Scienza

L’energia oscura che tormenta i fisici.^©

di Santolo Meo

L’uomo da sempre è spinto verso la comprensione del mondo che lo circonda. La continua ricerca delle leggi che governano i fenomeni naturali è una delle più affascinanti avventure del pensiero umano. Questa indagine è stata costellata nei secoli da grandi conquiste, ma anche da brucianti sconfitte ed effimere certezze. Certezze messe sovente in crisi da nuove scoperte. Ad ogni presunto traguardo raggiunto dalla comprensione umana, ad ogni sistemazione teorica messa a punto con sacrificio e duro lavoro è spesso sopraggiunta una nuova scoperta che ha minato le fondamenta su cui poggiavano le nostre certezze. E a mettere attualmente in crisi le nostre convinzioni sulle leggi che governano l’universo sono una serie di dati sperimentali che indurrebbero gli scienziati a supporre l’esistenza di una energia oscura e di una materia oscura che permeano l’universo in maniera preponderante, al punto che si stima che la materia così come la intendiamo noi, possa rappresentare solo il 4% dell’intera materia presente nell’universo.  Il restante 96 % dovrebbe essere costituito da materia ed energia oscura. Ossia da una sostanza ed una energia di cui se ne deduce la presenza tramite gli attuali modelli fisici ritenuti validi per l’universo, ma di cui non si è ancora riusciti a dimostrare sperimentalmente l’esistenza. Si, perché sembra che la cosiddetta “materia oscura” sfugga ad ogni rilevazione sperimentale.

Per comprendere appieno la portata del problema bisogna partire dai primi anni Trenta del secolo scorso, quando l’astronomo Zwicky calcolò che il materiale visibile nell’ammasso di galassie che stava studiando era almeno 20 volte inferiore a quello che avrebbe dovuto essere per tenere compatta la galassia. Ossia le stelle presso la periferia di queste galassie presentavano velocità orbitali tali che se le galassie fossero state composte solo dalla materia visibile, quelle stelle avrebbero dovuto abbandonare le rispettive galassie in breve tempo.            

Successivamente la stessa “anomalia” fu riscontrata un po’ in tutte le grandi strutture che compongono il Cosmo. Dato che non si osservava nessuna dispersione delle galassie, gli astronomi si convinsero che nell’Universo dovesse esserci della materia non visibile ma non si riuscì mai a capire di che tipo di materia potesse trattarsi, dal momento che tale materia non è visibile tramite strumenti ottici e nemmeno rilevabile in altre bande dello spettro come i raggi X o gamma. In definitiva non si sa ancora con quali strumenti rilevarla direttamente e quindi l’interrogativo è ancora aperto. A complicare le cose hanno inoltre contribuito una serie di prove sperimentali che alla fine del secolo scorso hanno condotto alla scoperta, contrariamente a quanto si immaginava, che viviamo in un universo che si espande in maniera accelerata. Quale forza sostiene l’accelerazione  dell’ Universo?

La forza gravitazionale, scoperta da Newton è di tipo attrattivo e quindi dovrebbe tendere a far avvicinare le galassie, facendo contrarre l’universo o tutto al più rallentandone l’espansione. Perché allora l’universo si espande accelerando la sua espansione? La spiegazione più accreditata è che esisti una “energia oscura”, non si sa bene da cosa originata, ma fornita di una singolare proprietà: la sua gravità non attrae ma respinge, con la conseguenza che l’Universo sta accelerando la sua espansione. L’idea che possa esserci una forma di energia che si oppone alla gravità pur se sconvolgente non è nuova: il primo a ipotizzarne l’esistenza fu proprio Einstein nel 1917. Il grande scienziato nella convinzione, comune in quel tempo a molti scienziati, che l’Universo fosse fisso ed immutabile, adattò la formulazione della sua teoria della relatività generale, che prevedeva un modello di Universo in contrazione introducendo una forza antagonista che chiamò costante cosmologica: essa avrebbe avuto la funzione di opporsi alla gravità fino al punto di rendere statico l’Universo. La fuga delle galassie (il famoso red shift) osservata per la prima volta da Edwin Hubble nel 1929 costrinse Einstein a ripudiare la sua idea ed a rivedere la teoria della relatività generale.     

Tuttavia l’intuizione di una forza antagonista alla gravità forse non fu un errore. Infatti se il valore della costante cosmologica ideata da Einstein fosse solo un po’ più grande di quanto è necessario per fermare la naturale contrazione dell’Universo, esso supererebbe quello conseguente all’attrazione della materia e l’Universo, invece che immobile come cercava di rappresentarlo il grande fisico, sarebbe in espansione come in effetti indicano le recenti misure. La repulsione gravitazionale risolverebbe fra l’altro anche il problema dell’età dell’Universo che in seguito ad alcuni calcoli fondati sulle misure della velocità di espansione e sul suo graduale rallentamento sarebbe di soli 12 miliardi di anni; vi sono invece prove che alcune stelle sono vecchie di 15 miliardi di anni. Ammettendo un aumento della velocità di espansione, l’età dell’Universo sarebbe in accordo con quella dei corpi celesti che contiene. Cosa allora concludere?

Una cosa è certa. L'espansione accelerata del cosmo ci dice che la nostra conoscenza fisica dell’Universo è incompleta e ci dà un'informazione preziosa ma criptica su come completarla. Gli scienziati stanno investigando per trovare prove che possano costituire le premesse per un nuovo passo avanti nella comprensione del mondo che ci circonda. A questo sforzo partecipano anche scienziati italiani. Grandi interrogativi sono tuttavia ancora aperti: Cos’è l’energia oscura? Una proprietà dell’universo che ci circonda; una sostanza che permea il cosmo, oppure la inspiegabile accelerazione dell’universo ci sta solo suggerendo che le equazioni della Relatività generale di Einstein devono essere modificate o che addirittura un’altra formulazione matematica dell’universo va considerata?

© Riproduzione riservata (1 febbraio 2010)