BIG-BANG E RELATIVITA': SOGNO, TEORIA E REALTA'
LA MATERIA OSCURA.
DOMANDE:
1) perché deve esserci? 2) dove si trova? 3) cosa può essere?
1) perché deve esserci? La gravità è una delle forze elementari presenti nel nucleo di tutti gli elementi ed è sempre attrattiva (quella elettrica e quella magnetica sono doppie). Agisce a qualunque distanza, ma diminuisce col quadrato della distanza. Abbiamo visto che le galassie si attraggono per formare gli ammassi. E' vero che la massa delle galassie è grande (la Via Lattea ha una massa "visibile" di 500 miliardi di Soli), ma la distanza fra di loro è ancora più grande (sempre maggiore di milioni di anni-luce) e quindi la forza di attrazione è piccola piccola, tanto da non giustificare il formarsi degli ammassi e dei super ammassi. Se però la massa fosse 10 o 100 volte di più, allora si che i conti tornerebbero! Ma non basta: le galassie ruotano intorno ad un asse a velocità elevata. Tale velocità non è giustificata dalla sola massa visibile: a) con tale massa la velocità dovrebbe essere minore, altrimenti le galassie dovrebbero disfarsi; b) poiché esse sono ancora vive e vegete, deve esserci qualcos'altro di nascosto.
2) dove si trova? Dappertutto. Dove vediamo vuoto, dove la densità è piccola, nello spazio intergalattico, fra gli atomi, dentro gli atomi?
3) cosa può essere? Le ipotesi sono molte: a) i neutrini; b) le stelle brune; c) le WIMP:
a) i neutrini non sono "cose" ma radiazioni estremamente penetranti: niente li ferma, né le montagne, né i pianeti, né le stelle, che pure li generano. Attualmente il laboratorio del Gran Sasso è impegnato nel loro studio e così pure un laboratorio negli S.U.A. e un altro in Giappone. Nel 1998 il laboratorio giapponese ha annunciato che i neutrini hanno una massa, ma gli altri non hanno ancora confermato. Poiché l'universo è probabilmente "pieno" di neutrini, se essi avessero massa, il problema della massa oscura forse sarebbe risolto.
b) le stelle brune sono come il nostro Giove: pianeti grandi, grandissimi, ma non abbastanza grandi da diventare stelle e per noi ancora invisibili. E' questa una ipotesi lanciata da astronomi italiani e svizzeri: se le galassie, tutte, fossero circondate e riempite da stelle brune, e ce ne fossero nello spazio ora considerato vuoto, il problema della materia oscura forse sarebbe risolto.
c) le WIMP (particelle massicce debolmente interagenti, dette anche gravitini) sono studiate o meglio cercate al Gran Sasso dove è stato annunciato nel 1999 che "forse" esistono. La gravità è dovuta ad una particella sub-atomica, detta barione, presente negli atomi normali (se non ci fosse la massa non produrrebbe attrazione gravitazionale e quindi non esisterebbe il peso). Forse i gravitini sono barioni che, essendo fuori degli atomi, non agiscono fortemente con la materia e perciò sono di difficile individuazione?
Sono state fatte anche altre due ipotesi, una più fantastica dell'altra. Fantastiche, non fantasiose, perché avanzate dai più grandi studiosi dell'astrofisica:
A) buchi bianchi, cioè oggetti che "rigurgitano" materia così come i buchi neri la "mangiano": noi non sappiamo dove finisce la materia (e l'energia) inghiottita da questi e non sappiamo, se esistono, da dove la prelevano gli altri.
B) generazione dal "nulla": la generazione di particelle dal nulla è cosa assodata, ma non nascono isolate e stabili, bensì in coppie di natura opposta (materia - antimateria) che istantaneamente si accoppiano di nuovo rigenerando l'energia che aveva dato loro vita. Qui invece si tratta dell'ipotesi che da qualche parte ci sia una vera e propria fabbrica di materia la quale continua a "spingere" l'universo che conosciamo, fornendo anche l'energia che sembra mancare per far avvenire i movimenti all'interno delle galassie e di queste fra loro.
ALTRI UNIVERSI?
