universo
  • Categoria dell'articolo:Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:13 Dicembre 2022

Mettiamo nello shaker un titolo sconvolgente, una domanda antica e qualche goccia di fisica. Se lo scuotiamo bene, dovremo solo assaggiarlo. Ma ci lascerà l’amaro in bocca sapere quale destino attende l’universo? Raccogliamo qui la testimonianza di tutte le persone che si sono chieste fin dall’antichità. Tuttavia, abbiamo un vantaggio: possiamo finalmente fornire risposte utilizzando la scienza all’avanguardia e le previsioni suggeriscono che potremmo essere diretti verso una fine violenta, un Big Rip o Great Tear.

I dati sperimentali si adattano molto bene al Big Rip, indicando il suo verificarsi molto probabile. La base è che l’universo contiene abbastanza energia oscura per “allungarlo”, espandendolo sempre più velocemente. Le galassie si allontaneranno sempre di più e l’attrazione gravitazionale diminuirà gradualmente finché il suo effetto svanirà. Pianeti e satelliti perderanno le loro orbite e le stelle saranno separate dalle galassie. 

L’energia oscura sta espandendo rapidamente l’universo

L’universo su larga scala sta decisamente diventando sempre più grande. In particolare, il suo tasso di espansione sta accelerando. Le equazioni di Einstein indicano che la causa è che è composto principalmente da energia oscura, che produce gravità repulsiva. 

Ammettiamo umilmente prima di andare oltre che i nostri modelli mascherano la nostra ignoranza facendola passare per saggezza. In essi immaginiamo l’energia oscura come un fluido descritto in modo molto elementare. Per questo useremmo variabili ereditate dalla termodinamica.

Da un lato avremmo la pressione di quel fluido e dall’altro la sua densità, cioè la quantità di energia per unità di volume. Se avessimo solo particelle con piccole velocità, quell’energia sarebbe essenzialmente quella delle loro masse. Basterebbe quindi pensare alla gravitazione alla maniera di Newton, senza dipendere da Einstein. Ma ciò non è possibile perché nel nostro universo ci sono anche particelle molto veloci, come fotoni e neutrini.

In considerazione di ciò, proponiamo quindi che l’universo sia una zuppa di diversi fluidi con le loro diverse proprietà. Così facciamo in modo che le equazioni di Einstein ci parlino delle proprietà che i diversi fluidi devono avere affinché si verifichi un’espansione accelerata. E non solo, ci dicono in quali proporzioni dovrebbero essere questi ingredienti. A parte i fotoni (neutrini e altre) avremo materia oscura nel settore dei componenti che producono gravitazione attrattiva e entrano in conflitto con l’energia oscura.

Il tasso di espansione potrebbe diventare infinito

Il tipo più intrigante di energia oscura è la costante cosmologica e rappresenta una barriera davvero unica. L’ipotesi di lavoro più comune per descrivere uno qualsiasi dei suddetti fluidi è che la pressione e la densità di energia siano proporzionali tra loro.

Ma attenzione! Mentre la densità di energia è sempre positiva, l’energia oscura ha una pressione negativa. In effetti, deve essere abbastanza negativo. Il numero che governa il rapporto tra pressione e densità di energia gioca un ruolo cruciale nelle soluzioni delle equazioni di Einstein. Questo parametro ci dice in primo luogo se l’universo si sta espandendo rapidamente o meno. In altre parole, determina se la pressione è sufficientemente negativa da produrre la necessaria repulsione.

Ma una pressione ancora più negativa potrebbe portare a comportamenti drammatici: il tasso di espansione potrebbe improvvisamente diventare infinito. In effetti, lo stesso accadrebbe per le dimensioni dell’universo stesso (e il suo fattore di scala). E ciò avrebbe conseguenze catastrofiche, distruggendo tutte le strutture conosciute. In realtà, tutto sarebbe una sciocchezza in queste condizioni. E anche il cambiamento del cambiamento diventerebbe improvvisamente infinito.

Ci sono prove

La possibilità che si verifichi questa situazione è ben nota da un punto di vista teorico. La sorpresa è che i dati sperimentali sembrano favorire questa situazione. In altre parole, ci sono prove che l’universo potrebbe finire in un Big Rip.

Ebbene, conviene fare una piccola sfumatura per evitare le proteste di alcuni colleghi. A seconda delle fonti consultate, questo scenario non è necessariamente quello maggiormente supportato dalle statistiche. Ma è interessante notare che il consenso è che l’attuale gamma di incertezza include il Big Rip tra le destinazioni finali molto probabili.

La colpa è dell’energia oscura fantasma

Il tipo di energia oscura che causa questa fine violenta del gruppo è chiamata energia oscura fantasma. Per offrire qualche dettaglio in più, è necessario ricorrere a un sistema di unità scelte a tale scopo. Usandolo vediamo che il Big Rip si verificherà se in valore assoluto la pressione supera la densità di energia. Se sono la stessa cosa, siamo di fronte a un caso limite, proprio la famosa costante cosmologica. Questo noto tipo di fluido è stato introdotto da Einstein. Paradossalmente, il suo obiettivo era quello di realizzare un universo statico, senza espansione. Il genio lo abbandonò definendolo il più grande errore della sua vita quando Hubble evidenziò l’espansione dell’universo.

Mancano 130 miliardi di anni al Big Rip

Ma torniamo a ciò che conta. Se l’universo va in mille pezzi, di quali cose dovremmo smettere di preoccuparci? Coloro che ancora pensano di continuare a pagare un mutuo per altri 20 anni tireranno un sospiro di sollievo? Temo di non essere portatore di buone notizie. Il Grande Ripping potrebbe richiedere circa 130 miliardi di anni per verificarsi. Ciò equivale a 10 volte l’età attuale dell’universo.

Tale stima si basa sulla selezione di una coppia di valori all’interno di finestre statisticamente valide. In primo luogo, diremmo che l’energia oscura rappresenta il 70% del contenuto dell’universo. E in secondo luogo, renderemmo la relazione tra pressione e densità di energia solo del 10% più grande rispetto alla costante cosmologica. E con questo, voilà! Prevediamo un Big Rip che impiegherà molto tempo ad arrivare.

Per mettere a punto tutto questo panorama, abbiamo bisogno di osservazioni dell’universo su larga scala in quantità e qualità maggiori. I dati forniti dai telescopi James Webb (in corso) o Nancy Grace Roman (progettati), combinati con i dati di altri sforzi internazionali, contribuiranno senza dubbio a questo. E forse la cosa più interessante non è risolvere l’enigma del destino finale dell’universo. Né è l’opportunità di risolvere altri di cui non abbiamo parlato. La cosa veramente eccitante sarebbe la possibilità che emergano enigmi sconosciuti. Perché, come ha detto il fisico e premio Nobel Kip Thorne, “la risposta giusta raramente è importante quanto la domanda giusta“.

Autore

Ruth LazkozUniversità dei Paesi Baschi/Università dei Paesi Baschi