Cosmologia – 15 – Dark Energy: L’energia oscura dello spazio vuoto

di Mario Giardini

dark energyIl Premio Nobel per la Fisica, anno 2011, fu asegnato a tre cosmologi: Perlmutter (Lawrence Berkeley National Laboratory, California), Schmidt (Australian National University, Weston Creek) e Riess (Space Telescope Science Institute and John Hopkins University, Baltimora).

Che cosa hanno fatto I tre per meritarlo? Competendo e polemizzando fra di loto, talvolta acidamente, talaltra un po’ meschinamente, hanno prodotto, insieme, una Rivoluzione (la maiuscola è meritata). Ed il Nobel, anche.

Vediamo perché. Fino al 1998 molti cosmologi trattavano di capire se l’espansione dell’universo, iniziata quattordici miliardi di anni prima con il big bang, stesse rallentando e di quanto. Per capire, insomma, se l’espansione sarebbe continuata, o ad un certo punto si sarebbe fermata. E magari sarebbe subentrata una contrazione e tutto sarebbe finito in un big crunch, cioè in un’implosione finale. Con l’universo ridotto ad un punto di densità infinita e volume zero.

Per capire meglio e di più, nel 1987 al Lawrence Laboratory diedero il via al SCP (Supernova Cosmology Project). Lo scopo era cercare, e trovare, le Supernove di tipo 1A. A Baltimora speravano anche, fra le altre cose, di poter calcolare, studiando il loro comportamento, di quanto l’universo stesse decelerando dopo l’esplosione iniziale.

Si pensava, in quel tempo, che una decelerazione dovesse pur esserci. Essendo tramontata l’idea che esistesse ciò che Einstein chiamò costante cosmologica, una sorta di forza antigravitazionale (che avrebbe dovuto assicurare un universo in equilibrio, senza espansione o contrazione), si credeva che la massa nota dell’universo fosse, comunque, sufficiente a rallentare, se no proprio fermare, il moto d’espansione.

Perlmutter divenne, dopo qualche tempo, capo del team del’SCP. Nel 1995, tuttavia, nonostante si fossero identificate un certo numero di supernovae promettenti, l’estrema difficoltà delle osservazioni e delle relative misure non permetteva ancora di raggiungere risultati sufficientemente sicuri da essere pubblicati. Furono introdotti dal team SCP molte, e innovative, tecniche di misurazione e correzione delle misure.

Tuttavia, fu Schmidt che, organizzando il cosiddetto High-Z Supernova Search Team, con la collaborazione di studiosi del telescopio di Cerro Tololo (Cile), fra cui Riess, riuscì finalmente a risolvere i problemi causati alle loro misure dalle distorsioni introdotte dal pulviscolo interstellare.

Entrambi i gruppi, a breve distanza uno dall’altro, pubblicarono i propri risultati. Entrambi concordavano su un valore minore di 1 della massa osservabile dell’universo, rispetto al valore critico (quello necessario per rallentare ed infine fermarne l’espansione). Questo valore creava un problema serio: se la teoria standard di un universo inflazionario è corretta, allora vuol dire che può davvero esistere una costante cosmologica. Quella stessa che Einstein definì “il più grande errore” della sua vita.

Studiando i dati ottenuti, e confrontando la magnitudo delle supernove scoperte con lo redshift, cioè lo spostamento verso il rosso della luce da loro emessa, nel 1997 venne fuori una novità straordinaria: le supernove in questione avevano una densità di massa…negativa.

Fatto fisicamente impossibile, ovviamente. Che cosa significava questa cosa? In parole povere: l’espansione dell’universo non stava decelerando, ma accelerando. Cioè le stelle più lontane si allontanano da noi sempre più velocemente, invece di rallentare, come dovrebbero secondo la teoria cosmologica standard.

Esiste dunque una dark energy, che possiamo immaginare come una gravità negativa, che allontana fra di loro le galassie, e le fa accelerare. Cioè esiste la costante cosmologica di Einstein.

Fra i gruppi in competizione seguirono polemiche aspre sulla primogenitura delle scoperte. Il Nobel concesso ai tre di cui sopra rimette a posto, e sia benvenuto, anche l’aspetto più volgare e meno nobile di questa avventura della scienza ai bordi dell’Universo..

Parlavo di Rivoluzione, all’inizio. E una rivoluzione c’è, per davvero. L’universo contiene, perché misurata sperimentalmente, una energia oscura.

E la fonte, almeno stando alle conoscenze e teorie odierne, non può che essere….lo spazio.

Lo spazio vuoto.

L’energia oscura dello spazio vuoto è quella che governa l’universo che conosciamo. Non mi stupirei si confermasse, un giorno, che l’energia totale dell’universo è pari a zero.

Ed il significato sarebbe questo: l’universo è nato dal nulla. Da fluttuazioni quantiche dello spazio vuoto.

Non sarebbe una buona notizia per le fedi organizzate.

Mario Giardini

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2 commenti

    • Mario Giardini il 15/05/2016 alle 9:58 pm

    Non confondere la mappa col territorio.

    • Pier Vittorio Gard il 09/05/2016 alle 10:26 pm

    Di tutte le costanti fisiche il cui valore contribuisce al “fine tuning” dell’universo,l’energia oscura è la più misteriosa e affascinante.
    Da un lato, non è affatto chiaro quali particelle la trasportino, infatti l’energia del vuoto, calcolata sulla base delle fluttuazioni di coppie “virtuali” di particelle e antiparticelle, darebbe un valore più grande di un fattore di 10 elevato a 120!! Questo significa che dovrebbero esserci degli effetti di cancellazione reciproca, per ora inimmaginabili. Una ipotesi alternativa(“quintessenza”) prevede che l’energia oscura assuma la forma di una particella non ancora rilevata, il cui campo è presente in ogni punto dello spazio. Questa particella, pur avendo alcune delle proprietà della particella di Higgs, sarebbe più leggera di 44 ordini di grandezza(Le Scienze, gennaio 2016).
    D’altro lato, al di là dell’enigma sulla sua natura, quello che l’energia oscura fa pensare è il fatto che sembra proprio calcolata con il preciso scopo di preparare e assicurare le condizioni per la vita! Principio antropico? Grand design?
    Secondo S.Hawking e A.Vilenkin,l’energia globale dell’universo è pari a zero, dato che l’energia positiva della massa è bilanciata dall’energia negativa della gravità, e questo suggerisce l’ipotesi della creazione spontanea dell’universo dal nulla. Ma la nascita dal nulla comporta un intrigante enigma, come fa notare lo stesso Alex Vilenkin che ha teorizzato la “nucleation “ dell’universo grazie all’effetto “tunneling”, a partire da una fluttuazione quantistica casuale. L’effetto “tunneling”, infatti, è governato dalle stesse leggi fondamentali che descrivono la successiva evoluzione dell’universo. Ne segue che queste leggi avrebbero dovuto essere presenti già prima della nascita dell’universo! Ora, queste leggi sono espresse come equazioni matematiche, ma, in assenza di tempo e spazio, dove erano scritte?
    E questo ci rispedisce nel mistero più profondo.
    Pier Vittorio Gard

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