Quello che ci circonda, o, meglio, quello nel quale viviamo è l'unico universo? Questa è una domanda pura, senza alcuna risposta certa, né ora né mai, poiché l'unico veicolo delle nostre informazioni è la luce. Vediamo brevemente qualche considerazione in merito a questa questione veramente appassionante:
1) Buchi neri e buchi bianchi. I buchi neri sono "luoghi" dove la forza di attrazione gravitazionale (dovuta alla "massa") è così grande che tutto ciò che vi entra (compresa la luce) non può più uscirne. Potremo mai sapere cosa c'è dentro? Forse no, perché il veicolo delle informazioni, la luce appunto, non può uscirne. Conosciamo il suo contorno, alcuni fenomeni legati alla sua esistenza (come per esempio la creazione di materia e antimateria) ma per ciò che accade al suo interno nulla sappiamo di certo. La situazione è simile a quella che si verifica quando vediamo la gente che si dirige allo stadio e vi entra, ma non sappiamo, finché non entriamo noi stessi o udiamo le urla o parliamo con chi esce, quale partita si gioca e cosa accade sul campo. Bene, qualcuno ha fatto l'ipotesi che i buchi neri siano punti di contatto fra il nostro e un altro universo, per cui essi sono degli speciali "imbuti" che versano di là energia prelevata da qui. Ma, se questo fosse vero, dice un'altra ipotesi, perché non dovrebbero esserci anche buchi "bianchi" che portano l'energia (o qualcos'altro) da là a qui? E c'è un solo universo al quale conducono tutti i buchi neri, oppure ad ogni buco nero corrisponde un universo? Oppure tutti i buchi neri sono collegati fra loro e magari consentono di viaggiare dall'uno all'altro? E se ammettiamo che ci sia "un" altro universo, perché non devono essercene due, o tre, o infiniti?
2) La sfera opaca. Abbiamo visto alla pagina Big-Bang che non potremo mai indagare sperimentalmente nei primi 100.000 anni del nostro universo. E' possibile che tutto lo spazio allora creato fosse così uniforme da svilupparsi nell'unico modo che conosciamo? Non è possibile che in una certa parte della sfera opaca ci fossero condizioni speciali per creare un altro futuro? In fin dei conti, una alluvione in Cina non allaga le nostre case in Italia! Niente vieta, forse, di pensare che in diversi punti della sfera opaca, dal tempo t = 0 al tempo t = 100.000 anni si siano sviluppate delle "bolle" di materia-energia da ciascuna delle quali è "nato" un altro universo, magari con altre leggi chimiche e fisiche (perché non di "antimateria"?).
3) Tempo t = 0 oppure t <0. Si dice che tempo e spazio sono "nati" al momento del Big-Bang. Forse è vero per noi, qui, ora. Ma non potrebbero esserci stati due Big-Bang in contemporanea in due punti diversi dello spazio che c'era prima? E non potrebbe darsi che i Big-Bang si susseguano l'uno all'altro in "luoghi" diversi da t = -∞ a t = +∞?
4) L'inflazione. Si definisce cos'ì in economia, la rapidissima crescita del valore monetario di qualcosa: un uovo ieri costava 10, oggi 1.000 domani forse 1.000.000 oppure 1.000.000.000. L'inflazione è presente anche nei fenomeni fisici: alcuni fenomeni crescono (o diminuiscono) prima lentamente e poi subiscono una improvvisa accelerazione. Sembra cioè che certe condizioni mutino così intimamente da non potersi osservare, poi si manifestano in maniera esplosiva. Una pentola d'acqua sul fuoco cresce di temperatura in modo relativamente lento, sembra quasi che non debba mai giungere a bollire: poi ecco che all'improvviso tutta la massa d'acqua si agita fortemente e finalmente si vedono tutti i fenomeni legati all'ebollizione. Analogamente si è supposto che nei primissimi istanti di vita del nostro universo sia accaduto un fenomeno simile: una iniziale regolare uniforme omogenea isotropa espansione con regolare uniforme omogenea isotropa diminuzione di temperatura, seguita da una improvvisa disordinata disomogenea anisotropa espansione istantanea che genera "diversità" fra punto e punto del granello di spazio allora esistente (bolle di materia-energia).
Questa teoria dell'universo inflazionario rende conto dello stato attuale di distribuzione di materia, vuoto ed energia, ma: cosa può aver determinato l'inflazione? Nel caso della pentola d'acqua sul fuoco possiamo rispondere in modo semplice ed ordinato (attenzione: possiamo farlo ora, cento anni or sono era impossibile spiegare anche l'ebollizione!): le molecole accumulano l'energia fornita dal fuoco sino a quando avviene un "salto" di distanza fra loro. Tale salto noi lo chiamiamo passaggio di stato da liquido ad aeriforme. Come per un atleta di salto in alto: superata l'asticella ad una quota maggiore di quella di tutti gli altri, egli passa dallo stato di concorrente allo stato di vincitore.
Nel caso dell'inflazione restano quindi altri due problemi: 1) c'è stato? 2) cosa lo ha determinato? Per tentare di dare soluzione a queste (e forse molte altre) domande dovremmo avere una "sonda" 100, 1.000, 1.000.000 di volte più veloce della luce, per andare a "vedere" al di là delle attuali sorgenti di informazione. Ma dovremmo anche avere vita infinita (o quasi) per studiare le osservazioni fatte dalla sonda ultraveloce e sempre ci rimarrebbe il dubbio: se la sonda fosse stata ancora più veloce, avrebbe scoperto qualcos'altro?
Felice, Tolomeo di Alessandria! La Terra è ferma, poche cose le girano intorno, Dio provvede al movimento delle sfere celesti e tutto è chiaro e semplice! Anche il perché tutto accada gli è chiaro: lo sa Dio e ciò può e deve bastare, di qualunque Dio si tratti.
SVILUPPO
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