Teoria del Tutto e la fine del Tempo

Abbiamo visto in passato 1 che le stime della materia barionica presenti nelle galassie erano fortemente sottostimate, mentre adesso forse è il caso di interpretare in maniera diversa i dati che richiedono l’apporto della misteriosa Energia Oscura per spiegare l’attuale stato dell’Universo.

 

Nella vita quotidiana non ci facciamo quasi caso: il Tempo esiste e scorre in una unica direzione, al contrario delle altre tre dimensioni spaziali, altezza lunghezza e profondità, che però possiamo esplorare avanti e indietro a piacere.
Nei secoli il concetto di tempo immutabile si è talmente radicato nel sentire comune che quando arrivò Minkowski nel 1908 con la sua idea di spazio e di tempo indissolubilmente legati e che il tempo è uguale solo per sistemi inerziali uguali (a riposo reciproco) ben pochi comprendesero immediatamente ciò che questo assioma volesse dire.

Negli anni 20 del secolo scorso Edwin Hubble si accorse che le altre galassie più erano lontane, più si allontavano velocemente da noi. Siccome guardare lontano nello spazio significa anche guardare indietro nel tempo,  è come se lo spazio tra le galassie aumentasse in proporzione alla loro distanza: in altre parole lo spazio-tempo si espande 2.
Un esempio che mi piace fare 3 è quello del panettone che lievita: se la distanza relativa fra due canditi è inizialmente piccola, lo rimarrà in proporzione anche dopo la lievitazione, mentre due chicchi opposti vedranno la loro velocità di allontanamento aumentare proporzionalmente.

Credit: Il Poliedrico

Successivamente nel 1998 due gruppi di ricerca indipendenti 4 misurando con precisione la distanza delle supernove Ia 5.
Questi team scoprirono che le supernovae distanti appaiono meno luminose del previsto e siccome delle supernove Ia è ben nota la luminosità assoluta, questo significa che esse sono trascinate a distanze inaspettatamente grandi da una accelerazione imprevista dai tradizionali modelli cosmologici.
Un po’ come se il lievito del nostro panettone alla fine invece che di smorzarsi e infine cessare,  prendesse ancora più forza durante il processo  di lievitazione e il nostro panettone  aumentasse di volume sempre più in velocemente.
Fino ad allora si era supposto che la gravità della materia nell’Universo avrebbe infine preso il sopravvento sulla spinta espansiva del Big Bang o che si sarebbe espanso per sempre 6.
Per cercare di spiegare questo bizzarro comportamento dell’Universo – peraltro evidenziato anche da altre prove come Le emissioni X negli ammassi di galassie e nella asinotropia della radiazione cosmica di fondo,  i cosmologi hanno fatto ricorso a una qualche forma di energia associata al vuoto che domina sulla dinamica gravitazionale dell’Universo; una sorta di costante cosmologica del vuoto di natura repulsiva, ovvero una specie di antigravità.
Questa è la famosa energia oscura, che per spiegare l’accelerazione cosmica a cui stiamo assistendo le si deve attribuire circa il 74% della massa-energia di tutto l’Universo e che – curiosamente –  non interagisce affatto con tutte le  forze fondamentali eccetto la gravità..

Ovviamente poi occorre spiegare quindi cosa sia l’energia oscura, e qui ci sono un paio di teorie interessanti che mi propongo di approfondire in futuro: una di queste – è anche la più gettonata tra i cosmologi – fa riferimento a una presunta energia del vuoto di natura repulsiva, una nuova costante fisica indicata con la lettera lambda (Λ) 7 i cui effetti sono percepibili solo su scala cosmologica e un’altra teoria – il cui nome ha un che di alchemico – chiamata della quintessenza, basata invece sul concetto scalare dell’energia del vuoto che assume aspetti diversi – repulsivi o attrattivi – a seconda delle condizioni fisiche presenti nelle diverse condizioni locali dell’Universo.
Poi  ci sono anche altre teorie che cercano di spiegare l’accelerazione dell’Universo osservato, ma nessuna – anche queste due precedenti –  è del tutto soddisfacente o esente da contraddizioni.

