Come avverrà la fine dell’universo?

Mettiamo insieme un titolo d’impatto, una domanda ancestrale e un pizzico di fisica. Mescoliamo bene ed ecco pronta una riflessione che ci invita a gustarla. Ma ci lascerà un buon sapore in bocca sapere quale destino attende l’universo? Qui raccogliamo l’eredità di tutte le persone che si sono poste questa stessa domanda fin dall’antichità. Tuttavia, abbiamo un vantaggio: oggi possiamo rispondere utilizzando la scienza più avanzata, e le previsioni suggeriscono che potremmo essere diretti verso una fine violenta, un Big Rip.

Le evidenze sperimentali sembrano confermare con grande probabilità l’ipotesi del Big Rip. La base di questa teoria è che l’universo contiene una quantità sufficiente di energia oscura da “stirarlo”, espandendolo in modo sempre più accelerato. Le galassie si allontaneranno sempre più, e la forza gravitazionale diventerà progressivamente insignificante fino a scomparire del tutto. I pianeti e i satelliti perderanno le loro orbite, e le stelle si separeranno dalle galassie. In quel momento, si verificherà il Grande Strappo.

L’energia oscura sta espandendo rapidamente l’universo

Su larga scala, l’universo sta indubbiamente diventando sempre più grande, e lo sta facendo a un ritmo sempre più accelerato. Le equazioni di Einstein indicano che ciò è dovuto al fatto che l’universo è composto in gran parte da energia oscura, che produce gravità repulsiva. Ma possiamo essere più precisi?

Dobbiamo ammettere con umiltà che i nostri modelli spesso mascherano la nostra ignoranza sotto una parvenza di sapienza. Immaginiamo l’energia oscura come un fluido descritto in modo molto elementare, utilizzando variabili ereditate dalla termodinamica. Da un lato consideriamo la pressione di questo fluido, dall’altro la sua densità, ossia la quantità di energia per unità di volume. Se ci fossero solo particelle a basse velocità, questa energia deriverebbe essenzialmente dalle loro masse, e potremmo spiegare tutto con la gravità newtoniana, senza ricorrere ad Einstein. Ma non è possibile, perché nell’universo ci sono anche particelle molto veloci, come fotoni e neutrini.

Di conseguenza, consideriamo l’universo come una “zuppa” di fluidi diversi con proprietà diverse. In questo modo, le equazioni di Einstein ci parlano delle caratteristiche che ciascun fluido deve avere per giustificare l’espansione accelerata e delle proporzioni in cui questi ingredienti devono trovarsi. Oltre ai fotoni, ai neutrini e ad altri componenti, abbiamo la materia oscura che produce gravità attrattiva, in contrasto con l’energia oscura.

Il ritmo di espansione potrebbe diventare infinito

Il tipo di energia oscura più intrigante è la costante cosmologica, una barriera molto singolare. La descrizione più comune dei fluidi considera che pressione e densità di energia siano proporzionali. Ma attenzione: sebbene la densità di energia sia sempre positiva, l’energia oscura ha una pressione negativa. E deve essere sufficientemente negativa per produrre una repulsione adeguata.

Una pressione ancora più negativa potrebbe però portare a un comportamento drammatico: il ritmo di espansione dell’universo potrebbe diventare improvvisamente infinito, così come le sue dimensioni. Questo avrebbe conseguenze catastrofiche, distruggendo tutte le strutture conosciute.

Le evidenze non mancano

Dal punto di vista teorico, questa possibilità è ben nota. La sorpresa è che i dati sperimentali sembrano supportare questa eventualità. In altre parole, ci sono evidenze che l’universo potrebbe finire in un Big Rip.

Va precisato, però, che questo scenario non è necessariamente quello più probabile secondo la statistica. Tuttavia, il consenso scientifico ammette che il Big Rip rientra tra i destini finali molto probabili dell’universo, entro gli attuali margini di incertezza.

L’energia oscura fantasma è la responsabile

La causa di questa fine violenta è l’energia oscura fantasma. In un sistema di unità specifico, vediamo che il Big Rip si verificherà se, in valore assoluto, la pressione supererà la densità di energia. Quando sono uguali, ci troviamo nel caso limite della famosa costante cosmologica, introdotta da Einstein per immaginare un universo statico. Successivamente, Einstein definì questa idea il suo “più grande errore” dopo la scoperta dell’espansione dell’universo da parte di Hubble.

Mancano 130 miliardi di anni al Big Rip

Ma torniamo al punto cruciale. Se l’universo si spezzerà in mille pezzi, di quali preoccupazioni possiamo liberarci? Chi ha ancora 20 anni di mutuo da pagare può tirare un sospiro di sollievo? Mi dispiace deludervi, ma il Big Rip potrebbe verificarsi tra circa 130 miliardi di anni, ossia 10 volte l’età attuale dell’universo.

Questa stima si basa su valori statistici validi, assumendo che l’energia oscura rappresenti il 70% del contenuto dell’universo e che il rapporto tra pressione e densità di energia sia solo del 10% maggiore rispetto alla costante cosmologica.

Enigmi ancora da scoprire

Per affinare queste previsioni, servono più osservazioni del cosmo su larga scala. Strumenti come i telescopi James Webb e Nancy Grace Roman, insieme ad altri progetti internazionali, forniranno dati preziosi. Ma forse ciò che renderà davvero entusiasmante questa ricerca non sarà risolvere l’enigma del destino finale dell’universo, bensì scoprire nuovi enigmi sconosciuti. Come ha detto il fisico e premio Nobel Kip Thorne: “La risposta giusta è raramente tanto importante quanto la domanda giusta.”