(come finirà -forse- l'Universo)

Scienza

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Bruma, “Babilonia”, Me(ta)Faust, Quadro ventesimo quinto.

E alla fine?  Ma ci sarà una fine? Torniamo alla cosmologia, torniamo all’Universo. Se l’Universo fosse stazionario, niente di eccitante… un atomo di idrogeno spunterebbe ogni tanto dal vuoto mantenendo costante la densità di un Universo uguale in media a sè stesso per l’eternità. Noioso… Se invece hanno ragione le tradizioni religiose\esoteriche, questa manifestazione sarà riassorbita. Se sono vere le soluzioni “dinamiche” della Relatività Generale, tre futuri sono possibili :

1)      L’universo dopo aver raggiunto una massima espansione, comincerà a restringersi. Lentamente e inesorabilmente il ciclo si invertirà, il tempo stesso si invertirà, i cieli torneranno infine luminosi e precipiteremo in un nuova singolarità. Universo ellittico.

2)      L’Universo continuerà ad espandersi, seppure sempre più lentamente. Il tempo non finirà ma le braci della materia-energia arderanno sempre più fioche. Un “freddo” entropico ucciderà infine ogni possibilità di cambiamento\trasformazione\vita. Universo parabolico.

3)      L’Universo continuerà ad espandersi, ma più velocemente che nel caso precedente. Una più rapida e pietosa “morte termica” porrà fine al tutto. Universo iperbolico.

