Controluce
di Roberto Trota
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Le immagini degli "istanti" successivi al Big Bang catturate dai satelliti hanno sconvolto gli scienziati di tutto il mondo: mostrano un "universo bambino" che non sarebbe potuto diventare grande. Un colpo di scena che mette in crisi le nostre conoscenze sull' infanzia dell' universo. Ma anche sul suo futuro
Se lanciando una moneta per mille volte uscissero 999 croci e una sola testa, quanti sarebbero disposti a credere che la moneta non sia truccata ? Di fronte a una domanda simile si trovano oggi i cosmologi che stanno studiando i dati più recenti e precisi sull'origine del nostro universo, forniti dal satellite da 150 milioni di dollari Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (Wmap). Infatti, confrontando i dati raccolti dal satellite con il Modello di Concordanza, la teoria che spiega la nascita del cosmo con il Big Bang, 13,4 miliardi di anni fa, e la sua evoluzione fino a oggi, gli scienziati hanno scoperto che il nostro universo ha una minima probabilità di esistere, 1 su 1000, appunto. Una probabilità tanto bassa che il cosmo come noi lo osserviamo non dovrebbe esistere affatto. Il satellite Wmap, lanciato nel 2001, misura con una precisione senza precedenti le fluttuazioni di temperatura nel fondo cosmico a microonde: l'eco indebolita del Big Bang che è arrivata fino a noi e tutt'oggi permea il cosmo. L' 11 febbraio del 2003 la Nasa rivelò i risultati del primo anno di osservazioni e i cosmologi iniziarono ad analizzare l'impronta lasciata dall' universo appena nato.
Le prime analisi confermavano le attese e il Modello di Concordanza usciva rafforzato da questa prova cruciale. La soddisfazione per le conferme portate da Wmap alla teoria non era però destinata a durare a lungo. I ricercatori di tutto il mondo hanno continuato a studiare l'immagine dell' universo neonato e hanno scoperto delle discrepanze notevoli tra i dati del satellite e la teoria. Il Modello di Concordanza lascia ancora aperti tanti problemi, al punto che alcuni scienziati ne hanno messo in dubbio la validità, iniziando a credere che anche il suo fondamento, la Relatività generale di Einstein, non sia un buon punto di partenza per spiegare i misteri del cosmo.
Sfida a EinsteinLa prima sorpresa fornita da Wmap fu che l' intensità delle fluttuazioni di temperatura del cosmo su larga scala è molto inferiore al previsto. Infatti, l'attuale struttura dell' universo, e cioè la distribuzione della materia-energia in strutture galattiche, deriva proprio dalle fluttuazioni primordiali di temperatura. Secondo il Modello di Concordanza, l'impronta del Big Bang registrata da Wmap conduce a un universo così come noi oggi lo conosciamo solo in un caso su mille. A questo punto, o accettiamo il fatto che l'attuale universo è l' unica testa uscita su 1000 lanci di una moneta buona, oppure che la moneta è truccata, cioè che il Modello di Concordanza ha dei problemi. "Effettivamente il Modello appare molto, molto improbabile", sostiene Glenn Starkman, cosmologo della Case Western Reserve University. Solo due anni fa, quando incontrai Glenn al Cern di Ginevra, sembrava possibile risolvere le contraddizioni del Modello. Invece le anomalie non hanno fatto che moltiplicarsi. Starkman ha scoperto che non solo l'intensità delle fluttuazioni è inferiore alle aspettative, ma anche la direzione nel cielo da cui esse provengono è sospetta. I dati mostrano infatti un insolito allineamento delle fluttuazioni lungo l'eclittica, il piano entro cui i pianeti orbitano attorno al Sole, e lungo l'asse della Via Lattea. Sono indizi che al Modello di Concordanza manca un ingrediente fondamentale? "È una possibilità da prendere in seria considerazione", dice Starkman. "Dopotutto, la Relatività generale, che ha dimostrato di "funzionare" in altri campi, sembra aver fallito nel descrivere l'intero universo, tanto che per giustificarne la struttura così come appare dalle osservazioni abbiamo dovuto inventarci l'esistenza dell' energia e della materia oscura". La Relatività infatti lega la gravità alla struttura dello spaziotempo: la materia visibile e quella oscura frenano l' espansione del cosmo e conducono alla formazione delle galassie. Ma le osservazini mostrano che l' universo negli ultimi due miliardi di anni ha accelerato la sua espansione. Per salvare la Relatività i cosmologi hanno perciò inventato l'energia oscura, una forma di energia sconosciuta, invisibile e repulsiva, che fa espandere il cosmo sempre più velocemente.
