Ma perché l'universo si espande ad un tasso in costante accelerazione ?

Una originale soluzione a questo puzzle cosmologico è stata proposta da quattro fisici teorici: Edward W. Kolb, del Fermi National Accelerator Laboratory dell’ U.S. Department of Energy, Chicago (USA), Sabino Matarrese, della Università di Padova, Alessio Notari, della University of Montreal (Canada), e Antonio Riotto, dell'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) di Padova.

Prima però occorre fare un passo indietro. Albert Einstein, inizialmente pensava che l'universo fosse statico, cioè che non si espandeva né si contraeva. Quando però la sua teoria della Relatività Generale mostrò chiaramente che l'universo doveva per forza espandersi o contrarsi, Einstein introdusse un nuovo elemento: una “costante cosmologica” che serviva a rappresentare una densa massa di spazio vuoto che guida l'espansione dell'universo ad un tasso in costante accelerazione, e che i fisici oggi chiamano materia-energia oscura. Quando, nel 1929, Edwin Hubble dimostrò con le sue osservazioni che l'universo stava in effetti espandendosi, Einstein ripudiò la sua costante cosmologica definendola “il più grande blunder della sua vita”.

Nel 1998, osservazioni di lontane supernovae hanno dimostrato e confermato l'espansione in accelerazione dell'universo. Per spiegarla, finora, si è postulata teoricamente l'esistenza dell'energia oscura - circa il 70 percento della totale massa dell'universo – e della materia oscura - 25 percento - mentre solo il 5 percento sarebbe composto di materia ordinaria, ovvero quarks, protoni, neutroni ed elettroni che compongono tutto l'esistente, comprese le “unità carbonio” (gli umani).

“L'ipotesi dell'energia oscura è estremamente affascinante”, dice Antonio Riotto, “ma rappresenta anche un problema, dato che nessun modello teoretico riesce a spiegare la presenza di questa misteriosa forza. Se veramente l'ammontare di questa energia fosse quello che dicono le teorie, l'universo si sarebbe espanso con una tale velocità che avrebbe precluso l'esistenza di tutto ciò che conosciamo”. L'ammontare requisito di energia oscura è cioè difficilmente conciliabile con le leggi conosciute della fisica, tanto che sono state avanzate le più esotiche spiegazioni, incluse nuove forze, nuove dimensioni dello spazio-tempo, nuove particelle elementari ultraleggere.

Il nuovo studio propone invece che l'attuale tasso di accelerazione dell'espansione sia una conseguenza del modello cosmologico standard per l'universo primigenio. “La nostra soluzione al paradosso posto dall'universo in espansione accelerata”, continua Riotto, “risiede nella cosiddetta teoria inflazionaria che risale al 1981 (proposta dal fisico statunitense Alan Guth, ndr)”. Secondo questa teoria, nel tempo di una minuscola frazione di secondo, subito dopo il Big Bang, l'universo avrebbe conosciuto una espansione incredibilmente rapida, superiore alla velocità della luce, producendo fluttuazioni caotiche che avrebbero generato oscillazioni nello spazio-tempo, così come predetto dalla teoria della Relatività Generale di Einstein. Queste oscillazioni si sarebbero poi ampliate man mano che l'universo si espandeva, e oggi si estendono oltre i nostri orizzonti cosmici, verso regioni più vaste dell’universo osservabile (l'universo “osservabile” è limitato ad un raggio di circa 15 miliardi di anni di luce perché è la distanza massima che può coprire la luce viaggiando fino a noi dal tempo del Big Bang, ndr).

La teoria inflazionaria spiegherebbe perché l'universo appaia così omogeneo. Recentemente, gli esperimenti Boomerang e WMAP, con cui si misurano le sottili fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo, hanno ulteriormente confermato la teoria inflazionaria. Gli autori dello studio sostengono che l'espansione accelerata dell'universo si deve proprio all'evoluzione di questi ripples cosmici: “In questa prospettiva non c'è più bisogno di ricorrere all’energia oscura”, conclude Riotto.

Edward Kolb, dei Fermi Labs, dice che “in base ai dati che ci forniranno i prossimi esperimenti saremo in grado di valutare concretamente la nostra teoria e finalmente sapremo se Einstein era nel giusto quando introdusse la costante cosmologica o se era nel giusto quando più tardi la rinnegò”.

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

Fermi National Accelerator Laboratory

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Padova

E-mail: Alessio Mannucci