QUALE DESTINO PER L'UNIVERSO? -parte terza
UN COSMO TROPPO "SOTTO PESO"
I modelli possibili sul destino dell'universo sono tre. Ora bisogna vedere quale si verificherà realmente: contrazione, espansione infinita oppure arresto? Per farlo bisogna confrontare la velocità di espansione con la quantità complessiva di materia. La conoscenza della prima grandezza sta diventando sempre più precisa grazie alle misure del telescopio Hubble e dei grandi strumenti a terra di nuova generazione. La seconda è invece problematica.
Cominciamo calcolando la massa di TUTTA la materia visibile. Conosciamo abbastanza bene la massa del Sole. Possiamo inoltre dire che la nostra galassia, la Via Lattea, possiede circa 500 miliardi di masse solari. Poi stimiamo il numero complessivo di galassie osservabili, pari a 50 miliardi.Risultato (approssimativo), in kg: 5 seguito da 52 zeri! Tanto? Se non ci fosse altra materia nel cosmo, dovremmo concludere che la densità dell'universo non è sufficiente a "chiuderlo" e ci attende un futuro di gelo inarrestabile. Tuttavia sappiamo pure che quanto vediamo non esaurisce il contenuto dell'universo. Infatti gran parte della massa, dieci o forse cento volte più di quella osservabile, è in forma invisibile e oscura. Ci accorgiamo della sua presenza perchè ne avvertiamo gli effetti gravitazionali. Per esempio, se la materia di cui sono composte le galassie fosse solo quella visibile, esse non potrebbero mantenere la propria elevata velocità di rotazione e finirebbero per disgregarsi. Qual è dunque la natura di questa materia oscura, che c'è ma non si vede? Un gruppo di ricercatori italiani e svizzeri ha proposto che le galassie siano circondate da un alone di nane brune, stelle troppo poco massicce per innescare le reazioni termonucleari, astri freddi e oscuri circondati da bozzoli di idrogeno molecolare. Oppure potrebbe trattarsi degli sfuggenti neutrini, particelle ritenute originariamente prive di massa, ma che secondo l'esperimento giapponese Kamiokande una massa, seppur infinitesimale, ce l'hanno, e quindi danno un contributo al cosmo. Un'altra ipotesi (quella che io, personalmente, trovo più affascinante!) è che la materia oscura sia formata dalle WIMP (WEAKLY INTERACTING MASSIVE PARTICLES, cioè particelle massicce debolmente interagenti; debolmente è riferito al fatto che dette particelle risentono della forza nucleare debole), a cui gli scienziati hanno attribuito nomi bizzarri: gravitini, fotini, assioni. Finchè non avremo più informazioni sulla natura e la quantità di materia oscura che riempie il nostro universo, non potremo dire con ragionevole certezza quale sarà il suo destino. Le attuali misure sulla velocità di espansione sono abbastanza incerte da lasciare aperte tutte le possibilità, sebbene molti astrofisici ritengano che anche il contributo della materia oscura non sia sufficiente ad arrestare l'espansione e a "chiudere" il cosmo. Non solo: recenti studi sulla luminosità di supernove lontane sembrano indicare che non solo l'universo si sta espandendo, ma lo fa con un'accelerazione maggiore del previsto, probabilmente grazie a una forza repulsiva di nuovo tipo, non prevista dalle teorie.
