia cosmica.

In questa breve lezione scientifica, il fisico e divulgatore scientifico Brian Cox, su The Royal Society, esplora come ogni fiocco di neve sia un microcosmo delle leggi della fisica.
Cox descrive il percorso di un fiocco di neve dalla sua nascita nelle nuvole al suo luogo finale di fusione.
Cox inoltre esplora la fisica, raccontando come la teoria di Giovanni Keplero, sulla loro forma esagonale dei fiocchi di neve, abbia impiegato circa quattro secoli per venire dimostrata, e come la struttura di questi piccoli cristalli di ghiaccio sia collegata a quella delle galassie a spirale.

Siamo equidistanti da uno scoiattolo e da un edificio di tre piani. Siamo a metà strada tra un colibrì e un aereo di linea. Siamo circa nel mezzo tra strutture microscopiche come il filamento del DNA e corpi celesti come il Sole.
Noi umani siamo veramente nel mezzo di tutte le cose presenti nell'universo?

La nozione di essere nel mezzo è più metaforica e filosofica che una precisa affermazione scientifica. È un modo per suscitare pensieri sulle diverse scale presenti nell'universo e sul nostro posto all'interno di esse. Ma da quella prospettiva concettuale nasce una coinvolgente esplorazione del cosmo, dove l'ordinario diventa straordinario e i confronti di dimensioni assumono un nuovo significato.
Kurzgesagt illustra i confronti tra dimensioni estreme, e ci invita a interrogarci su noi stessi e sul nostro posto in questo straordinario continuum, mentre esploriamo l'immensità dell'universo e la meccanica quantistica.