La questione del passaggio di informazioni (sotto forma evidentemente di segnali luminosi) tra punti estremamente lontani nello spazio e nel tempo è effettivamente non facile da capire soprattutto nei termini in cui viene posta di solito nelle pubblicazioni divulgative. Premesso che, all'epoca in cui l'Universo ha cessato di essere opaco non esistevano ancora le galassie, cercherò di chiarire la situazione parlando genericamente di "sorgenti”, che a seconda dei casi potranno essere galassie, nubi di gas, quasar, punti della superfice di disaccoppiamento radiazione-materia (in termini più chiari ma meno corretti: "sorgenti"della radiazione cosmica di fondo), e di "osservatori".

Per prima cosa semplifichiamo la situazione immaginando che lo spaziotempo, anziché possedere 4 dimensioni (tre spaziali e una temporale) ne abbia solo 2+1. Questo ci consentirà di visualizzare la situazione in un diagramma cartesiano di dimensione tre. In questo modo la parte spaziale sarà rappresentata da un piano cartesiano con assi (X,Y) e relative coordinate. Naturalmente, questo spazio potrebbe essere curvo, e quindi rappresentato da una superficie "ondulata" o da una superficie sferica o altro. Per i nostri scopi però questa è una complicazione non necessaria. Le più recenti osservazioni mostrano che la parte spaziale dell'Universo, alle scale di lunghezza che ci interessano, è praticamente euclidea.

Quando passiamo da questa rappresentazione semplificata a quella reale dobbiamo fare uno sforzo di immaginazione e trasformare le linee in superfici e le superfici in volumi. Per esempio l'osservatore al centro della circonferenza in figura si tradurrà in un osservatore al centro di una sfera.

Il secondo sforzo di immaginazione che si richiede consiste nell'usare coordinate dette "comoventi”. Per capire di cosa si tratta consideriamo le due "sorgenti" della figura. Come sappiamo, dato che l'Universo è in espansione, esse si allontanano e quindi si muovono. Dato però che tutti i corpi si allontanano nello stesso modo, possiamo immaginare di tenere fisse le coordinate dei vari punti e pensare che è il piano stesso a espandersi, come se fosse disegnato su un foglio di gomma molto elastica. Nel caso tridimensionale si usa paragonare le varie sorgenti ai chicchi di uvetta in un panettone che lievita:

i chicchi si allontanano l'uno dall'altro, ma la loro posizione rispetto al panettone resta invariata. Un altro modo di visualizzare la situazione può essere quello di pensare che le posizioni dei punti sono fisse mentre si contrae il metro con cui misuriamo le distanze. è chiaro che dal punto di vista matematico la cosa è equivalente. Dal punto di vista fisico invece no. Ce ne accorgiamo dal fatto che un segnale luminoso che parte ad esempio dalla sorgente in basso a destra, raggiunge l'osservatore con una frequenza diversa (più bassa) dovuta appunto all'allontanamento (fenomeno analogo al cambio di frequenza per effetto Doppler).

Dobbiamo ora aggiungere il tempo al nostro schema grafico. Useremo a tal fine l'asse Z, che ci siamo lasciato libero apposta. Ribattezziamolo dunque t e conveniamo che sia possibile definire un "tempo cosmologico", ossia una coordinata temporale che faccia da orologio per l'evoluzione dell'Universo. La cosa è delicata e aprirebbe una digressione che ci porterebbe troppo lontano. Limitiamoci a osservare che quando diciamo "non posso sapere cosa succede adesso nella galassia di Andromeda" con adesso intendiamo nello stesso istante di tempo cosmologico. Si tratta quindi di un concetto abbastanza intuitivo. Quello che non è intuitivo è caso mai il perché di tutta questa circospezione. Andiamo quindi avanti con le dita incrociate.