CATASTROFE IMPROVVISA
Arriverà, inattesa e repentina. E quando ce ne accorgeremo sarà troppo tardi per tutti. Non fra miliardi di anni, ma forse domani stesso. No, non stiamo parlando di un asteroide assassino che potrebbe colpire il nostro pianeta e spazzare via il genere umano. E neppure delle radiazioni letali liberate dall'esplosione di una supernova vicina al sole che potrebbe sterilizzare la Terra. Non potremo rifugiarci su un altro pianeta del sistema solare o fuggire sui pianeti di un'altra stella. L'Apocalisse potrebbe essere più definitiva, improvvisa e globale e coinvolgere il cosmo intero. Quando i fisici parlano del vuoto, non intendono banalmente l'assenza di materia e di energia. Il vuoto quantistico è occupato dalla continua apparizione e scomparsa di particelle e antiparticelle elementari, che nascono dal nulla e in un attimo brevissimo si annichilano, sparendo definitivamente. Questo ribollire di creazioni e sparizioni può essere più o meno energetico, o "eccitato". Secondo la teoria inflazionaria dell'universo, per esempio, pochi attimi dopo il Big Bang, il cosmo si sarebbe trovato in uno stato di vuoto eccitato, o "falso vuoto", durante il quale avrebbe subito un'espansione enorme e rapidissima. Poi sarebbe precipitato nella condizione attuale di "vero vuoto", più stabile. O forse no! E' quanto hanno sostenuto all'inizio degli anni Ottanta i fisici Sidney Coleman e Frank De Luccia. Secondo i due studiosi l'attuale condizione dell'universo potrebbe non essere il "vero vuoto", ma un vuoto "metastabile", ossia stabile su tempo molto lunghi, magari decine di miliardi di anni, ma non permanente. La prospettiva è terrificante. Infatti in qualsiasi momento il "vero vuoto" potrebbe crearsi in un qualche punto del cosmo, e da lì iniziare a propagarsi. Le pareti della bolla in espansione viaggerebbero alla velocità della luce, e all'interno di esse le particelle subirebbero una trasformazione radicale e definitiva, mentre l'energiae la pressione del "vero vuoto" farebbero precipitare tutto il contenuto della bolla in una singolarità spazio-temporale, dalle dimensioni infinitesime, e dalla densità infinita. Nel destino del cosmo non ci sarebbe quindi nè un'espansione eterna, nè una lenta contrazione, ma una morte improvvisa e senza scampo per ogni cosa e per ogni essere vivente. I due scienziati l'hanno definita la "catastrofe ecologica definitiva". Non potremmo neppure prepararci scoprendo in anticipo la bolla in arrivo, perchè niente può superare la velocità della luce: quindi nessun segnale di ciò che sta accadendo potrebbe raggiungerci prima della bolla stessa. E a quel punto sarebbe troppo tardi. Magari è già accaduto. E forse già ora il "vero vuoto" si sta espandendo in ogni dove. E il nostro destino è già segnato........
PER CHI VOLESSE APPROFONDIRE, ALCUNI LIBRI DA CUI HO TRATTO "ISPIRAZIONE", E CHE CONSIGLIO CALDAMENTE A CHI E' APPASSIONATO ALLA MATERIA, E VUOLE CIMENTARSI IN UNA LETTURA MOLTO DETTAGLIATA, MA SENZA FORMULE MATEMATICHE INCOMPRENSIBILI PER CHI NON SI CHIAMI ALBERT EINSTEIN:
La prima parte qui e la seconda qui
I modelli possibili sul destino dell'universo sono tre. Ora bisogna vedere quale si verificherà realmente: contrazione, espansione infinita oppure arresto? Per farlo bisogna confrontare la velocità di espansione con la quantità complessiva di materia. La conoscenza della prima grandezza sta diventando sempre più precisa grazie alle misure del telescopio Hubble e dei grandi strumenti a terra di nuova generazione. La seconda è invece problematica.
Cominciamo calcolando la massa di TUTTA la materia visibile. Conosciamo abbastanza bene la massa del Sole. Possiamo inoltre dire che la nostra galassia, la Via Lattea, possiede circa 500 miliardi di masse solari. Poi stimiamo il numero complessivo di galassie osservabili, pari a 50 miliardi.Risultato (approssimativo), in kg: 5 seguito da 52 zeri! Tanto? Se non ci fosse altra materia nel cosmo, dovremmo concludere che la densità dell'universo non è sufficiente a "chiuderlo" e ci attende un futuro di gelo inarrestabile. Tuttavia sappiamo pure che quanto vediamo non esaurisce il contenuto dell'universo. Infatti gran parte della massa, dieci o forse cento volte più di quella osservabile, è in forma invisibile e oscura. Ci accorgiamo della sua presenza perchè ne avvertiamo gli effetti gravitazionali. Per esempio, se la materia di cui sono composte le galassie fosse solo quella visibile, esse non potrebbero mantenere la propria elevata velocità di rotazione e finirebbero per disgregarsi. Qual è dunque la natura di questa materia oscura, che c'è ma non si vede? Un gruppo di ricercatori italiani e svizzeri ha proposto che le galassie siano circondate da un alone di nane brune, stelle troppo poco massicce per innescare le reazioni termonucleari, astri freddi e oscuri circondati da bozzoli di idrogeno molecolare. Oppure potrebbe trattarsi degli sfuggenti neutrini, particelle ritenute originariamente prive di massa, ma che secondo l'esperimento giapponese Kamiokande una massa, seppur infinitesimale, ce l'hanno, e quindi danno un contributo al cosmo. Un'altra ipotesi (quella che io, personalmente, trovo più affascinante!) è che la materia oscura sia formata dalle WIMP (WEAKLY INTERACTING MASSIVE PARTICLES, cioè particelle massicce debolmente interagenti; debolmente è riferito al fatto che dette particelle risentono della forza nucleare debole), a cui gli scienziati hanno attribuito nomi bizzarri: gravitini, fotini, assioni. Finchè non avremo più informazioni sulla natura e la quantità di materia oscura che riempie il nostro universo, non potremo dire con ragionevole certezza quale sarà il suo destino. Le attuali misure sulla velocità di espansione sono abbastanza incerte da lasciare aperte tutte le possibilità, sebbene molti astrofisici ritengano che anche il contributo della materia oscura non sia sufficiente ad arrestare l'espansione e a "chiudere" il cosmo. Non solo: recenti studi sulla luminosità di supernove lontane sembrano indicare che non solo l'universo si sta espandendo, ma lo fa con un'accelerazione maggiore del previsto, probabilmente grazie a una forza repulsiva di nuovo tipo, non prevista dalle teorie.
