1 La gravità è responsabile della esistenza dell’universo
Stephen Hawking, in un documentario televisivo, trasmesso dal canale Discovery
Science nel 2011, parlando dell’importanza della gravità ha introdotto un esempio
particolarmente significativo.
Supponendo di trovarci in un ambiente grande a piacere e in assenza di qualsiasi
forza e di sistemare in modo regolare un numero imprecisato di biglie di acciaio tutte
allineate e tutte a uguale distanza l’una dall’altra, la gravità agente tra le biglie non
avrebbe alcuna influenza sulla distribuzione pensata. In altre parole, se la materia è
distribuita in modo perfettamente uniforme nello spazio, non succede proprio nulla.
Ciascun elemento è in perfetto equilibrio con ogni altro.
Ma se spostassimo nel nostro esperimento qualche biglia dalla sua posizione originale
rompendo l’equilibrio iniziale, potremmo osservare che, sotto l’effetto della gravità,
le biglie si distribuirebbero secondo la legge di Newton e man mano che la massa si
accresce in alcune zone si comincerebbero ad aggregare sempre più biglie presenti
nel raggio di azione della massa più grande. Il risultato sarebbe un insieme indefinito
di aggregazioni di biglie alquanto e apparentemente disordinato ma rispettoso delle
leggi della gravitazione universale e dell’energia minima.
Così dovrebbe essere avvenuto nell’universo; una piccola difformità ha creato gli
agglomerati che oggi chiamiamo nebulose, galassie, stelle, pianeti e materia.
Quindi le sconfinate galassie, tra cui la nostra via Lattea, in cui sono stimate almeno
100 miliardi di stelle sono tenute insieme dalle masse della materia presente?
Per qualche tempo gli scienziati ne sono stati convinti, poi, alla scoperta dei buchi
neri e della presenza di un buco nero massivo al centro della via Lattea, hanno
immaginato che la mostruosa forza di gravità presente potesse plasmare l’intera
galassia così come noi la vediamo. Finché qualche scienziato non ha cominciato ad
usare i supercomputer per simulare il comportamento della galassia e verificare la sua
forma.
Ciò che è venuto fuori ha sorpreso, una volta di più, gli studiosi e le convinzioni
ormai consolidate.
La forza di gravità della materia visibile non è sufficiente a tenere insieme una
galassia. Sotto l’azione dell’energia presente e della corrispondente massa visibile il
modello, elaborato al computer, si risolveva in una dispersione della materia nello
spazio!
Da quel momento si è dovuto ricorrere al concetto di materia oscura. Materia non
visibile ed inerte ma costituita di massa reale. Tale materia oscura è presente in una
percentuale di circa il 70% della massa totale e garantisce la stabilità delle galassie.
La materia oscura non reagisce con la materia visibile anzi, addirittura l’attraversa
senza lasciare alcuna traccia. E’ un fantasma dell’Universo che pesa per circa il 70%
del totale.
Gli studiosi sono riusciti, basandosi sull’effetto della lente gravitazionale che incurva
la luce, a tracciare i confini e il comportamento della materia oscura.
I supercomputer hanno consentito di verificare in modo matematico molte
affermazioni a cui ci eravamo abituati. Una di queste è che l’Universo è in espansione
secondo la legge di Hubble e che ciascuna galassia si allontana dalle altre con una
velocità proporzionale alla distanza. A seconda della costante di espansione già
presente nelle equazioni di Einstein si ipotizzavano tre principali possibili scenari
dell’evoluzione:
a) il modello chiuso: l’universo si espande fino ad un certo valore dopo di ché
prevale la forza gravitazionale e l’universo comincia a contrarsi fino a ridursi
ad una singolarità
b) il modello aperto: l ’universo si espande in modo indefinito e si disgregherà
completamente
c) il modello dinamico: l’universo si espande e si contrae secondo cicli.
Per ciascun modello gli scienziati che hanno ipotizzato lo scenario dell’evoluzione
hanno anche ipotizzato il valore della costante di espansione λ presente nella seconda
versione delle equazioni di Einstein sulla teoria della relatività generale.
Jacques Merleau Ponty, filosofo e scienziato francese nel suo saggio “Teorie
cosmogoniche del XX° secolo”, ha fatto la storia di tutte le teorie allora conosciute.
Ma proprio in questi anni i potenti telescopi spaziali, lanciati nello spazio, hanno dato
una nuova risposta.
L’universo si espande ma la sua velocità di espansione è crescente!
Ma allora, dato per certo la presenza di materia oscura e della forza di gravitazione
universale, cosa è che fa aumentare la sua velocità di espansione?
Semplice l’energia oscura!
Osservazioni specifiche della costituzione delle componenti dell’Universo
conosciuto, hanno sentenziato una verità che per molti osservatori suona come una
sconfitta: il 95% circa della massa-energia dell’universo non è visibile.
La distribuzione oggi proposta è così definita: 5% massa gravitazionale, 25% materia
oscura, 70% energia oscura. Nella rappresentazione seguente tratta da Wikimedia
Commons il dettaglio della torta.
Figura 1 Distribuzione della materia nell'universo
Lo studio dell’energia oscura è ancora all’inizio. Le prime idee parlano di una quinta
forza fondamentale oltre le quattro già consolidate del sistema standard (Gravità,
Elettromagnetismo, Forza nucleare forte, Forza nucleare debole), sviluppata da una
nuova particella che si comporta in modo diverso a seconda di dove agisce. In
presenza di un campo gravitazionale forte, la sua presenza non viene avvertita; ma
nello spazio profondo dove non pesano campi gravitazionali è in grado di agire
facendo dilatare lo spazio.
Per questo suo peculiare comportamento è stata battezzata “camaleonte”. Il compito
di scovarla è stato affidato come per la particella di Higgs al LHC di Ginevra.