Una di queste tenta di spiegare l’accelerazione dell’Universo  senza far  ricorso a costanti cosmologiche o a campi scalari repulsivi.
Questa idea fu presentata nel 2007 dai cosmologi spagnoli José Senovilla, Marc Mars e Raül Vera  8 9 e riprende alcuni lavori precedenti  10 11. Questa nuova teoria è basata sulle teorie TOE 12 e propone che la geometria del nostro Universo stia  per cambiare stato: da una geometria di Lorentz 13 a una geometria unicamente euclidea.
La conseguenza di questa transizione è che l’accelerazione cosmica osservata – e finora spiegata con l’ingombrante concetto di energia oscura – in realtà è dovuto unicamente al tempo che sta rallentando, per cui quello che noi oggi percepiamo in realtà è dovuto al tempo che scorreva più velocemente nel passato rispetto a quello attuale.
Questo porta conseguentemente a due importanti conclusioni: la prima – e più ovvia – è che il tempo – e quindi lo spazio – possa cessare in un lontano futuro, l’altra – e più sottile – è che il tempo possa essere considerato come energia nata col Big Bang che man mano si scarica, proprio come una pila.

Le domande – e le obiezioni – che questo diverso approccio al problema della accelerazione dell’Universo che osserviamo sono tante, forse più del problema che tenta di risolvere.
In un modo o nell’altro le nostre leggi fisiche hanno a che fare con il concetto di tempo, le nostre costanti fisiche allo stesso modo hanno bisogno di un tempo ben definito per esprimersi, come ad esempio la velocità della luce.
Forse però il concetto di tempo vettore è troppo ….


Note:

  1. Exopianeti e materia oscura, Il Poliedrico 10/2/2012.
  2. è questa scoperta che porta ad ipotizzare  un Big Bang quale momento di  nascita di questo universo.
  3. Forse perché sono un’inguaribile goloso di dolci 🙂
  4. Uno era  il Supernova Cosmology Project, guidato da Saul Perlmutter e l’altro era lo High-Z Supernova Search Team, guidato da Adam Riess. Entrambi insieme a Brian P. Schmidt hanno vinto il Nobel per la fisica nel 2011 per questa scoperta.
  5. Il mistero delle supernovae Ia, Il Poliedrico 5/12/2011.
  6. Tutto dipendeva dalla quantità di materia creata al momento del Big Bang. Se questa era sufficiente da vincere l’espansione dell’Universo con la forza di gravità allora si sarebbe andati verso una fase di contrazione (Big Crunch), altrimenti  questo si sarebbe espanso indefinitamente fino alla sua morte termica (Universo Aperto). Il secondo scenario era quello che veniva meglio descritto dalle osservazioni.
  7. Albert Einstein nel 1917 formulò il primo modello cosmologico basato sulla Relatività Generale. L’universo che ottenne era statico e non conciliava con i dati ricavati una decina dii anni dopo da Edwin Hubble che mostravano un universo in espansione. Fu allora che Einstein introdusse la Costante Cosmologica che poi bollò come uno dei suoi errori più gravi.
  8. Is the accelerated expansion evidence of a forthcoming change of signature on the brane?, ArXiv 3/10/2007.
  9. Is the accelerated expansion evidence of a forthcoming change of signature on the brane?,  Physical Review D 11/1/2008.
  10. Signature Change on the Brane, ArXiv 27/12/2000.
  11. Signature Change on the Brane, Physical Review Letters 7/5/2001
  12. Una di queste, la M-Teoria, è una Teoria del Tutto che unisce le quattro interazioni fondamentali: l’interazione gravitazionale, l’interazione elettromagnetica, l’interazione nucleare forte e l’interazione nucleare debole, le teorie delle superstringhe – sono 5 – e la supergravità -una teoria di campo della gravità che introduce il concetto di gravitone.
  13. Certo che spiegare la geometria di Lorentz dell’Universo non è facile, ma provate ad immaginare una di quelle fontanelle che sparano l’acqua verso l’alto in verticale. L’eruzione di acqua è il Big Bang, seguito da una repentina salita del getto che rappresenta lo stato inflattivo seguente. La sommità del getto è la bariogenesi che definì la natura barionica della materia e la separazione delle  forze fondamentali dell’Universo da un’unica superforza fondamentale. L’acqua in caduta è quello che noi osserviamo adesso dell’Universo che si espande. Quando la spinta propulsiva del Big Bang sarà talmente diluita dall’espansione cosmica dell’Universo da diventare nulla allora il tempo e lo spazio avranno una configurazione geometrica di tipo euclideo e il tempo – e lo spazio – cesseranno semplicemente di esistere.
Rate this post

Umberto Genovese

Autodidatta in tutto - o quasi, e curioso di tutto - o quasi. L'astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia. Definisce sé stesso "Cercatore".

I commenti sono chiusi.

Commenti chiusi