CATASTROFE IMPROVVISA
Arriverà, inattesa e repentina. E quando ce ne accorgeremo sarà troppo tardi per tutti. Non fra miliardi di anni, ma forse domani stesso. No, non stiamo parlando di un asteroide assassino che potrebbe colpire il nostro pianeta e spazzare via il genere umano. E neppure delle radiazioni letali liberate dall'esplosione di una supernova vicina al sole che potrebbe sterilizzare la Terra. Non potremo rifugiarci su un altro pianeta del sistema solare o fuggire sui pianeti di un'altra stella. L'Apocalisse potrebbe essere più definitiva, improvvisa e globale e coinvolgere il cosmo intero. Quando i fisici parlano del vuoto, non intendono banalmente l'assenza di materia e di energia. Il vuoto quantistico è occupato dalla continua apparizione e scomparsa di particelle e antiparticelle elementari, che nascono dal nulla e in un attimo brevissimo si annichilano, sparendo definitivamente. Questo ribollire di creazioni e sparizioni può essere più o meno energetico, o "eccitato". Secondo la teoria inflazionaria dell'universo, per esempio, pochi attimi dopo il Big Bang, il cosmo si sarebbe trovato in uno stato di vuoto eccitato, o "falso vuoto", durante il quale avrebbe subito un'espansione enorme e rapidissima. Poi sarebbe precipitato nella condizione attuale di "vero vuoto", più stabile. O forse no! E' quanto hanno sostenuto all'inizio degli anni Ottanta i fisici Sidney Coleman e Frank De Luccia. Secondo i due studiosi l'attuale condizione dell'universo potrebbe non essere il "vero vuoto", ma un vuoto "metastabile", ossia stabile su tempo molto lunghi, magari decine di miliardi di anni, ma non permanente. La prospettiva è terrificante. Infatti in qualsiasi momento il "vero vuoto" potrebbe crearsi in un qualche punto del cosmo, e da lì iniziare a propagarsi. Le pareti della bolla in espansione viaggerebbero alla velocità della luce, e all'interno di esse le particelle subirebbero una trasformazione radicale e definitiva, mentre l'energiae la pressione del "vero vuoto" farebbero precipitare tutto il contenuto della bolla in una singolarità spazio-temporale, dalle dimensioni infinitesime, e dalla densità infinita. Nel destino del cosmo non ci sarebbe quindi nè un'espansione eterna, nè una lenta contrazione, ma una morte improvvisa e senza scampo per ogni cosa e per ogni essere vivente. I due scienziati l'hanno definita la "catastrofe ecologica definitiva". Non potremmo neppure prepararci scoprendo in anticipo la bolla in arrivo, perchè niente può superare la velocità della luce: quindi nessun segnale di ciò che sta accadendo potrebbe raggiungerci prima della bolla stessa. E a quel punto sarebbe troppo tardi. Magari è già accaduto. E forse già ora il "vero vuoto" si sta espandendo in ogni dove. E il nostro destino è già segnato........
PER CHI VOLESSE APPROFONDIRE, ALCUNI LIBRI DA CUI HO TRATTO "ISPIRAZIONE", E CHE CONSIGLIO CALDAMENTE A CHI E' APPASSIONATO ALLA MATERIA, E VUOLE CIMENTARSI IN UNA LETTURA MOLTO DETTAGLIATA, MA SENZA FORMULE MATEMATICHE INCOMPRENSIBILI PER CHI NON SI CHIAMI ALBERT EINSTEIN:
- M. KAKU: FISICA DELL'IMPOSSIBILE;
- P. DAVIES: GLI ULTIMI TRE MINUTI;
- F. CAPRA: IL TAO DELLA FISICA;
- G. STAGHUN: BREVE STORIA DEL COSMO;
- J. CASTI: EVENTI X;
- J. GRIBBLIN: L'UNIVERSO;
- T. REGGE: L'INFINITO
La prima parte qui e la seconda qui
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http://it.wikipedia.org/wiki/Falso_vuoto