Due punti A e B saranno dunque rappresentati da due linee parallele, dette linee di universo. Esse sono parallele perché usiamo coordinate comoventi, ma, come abbiamo spegato sopra, in realtà la distanza tra A e B aumenta. Ogni piano parallelo al piano XY rappresenta un determinato istante del tempo cosmologico.
Cosa succede se una sorgente (per esempio al tempo presente) emette un raggio di luce in una certa direzione? Esso sarà rappresentato da una retta inclinata. A causa della ben nota costanza della velocità della luce, l'inclinazione sarà fissa. Dunque tutti i possibili raggi di luce formeranno la superfice di un cono infinito, con vertice nella sorgente, che si allarga verso l'alto (futuro) , detto cono-luce.

Allo stesso modo, i raggi di luce che possono raggiungere la sorgente formano un cono che si allarga verso il basso. Questo cono però non è infinito. Poiché l'Universo ha avuto origine col Big Bang, che poniamo all'istante t = 0. Il cono luce passato ha dunque una base. Se dalla sorgente parte un segnale o un oggetto, dovrà avere necessariamente velocità più bassa di quella della luce, quindi inclinazione minore rispetto all'asse t. Tutti gli altri segnali o oggetti si propagheranno dunque all'interno del cono futuro (Chi avesse familiarità con gli usuali grafici spaziotempo ricordi che le posizioni degli assi sono invertite rispetto al solito). Analogamente, il cono passato contiene tutti i punti dai quali si può raggiungere il vertice. Questi sono tutti i punti dove può essere avvenuto qualcosa nel passato che influenzi un osservatore posto nel vertice al tempo presente (esplosione di una supernova, scontro tra galassie ecc). Allo stesso modo il cono futuro contiene i punti che una sorgente posta nel vertice al tempo presente può influenzare nel futuro.

Consideriamo finalmente il caso di una sorgente e di un osservatore, entrambi al tempo presente ma a grande distanza. Avremo due coni-luce, con i vertici posti in punti diversi ma con la stessa coordinata t.
Un raggio di luce emesso dalla sorgente, raggiungerà l'osservatore solo nel punto in cui il cono futuro interseca la linea di universo dell'osservatore (vedi figura). La zona di intersezione dei due coni futuri rappresenta il "futuro comune" dei due punti, ossia la zona che cade sotto l'influenza di entrambi. La zona di intersezione dei due coni passati rappresenta il "passato comune" ossia quegli eventi che possono aver influenzato entrambi i punti.
Naturalmente può darsi che l'evento interessante della sorgente non avvenga adesso ma sia avvenuto nel passato o possa avvenire nel futuro. Basterà spostare adeguatamente l'origine del cono e ripetere il ragionamento.

Occorre però concludere con una precisazione: essendo infiniti, i coni futuri si intersecano sempre, mentre non è detto che sia così per i coni passati. Quindi il cerchio della figura rappresenta un limite invalicabile alla nostra possibilità di osservazione. Esso viene chiamato "orizzonte" per analogia con l'orizzonte terrestre. Così come la superfice terrestre visibile aumenta man mano che ci eleviamo di quota, così l'orizzonte cosmologico si allarga al passare del tempo. Bisogna però osservare che non si tratta di una linea come nella figura, ma in effetti di una superfice e che la "base" del cono è in realtà una sfera. Quindi noi possiamo osservare in tutte le direzioni, ma fino a una distanza finita pari al raggio della sfera orizzonte.

Si verifica allora un problema, che mi pare sia stato intuito dal lettore, sia pure confusamente. Nell'ultima figura, per chiarezza vediamo il piano XY di taglio, per cui i coni si riducono a semirette incrociate. La retta rossa è posta a
t = 0 ossia al Big Bang, mentre la blu si trova a
t ≈300 000 anni e rappresenta la radiazione di fondo così come noi la vediamo. Le sorgenti Rossa e Blu, sono entrambe nel nostro cono passato e quindi le osserviamo e vediamo che sono incredibilmente simili (le differenze sono minori di 0,01 %). Ma i coni luce passati delle due sorgenti non si intersecano e dunque non vi è nel loro passato nulla che abbia potuto uniformare così il tipo di emissione. Questo problema ha dato origine alle teorie dette inflazionarie che sono ancora oggetto di discussione tra gli addetti ai lavori.