Per spiegare la scarsa intensità delle fluttuazioni primordiali, invece, Jean-Pierre Luminet dell' Osservatorio di Parigi ha ipotizzato che il cosmo abbia la forma di un dodecaedro, un solido con dodici facce pentagonali. Essendo un solido finito, l'universo avrebbe perciò una dimensione limitata, quindi ci sarebbe un limite alla scala massima su cui si registrano le fluttuazioni di temperatura, e questo spiegherebbe le misure effettuate sui dati di Wmap. La teoria di Luminet, però, implica anche che la luce proveniente dal Big Bang giunga a noi sia in linea retta, sia dopo aver attraversato una delle facce del dodecaedro ed essere riapparsa su quella opposta dopo aver circumnavigato l'universo. Nella radiazione cosmica di fondo si dovrebbero dunque osservare le stesse fluttuazioni di temperatura da direzioni opposte. La ricerca di queste "copie fantasma" si è però rivelata infruttuosa e la teoria dell'universo a dodecaedro è stata abbandonata.
L' energia invisibile La vera spina nel fianco del Modello di Concordanza è l'energia oscura, che nelle formule appare come una costante, detta cosmologica, chiamata Lambda. Secondo quanto stabilisce la teoria, l'energia oscura non forma strutture, non si diluisce con l'espansione dell' universo e non interagisce con la materia ordinaria, quindi non abbiamo nessuna possibilità di studiarla in laboratorio. All'Osservatorio astronomico di Monteporzio, presso Roma, l'astronomo Luca Amendola è fra coloro che sono pronti a investigare delle ipotesi alternative. "Oggi possediamo osservazioni astronomiche profonde e ricchissime, ottenute dopo decenni di sforzi" spiega Amendola, che nel suo libro "Il cielo infinito" (Ed. Sperling & Kupfer) racconta in che modo si è giunti al Modello di Concordanza. "Ma tutto ciò che ne possiamo dedurre è che il 95 per cento della materia cosmica è ignoto". Molte idee per chiarire la natura di Lambda sono altamente speculative. Alcune, che si ispirano alla teoria delle stringhe, postulano l'esistenza di dimensioni supplementari alle quattro conosciute (tre spaziali e una temporale). Il nostro universo sarebbe solo una "fetta" di un cosmo a 10 dimensioni e fluttuerebbe in questo spazio per noi inaccessibile. In tal modo, l'energia oscura sarebbe la conseguenza delle dimensioni nascoste, un segnale dell' esistenza di universi paralleli e invisibili che potrebbero trovarsi ad appena un decimo di millimetro dal nostro. "Al momento, le alternative al Modello di Concordanza richiedono però altre ipotesi ancora meno soddisfacenti", dice Amendola. "L'unico modo di approfondire lo studio è scavare nel passato remoto del nostro universo. Dobbiamo ricostruirne l'intera storia, mediante osservazioni che ci permettano di seguire la nascita e la crescita delle sue strutture". Ma c'è chi propende per una spiegazione diversa, e se possibile ancora più radicale su Lambda, la costante cosmologica che quantifica l'energia oscura, quella che respinge le masse invece di attrarle. Nel suo ufficio all'Università di Oxford, lo scienziato indiano Subir Sarkar non usa mezzi termini: "Da Einstein, Pauli e Fermi in poi, le migliori menti scientifiche del Pianeta non hanno saputo spiegare perché Lambda abbia proprio il valore che le osservazioni cosmologiche sembrano attribuirle. La ragione è semplice: Lambda non esiste". Di fronte alle inspiegabili proprietà dell'energia oscura, Sarkar e i suoi collaboratori ritengono che i dati di Wmap siano stati interpretati male. Lambda è l'anello di congiunzione fra il Modello Standard, che descrive il mondo subatomico della fisica delle particelle, e il Modello di Concordanza. Il problema è che le osservazioni cosmologiche le attribuiscono un valore pari a 0,7, mentre per le equazioni della fisica delle particelle la stessa costante non può che avere due valori: 0 oppure un numero enorme, pari a 10 seguito da 120 zeri. In entrambi i casi, completamente diversi dallo 0,7 osservato. "Tutte le indicazioni a favore di Lambda sono finora di natura indiretta, e