Cosmologia
L'Universo al computer
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L’evoluzione
dell’Universo può essere simulata al computer, utilizzando
supercalcolatori. Queste macchine sono in grado di eseguire miliardi di
operazioni al secondo e di immagazzinare dati per milioni di miliardi
di byte (quanti potrebbero contenerne migliaia di CD-ROM). L'enorme quantità
di dati provenienti dalle osservazioni astronomiche può così
essere analizzata per ricreare l'intera evoluzione dell'Universo, dal
Big Bang a oggi.
Le innovazioni tecnologiche hanno contribuito a far progredire tali studi.
I dati delle osservazioni astronomiche sono preziosi, perché relativi
a una situazione irripetibile e passata. La luce viaggia infatti a velocità
finita, circa 300.000 km/s, pertanto quando si osserva un corpo celeste
lo si vede com'era al tempo in cui la luce partì da esso, un'epoca
che è tanto più remota quanto più il corpo celeste
è distante. Le simulazioni al computer permettono di collegare
i dati astronomici relativi a epoche diverse per ricostruire l'evoluzione
dell'Universo. L'evoluzione è simulata partendo dalle condizioni
che si ipotizzano essere state quelle dell'Universo primordiale e applicando
poi le leggi della fisica. Le assunzioni fatte e i parametri inseriti
sono testati attraverso il confronto tra l'Universo simulato e quello
reale derivante dalle osservazioni, ed eventualmente modificati. Considerando
le enormi dimensioni spaziali coinvolte, per una completa interpretazione
dei dati astronomici serve una potenza di calcolo in grado di svolgere
algoritmi che tengano conto di tutte le interazioni e gli effetti riguardanti
il processo.
Per simulare l'evoluzione dell'Universo si parte, come detto, dalle diverse
condizioni iniziali, cioè dalle proprietà che si pensa caratterizzavano
l'Universo subito dopo il Big Bang. Questo tipo di lavoro diventa efficace
quando l'evoluzione virtuale dell'Universo si può confrontare con
quella reale, cosa possibile soltanto se si dispone di telescopi in grado
di studiare l'Universo di miliardi di anni fa, cioè di osservare
corpi celesti di quell'epoca, molto poco luminosi. Per ricostruire la
struttura dell'Universo di miliardi di anni fa bisogna conoscere come
erano distribuite le galassie nello spazio. I telescopi più potenti
permettono di risalire alla distanza delle galassie misurando lo spostamento
verso lunghezze d'onda più grandi subìto da alcune componenti
della radiazione emessa; maggiore è lo spostamento, più
distanti e meno luminose sono le galassie, cioè sono relative a
un Universo più antico. Combinando la distanza delle galassie con
le due coordinate di posizione in cielo si ottiene una mappa tridimensionale
della loro distribuzione spaziale.
Anche
le immagini provenienti dai telescopi, per esempio dal telescopio spaziale
Hubble, sono ricostruzioni attraverso complessi algoritmi dei bit in arrivo,
ossia sostanzialmente di stringhe di zeri e uno combinati tra loro. Soltanto
una parte della grande mole di dati che arrivano contiene le ‘esposizioni’,
che una volta elaborate diventeranno immagini. Queste, inizialmente in
bianco e nero, sono poi artificialmente colorate a seconda degli elementi
chimici rivelati dagli spettrometri dei telescopi. Le immagini in bianco
e nero sono la materia prima su cui lavorare: da queste si formano in
genere tre immagini con i colori base (rosso, verde, blu), che sono poi
combinate per ottenere le sfumature intermedie. Questa elaborazione è
abbastanza lunga, tanto da richiedere anche qualche mese di tempo. Con
la colorazione, si scoprono particolari che non si notano nelle immagini
originali. Per questo tipo di lavoro non sono necessari superprocessori,
ma sono sufficienti computer e software commerciali.
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