Come distinguere tra i tre possibili destini ultimi? Quale è il fattore discriminante? Secondo la teoria è la quantità di massa\energia presente nell’Universo stesso. Se vi è abbastanza massa, l’Universo è chiuso, l’attrazione gravitazionale alla fine frenerà la corsa delle galassie; il moto, ora centrifugo, si invertirà, le galassie torneranno ad avvicinarsi sempre più, sempre più vicine fino ad un inimmaginabile Big-Crunch, lo scontro finale in cui si ricreerà la singolarità iniziale. Big-Bang, Big-Crunch, due estremità simmetriche. Noi saremmo ora più prossimi alla prima, abbastanza lontani ancora dal punto di inversione. Se viceversa non vi fosse sufficiente massa nell’Universo l’espansione prevarrebbe sulla forza di gravità, le galassie brillerebbero sempre più fiocamente e sempre più distanti tra di loro in abissi crescenti di spazio desolato e vuoto.  Infine, lentamente, tutto si porterebbe all’equilibrio termico, l’energia non si distruggerebbe no, ma diverrebbe inutilizzabile per ogni fine pratico. La morte termica, il trionfo finale dell’entropia. Universo aperto, non vi è ritorno. Una analogia è possibile tra i tre stati dell’Universo e le tre orbite accessibili per un oggetto (un satellite, un meteorite, un pianeta) in un campo gravitazionale (del sole, della Terra, della Galassia…). Caso 1, l’energia totale dell’oggetto è negativa: la traiettoria (l’orbita) sarà una ellissi. Orbita chiusa, moto periodico, l’oggetto in questione (satellite, pianeta) tornerà dopo un certo tempo nello stesso punto, al punto di partenza. Energia negativa = prevalenza della gravità: Universo ellittico, ritornerà nelle condizioni di partenza. Caso 2, energia esattamente zero: il satellite (meteorite, cometa) segue un’orbita parabolica (teoricamente una ellissi chiusa all’infinito, in pratica già un’orbita aperta). L’oggetto si allontanerà sempre di più da ciò che lo attrae, arriverà in un tempo infinito a distanza infinita con velocità esattamente zero. Energia zero: Universo parabolico, non ricadrà su se stesso. Caso 3, energia positiva. L’oggetto si allontanerà indefinitamente su un orbita aperta, una iperbole. Energia positiva: Universo iperbolico, in continua espansione. Ma quale è la situazione effettiva? Quanta è l’ energia dell’Universo? Non lo sappiamo: dati insufficienti. Da un lato la massa che osserviamo, direttamente e indirettamente, porterebbe a pensare che siamo nel caso 3, energia positiva, Universo che non si richiuderà in sé stesso, nessun spettacolare grande botto finale… Però forti considerazioni teoriche, corroborate da alcuni indizi sperimentali, inducono molti astrofisici e cosmologi a pensare che, per quanto improbabile possa apparire, l’Universo debba avere energia esattamente zero… Cioè sarebbe vero lo specialissimo caso intermedio. Universo parabolico. Rivincita di Euclide! Infatti ad ognuno dei tre casi corrisponde una particolare geometria dell’Universo stesso, una diversa struttura intrinseca dello spazio. Nel primo caso la geometria “vera” dello spazio sarebbe quella ellittica, di Riemann, due “rette” non possono mai essere parallele, devono necessariamente incontrarsi e quindi l’Universo è chiuso, lo spazio curvo “in dentro”, una ipersfera. Nel terzo caso la struttura dello spazio sarebbe descritta dalla geometria di Lobacevskij, iperbolica, per un punto infinite rette parallele alla retta data, Universo aperto, spazio curvo “in fuori”. Nel secondo caso la geometria sarebbe la vecchia cara geometria di Euclide, quella che più o meno faticosamente abbiamo appreso a scuola, una sola retta parallela per ogni punto alla retta data, Universo parabolico, spazio “piatto”. Vi è un peculiare motivo di fascino nell’ipotesi di un Universo “piatto”, energia totale esattamente zero. Per apprezzarlo dobbiamo riprendere, con qualche dettaglio, una argomento che abbiamo più volte sfiorato: le fluttuazioni quantistiche del vuoto. Secondo la Meccanica Quantistica, il "vuoto" non e' affatto vuoto, anzi e' inconcepibilmente "pieno" dal momento che in esso continuamente si creano tutte le particelle possibili, in esso continuamente nascono elettroni, protoni, neutroni, fotoni. Ma se questo e' vero, se e' vero che dal vuoto   emergono, affiorano, vengono all'esistenza continuamente ed incessantemente materia ed energia, in tutte le forme e quantità concepibili, perché, nella nostra esperienza ordinaria, non ce ne accorgiamo affatto? Anzi, di più, perché non siamo sopraffatti da questo rigurgito enorme e senza fine? Parte della risposta è: perché tutto questo, come viene incessantemente creato dal "vuoto", altrettanto incessantemente viene distrutto, riassorbito dal "vuoto" stesso. Ogni cosa, letteralmente ogni cosa che possiate immaginare, nasce continuamente dal "vuoto" (intorno a voi, dentro di voi !), vive la sua vita, e muore tornando al "vuoto". E' come un grande ribollire, una grande, vertiginosa danza cosmica, la "danza di Shiva". Eppure noi non ne siamo consapevoli, non possiamo vedere o toccare la bellissima farfalla che proprio in questo istante si e' formata, emergendo dal vuoto, avanti i nostri occhi, non possiamo odorare la profumatissima rosa che sta sbocciando proprio ora avanti a noi (licenza poetica...). Di nuovo, perché ? Il punto è che la vita di queste "creazioni" è effimera: esse non vivono, di norma, sufficientemente a lungo per essere percepite anche dagli strumenti più raffinati; sono veramente forme fuggevoli, fantasmi impalpabili ! Di fatto il tempo della vita di queste "fluttuazioni" è legato alla loro energia dal famoso Principio di Indeterminazione  di Heisenberg; detto in parole, quanto più energetiche, quanto più "grosse", massicce  (massa e energia, come ha scoperto Einstein, sono essenzialmente la stessa cosa) sono queste creazioni, tanto meno durano, tanto prima muoiono. Per farci una idea quantitativa, la particella più leggera conosciuta, cioè l'elettrone (massa di appena un centesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di grammo!), per il Principio di Indeterminazione può vivere, al massimo!, un centesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo. Epperò non abbiamo ancora preso in considerazione l'esistenza di energie negative: ad esempio l'energia di un campo gravitazionale che si crea tra le masse e' negativa. Tale energia può compensare l’energia di massa, positiva. Cosicchè se l'energia totale di una “fluttuazione” fosse vicina a zero, sempre per il Principio di Indeterminazione , potrebbe ben durare per un tempo anche lunghissimo, al limite infinito, se l'energia fosse esattamente zero. Quindi, nel secondo caso (massa sufficiente, energia zero, spazio piatto) l'intero nostro Universo potrebbe non essere altro che una "fluttuazione" del vuoto; noi, la terra, il sole, le stelle, le galassie, tutta questa immensità, nata almeno quindici miliardi di anni fa, potrebbe essere una increspatura del vuoto, una mera contorsione del nulla. Resterebbe comunque il problema della “massa mancante”: affinché l’Universo possa essere “piatto” è necessario che vi sia molta più massa di quella che “vediamo” (nelle stelle, nei quasars, nelle polveri interstellari e intergalattiche, negli stessi invisibili buchi neri). La caccia alla massa mancante è in corso. Potrebbe, ma è improbabile, essere portata dai neutrini, evanescenti particelle che possono facilmente attraversare la stessa terra o qualsiasi stella senza essere intercettati. Liberatesi durante i primissimi attimi del Big Bang, molto prima della luce, pervadono l’Universo intero (noi stessi, qui, ora, siamo sotto una pioggia incessante di neutrini, che fortunatamente ci attraversano senza danno). Oppure tale massa potrebbe essere dovuta alla materia oscura, a particelle esotiche non ancora scoperte, a stringhe cosmiche, residui del Big-Bang. Non lo sappiamo, vedremo. Oppure la massa mancante potrebbe semplicemente non esistere e le galassie fuggiranno per sempre. Alcuni recentissimi dati sperimentali, nati dallo studio di remote (e quindi antichissime) super-nove, sembrano indicare che non solo l’Universo è in espansione ma che questa espansione sta addirittura accelerando. Questo è in contrasto con tutti e tre gli scenari sopra esposti. Infatti, dopo la spinta iniziale del Big-Bang, l’azione frenante della gravità , sufficiente o meno per invertire il moto, dovrebbe comunque frenare, rallentare l’espansione stessa. Una accelerazione indicherebbe invece una specie di sconosciuta forza di antigravità (legata forse alla famosa – famigerata? -   costante cosmologica di Einstein).

 E dunque?