L'idea di un "Big Bang" può essere ricondotta a un'idea sviluppata fra il 1927 e il 1933 da un sacerdote belga, Georges-Henri Lemaitre. Come la maggior parte della gente, Einstein aveva presupposto che l'Universo fosse statico, ma Lemaitre fece molto per fargli cambiare idea, avanzando l'opinione che l'Universo avesse preso l'avvio da un "atomo primordiale", come lo chiamò.

Questo incoraggiò Arthur Eddington, vecchio insegnante di Lemaitre, a esprimere qualche preoccupazione: "Mi è parso che la teoria più soddisfacente dovrebbe essere quella che rendeva gli inizi non troppo sbrigativi esteticamente". (Il Big Bang è piuttosto rude, come inizio!)

In effetti dagli anni 1930 fino ai primi anni 1960 un aspro dibattito infuriò fra sostenitori della teoria del Big Bang e di quella avversaria, la cosiddetta "teoria dello stato stazionario". In effetti il termine "Big Bang" venne coniato da Fred Hoyle, uno strenuo sostenitore della teoria dello stato stazionario, che usò il termine in senso derisorio.

Nel 1948 tre fisici, Ralph Alpher, George Gamow e Robert Herman calcolarono che se il Big Bang fosse realmente avvenuto, allora l'Universo primitivo avrebbe dovuto essere caldo, ma non troppo: essi predissero una stretta fascia di temperature possibili. Mentre l'Universo si espandeva questo calore, sottoforma di radiazione, si sarebbe diluito, ma potrebbe essere rilevabile ancora oggi: la cosiddetta "radiazione cosmica di fondo". 

Ancora negli anni 1950 e nei primi anni 1960 la teoria dello stato stazionario era probabilmente più popolare: sembrava avere più senso ed era più facile da trattare matematicamente. L'idea del Big Bang sembrava non avere senso (anche se nel 1951 la Chiesa Cattolica dichiarò che il Big Bang era coerente con la Bibbia; eravamo un bel po' distanti dall'epoca di Galileo!).

Nel 1950 lo scienziato Martin Ryle, lavorando a Cambridge (per ironia un collega di Fred Hoyle) scoprì, usando le nuove tecniche di radio astronomia, che le galassie molto, molto lontane, rilevabili solo per mezzo di onde radio (e perciò chiamate radio galassie) erano effettivamente stipate insieme più strettamente delle galassie più vicine a noi. Ricordiamoci che guardando molto, molto lontano guardiamo indietro nel tempo. Cosa dimostrava questo? Dimostrava che non solo l'Universo si stava espandendo - come tutti sapevamo - ma che stava anche diventando meno denso col passare del tempo. Questo concordava con la teoria del Big Bang, ma non con quella dello stato stazionario. 

E poi, nel 1964, due fisici americani scoprirono la "radiazione cosmica di fondo". Essi rilevarono un segnale, con temperatura equivalente a 3,5 gradi Kelvin, provenire da tutte le direzioni del cielo. Essa non varia con l'ora del giorno, o con la stagione. Gli scienziati pensarono a un certo punto che il fruscio potesse essere provocato da piccioni annidati nel radio telescopio, e invece si trattava del residuo di energia lasciato dall'esplosione del Big Bang.

Questa fu l'ultima goccia per la teoria dello stato stazionario.

Ma se il Big Bang si è verificato, perché l'Universo è così poco omogeneo, specialmente quando radiazione cosmica di fondo è così piana? I pezzi non dovrebbero essere sparpagliati più uniformemente? O piuttosto: se i pezzi sono grumosi, anche la radiazione cosmica di fondo dovrebbe mostrare alcuni grumi - solo poche grinze, o fluttuazioni di temperatura, causate da aree di densità più alta.

Nel 1992 queste "grinze nel tempo" furono trovate, dal satellite COBE (Cosmic Background Explorer - Esploratore dello Sfondo Cosmico). Sono le grinze (non le pinze) presenti nel tessuto del tempo 300.000 anni dopo il Big Bang. Stephen Hawking commentò che questa scoperta era "la più importante del secolo, se non di ogni tempo". Era la prova che la teoria del Big Bang era corretta.

La Teoria dello Stato Stazionario

Negli anni 1950 e 1960 un immenso dibattito infuriò in astronomia: l'Universo aveva avuto un inizio - e se così era stato, di che genere? Il dibattito era nato fra coloro che credevano che l'Universo fosse cominciato in un cosiddetto "Big Bang" e coloro i quali tenevano alla teoria dello "stato stazionario". L'Universo cominciò con un Big Bang, con tutta la materia che cominciava da un grumo massicciamente compresso di qualcosa, o durava da sempre? 

Gli "stazionaristi" credevano che l'Universo fosse sempre esistito. Sì, si stava espandendo, dicevano, ma nuova materia veniva continuamente creata per riempire i vuoti lasciati dall'espansione. Da dove veniva questa materia? Beh, appariva! Peggio! I calcoli dimostravano che la quantità di materia che doveva necessariamente formarsi ammontava a circa 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 tonnellate ogni secondo!

Questo suona stupido, ma effettivamente non è, con ogni probabilità, più stupido che credere che tutto sia cominciato da un singolo punto nello spazio e nel tempo (eccettuato il fatto, se ci si pensa, che né lo spazio né il tempo esistevano nell'istante precedente l'inizio). 