dunque non convincenti", dice Sarkar. "Ma se davvero Lambda esiste, allora siamo di fronte a un enorme problema sottovalutato da molti", poiché potrebbe minare la validità di tutte le nostre conoscenze sull'universo. In futuro, nuove osservazioni ci daranno la possibilità di confermare o smentire l'esistenza di Lambda, e delle altre anomalie del Modello di Concordanza, giacché non passa mese senza che un nuovo "occhio" cominci a scrutare le profondità del cosmo, sia esso un telescopio, un satellite o un'altra potentissima apparecchiatura. Nel frattempo, molti scienziati ritengono che la ricerca della teoria corretta debba essere guidata anche da criteri di bellezza ed eleganza. Nel passato, infatti, tutte le scoperte fondamentali in fisica si sono distinte per aver unificato e reso comprensibili elementi disparati e fino ad allora apparentemente sconnessi. Forse il Modello di Concordanza oggi è solo un guazzabuglio di frammenti sparsi in attesa di essere riuniti in un' immagine semplice e armoniosa.
I colori dell'inizioLa mappa creata dal satellite Wmap (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) è una specie di fotografia dell'universo bambino, quando aveva appena 372.000 anni, circa 13 miliardi di anni fa. Equivale alla foto di un uomo di 80 anni scattata nel giorno della sua nascita. La forma ovale è dovuta alla proiezione in piano della sfera che rappresenta tutto il cosmo osservato dai sensori del satellite. I colori invece sono piccole variazioni di temperatura, dal rosso che indica le zone più calde al blu per quelle più fredde. La temperatura media del cosmo è oggi solo 2,73 gradi sopra lo zero assoluto (-273,15 |C) e le fluttuazioni di temperatura individuate da Wmap sono di milionesimi di grado. Le piccole variazioni di temperatura appaiono come i primi passi di un'evoluzione che ha formato la struttura del cosmo come la vediamo oggi, proprio perché le differenze di temperatura tra un punto e un altro hanno fatto sì che successivamente la materia formasse aggregati e non si distribuisse uniformemente in tutto il cosmo.
Il peso dell'universo I cosmologi misurano il contenuto in materia ed energia dell'universo con W (omega), una quantità che determina anche la sua struttura geometrica. W uguale 1 corrisponde a un universo che ritroviamo nelle nostre osservazioni, con una densità media di 10 29 g/cm3, detta "densità critica". Questa minuscola densità è sufficiente affinché la gravità rallenti l'espansione dell' universo senza arrestarla. Un tale universo è piatto e la sua geometria è euclidea. Per W < 1 l' universo si dice aperto e la sua geometria è iperbolica. Un valore di W > 1 corrisponde a un universo chiuso dove la gravità fa ricollassare il cosmo in un Big Crunch. È possibile scomporre W nelle sue componenti, precisando il contenuto dell'universo in materia luminosa (5%), materia oscura (25%) ed energia oscura (70%). La densità di energia oscura viene chiamata Wl (omega lambda) e il suo valore è oggi il 70% della densità critica, cioè Wl uguale 0,7, ma perché il valore di Wl sia proprio 0,7 è uno dei principali misteri cosmologici. Osservare il passato Per approfondire la conoscenza della struttura dell'universo occorre scavare nel suo passato più remoto, creando strumenti in grado di catturare la luce proveniente da luoghi sempre più lontani. Nell'immagine in alto, il confronto sulla capacità di "osservare il passato " tra il telescopio spaziale Hubble, che cattura luce visibile, il suo successore Webb, che catturerà soprattutto luce infrarossa (previsto per il 2011), e il satellite Wmap. "Le analisi scientifiche delle osservazioni rivelano che la teoria che descrive il cosmo è molto, molto improbabile" "abbiamo osservazioni astronomiche ricchissime, ma possiamo dedurne solo che il 95% della materia è ignoto" "forse il modello cosmologico oggi è solo un guazzabuglio di frammenti in attesa di formare un'immagine armoniosa
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Fonte: ufoonline.altervista.org
