Da quando la teoria della relatività generale di Einstein è stata applicata a ciò che è noto dell’universo nel suo insieme, si è sospettato che l’universo si stesse espandendo. Quando Edwin Hubble e Milton Humason scoprirono negli anni ‘1920 che praticamente tutte le galassie nel cielo si stavano allontanando da noi a grande velocità, questo fece nascere il sospetto che l’universo si stesse espandendo a un ritmo rapido. Eppure non è stato fino al 2000 che sono state finalmente trovate prove decisive a favore dell’espansione dell’universo, sotto forma di estese rilevazioni dello spostamento verso il rosso di oggetti molto distanti.
L’universo in espansione è spesso citato come la scoperta più significativa della moderna cosmologia. Ai tempi di Einstein, la teoria dello stato stazionario era quella predominante, che affermava che l’universo rimanesse equilibrato alla stessa dimensione. Einstein, le cui equazioni prevedevano l’espansione o la contrazione universale ma non la stasi, introdusse artificialmente una variabile stabilizzante nelle sue equazioni, chiamata “costante cosmologica”. Dopo aver realizzato dalle osservazioni di Hubble che l’universo si stava probabilmente espandendo, in seguito lo definì il suo “più grande errore”.
Il fenomeno che per primo ha portato cosmologi e astronomi a prevedere un universo in espansione è stata l’analisi del redshift di Hubble. Usando l’Osservatorio di Mount Wilson, che all’epoca era il miglior telescopio al mondo, Hubble osservò le galassie lontane e vide che sembravano progressivamente rosse. Ha guardato più lontano nello spazio e, per estensione, anche più indietro nel tempo, poiché la luce impiega molti miliardi di anni per viaggiare da queste galassie alla Terra. Poiché il fattore di arrossamento era correlato così bene con l’aumento della distanza, Hubble sospettava che si trattasse di un fenomeno affidabile con una causa fisica.
La causa è stata determinata come segue: man mano che l’universo si espande, lo spazio sottostante aumenta di volume, ma la luce che lo attraversa rimane la stessa. Lo spazio in espansione allunga la lunghezza d’onda della luce, rendendola più lunga e quindi più rossa. Un’analogia a volte utilizzata è quella dei punti sulla superficie di un palloncino in espansione. Disegna un motivo a onde su un palloncino e, mentre lo fai esplodere, nota come l’onda si allunga e si allunga. Questo è lo stesso principio alla base del fenomeno del redshift.
Nel 1998, è stato scoperto non solo che l’universo si sta espandendo, ma che probabilmente si sta espandendo a un ritmo accelerato. La ragione fisica di ciò è attribuita a una misteriosa “energia oscura”, così chiamata perché ne sappiamo a malapena qualcosa.