La teoria dello stato stazionario diceva che la materia veniva creata in continuazione, cosicché man mano che l'Universo si espandeva la sua densità rimaneva pressappoco la stessa.

Il più rumoroso sostenitore della teoria dello stato stazionario fu lo scienziato inglese (e autore di fantascienza) Sir Fred Hoyle, che la propose nel 1948. Fu lui a uscirsene col termine "Big Bang", come termine che descriveva la stupidità della teoria alternativa. Sfortunatamente il termine attecchì e, per di più, il Big Bang viene ora accettato quasi universalmente come spiegazione corretta.

Malauguratamente per gli stazionaristi, la scoperta della radiazione cosmica di fondo - il "bagliore postumo" del Big Bang iniziale, abbattè quasi definitivamente la teoria dello stato stazionario. Ora il Big Bang è quasi universalmente accettato - anche se ha ancora qualche problema.

Edwin Hubble

Edwin Powell Hubble (1889 - 1953) era il figlio americano di un avvocato del Missouri. Si laureò in matematica e astronomia all'Università di Chicago e poi andò a Oxford per studiare legge. Dopo essersi laureato in legge a Oxford, ritornò nel Kentucky per esercitare l'avvocatura, finché si unì allo staff dell'Osservatorio Yerkes nel 1914. Nel decennio successivo Hubble svolse un lavoro molto importante con notevoli scoperte sulla struttura del nostro Universo e sulle galassie. 

Nel 1924 egli dimostrò che la nostra non era la sola galassia, ma che ce n'erano molte altre (come questa - lontana galassia NGC4261, distante 100 milioni di anni luce) - e che fra loro c'erano enormi aree di spazio vuoto. Ora noi sappiamo che in qualche modo le galassie sono i pilastri del nostro Universo - ma pilastri molto grandi. Hubble tentò anche di misurare le distanze fra queste galassie. 

Ma quello che Hubble scoprì anche (nel 1929) fu che, dovunque si guardi, la maggior parte delle galassie si stanno allontanando rapidamente da noi. E, ancora più strano, più lontane sono da noi queste galassie e più rapidamente si allontanano. In effetti Hubble trovò una relazione matematica lineare fra distanza e velocità. Più una galassia è lontana da noi, più velocemente si allontana da noi. Questa viene ora chiamata costante di Hubble, o legge di Hubble.

Sulla base di questa nuova informazione le nostre opinioni sull'Universo vennero ancora una volta rivoluzionate. Non viviamo in un Universo statico e immutabile, dopo tutto. È chiaro che l'Universo si sta espandendo, con ogni cosa che si allontana da ogni altra ad alta velocità. (Questo non è del tutto vero. Alcune galassie si stanno avvicinando fra loro. Per esempio quando guardiamo la galassia di Andromeda, la vediamo spostata verso il blu: si sta muovendo verso di noi ad alta velocità).

Quindi in passato tutto doveva essere più compatto. Possiamo addirittura tracciare una linea all'indietro, fino a 10 o 20 miliardi di anni fa, quando tutto avrebbe dovuto essere esattamente nello stesso punto. Questo suggeriva che ci fosse stato un momento (chiamato il Big Bang) in cui l'Universo era infinitesimamente piccolo e infinitamente denso. Poi un'immensa esplosione (addirittura la più grande in assoluto!) scagliò tutti i frammenti lontano in tutte le direzioni. Il Big Bang!

La legge di Hubble

L'Universo cominciò probabilmente fra i 10 e i 20 miliardi di anni fa con una violenta esplosione - il cosiddetto Big Bang. Come risultato tutta la materia volò via e anche ora le galassie si stanno allontanando da noi in tutte le direzioni come conseguenza di questa esplosione iniziale.

Questo fatto venne scoperto - per mezzo di attente osservazioni - da Edwin Hubble, autore della legge di Hubble. 
Tale legge è racchiusa nell'equazione

v=H0*d. 

(dove "v" è la velocità di ogni galassia come viene osservata da un'altra, e "d" è la distanza esistente fra loro. "H0" è il valore della costante di Hubble). 

La legge afferma che c'è una relazione diretta fra la distanza di una galassia da noi e la velocità a cui si allontana. In termini semplici una galassia più lontana si allontanerà a velocità maggiore di una galassia più vicina.

La velocità reale di una data galassia a una distanza determinata è data da quella distanza moltiplicata per la costante di Hubble. La costante di Hubble si misura in "chilometri al secondo [di velocità] per megaparsec [di distanza]. Un megaparsec è pari a 3,26 milioni di anni luce.

Il problema è che non si sa in realtà quale sia il valore di H0, la costante di Hubble. Diversamente da alcune leggi, o equazioni, H0 è un numero che si può solo derivare, sembra, osservando il mondo circostante e scegliendo un numero che si adatti meglio di altri ai dati disponibili. Il problema maggiore è che è estremamente difficile misurare accuratamente le distanza fra le diverse galassie.

Il valore originale di H0 derivato da Hubble era intorno a 500 chilometri al secondo per megaparsec di distanza, ma studi più recenti hanno condotto a valori diversi per tale costante. Un team ha ricavato un valore di circa 50, mentre un altro team un valore intorno a 100.