Parliamo di energia: quella "oscura"

L’ipotesi dell’esistenza dell’energia oscura è al giorno d’oggi il modo più popolare fra i cosmologi per spiegare le osservazioni d’un universo in accelerazione come pure per colmare una significativa porzione di massa mancante dell’universo (circa il 90%).

L’energia oscura rappresenta una forma di energia, non si sa bene da cosa originata, ma dotata di una proprietà piuttosto strana: la sua gravità non attrae ma respinge; ciò provoca la conseguenza che l’Universo invece che rallentare, come dovrebbe, sta accelerando la sua espansione. Il termine energia oscura fu coniato da Michael Turner, cosmologo e membro dell’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti.

Albert Einstein

Nel 1917 Albert Einstein nella formulazione della sua famosa teoria della relatività generale, a causa del modello previsto di Universo in contrazione dovuto alla mutua attrazione gravitazionale esercitata dalle masse presenti in esso, dovette suo malgrado “inventarsi” una forza antagonista che si opponesse a tale contrazione, nella convinzione (molto condivisa in quel periodo) che il Cosmo fosse fisso e immutabile. Questa forza la chiamò “costante cosmologica” ed ebbe il preciso ruolo di opporsi alla gravità in modo tale da rendere l’Universo statico; ciò avrebbe contentato tutti e reso più logiche le deduzione della teoria.

A rovinare questa ipotesi furono nel 1929 le osservazioni dell’astronomo Edwin Hubble con la scoperta della “fuga” delle galassie (il famoso red-shift). Einsten dovette ripudiare la sua idea di costante cosmologica, definendo più tardi questa invenzione come l’errore più grave della sua vita.

Col senno del poi, oggi si comincia a pensare che quell’invenzione forse non fu propriamente un errore, anzi probabilmente si potrebbe definire un’intuizione geniale nella genialità della Relatività: i cosmologi non hanno mai smesso di pensare ad una qualche forma di energia che si opponesse a quella gravitazionale. Infatti se il valore della costante cosmologica ideata da Einstein fosse solo un po’ più grande di quanto è necessario per fermare la contrazione dell’Universo, esso supererebbe quello conseguente all’attrazione della materia e l’Universo sarebbe in accelerazione e quindi in espansione come in effetti sembrano indicare le recenti misure eseguite su particolari stelle presenti in galassie molto lontane. 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 di stelle “vecchie” di ben 15 miliardi di anni. Con l’ammissione dell’aumento della velocità di espansione, l’età dell’Universo si accorderebbe con quella degli oggetti celesti che contiene.

Ma da cosa potrebbe essere costituita questa misteriosa energia oscura? L’esatta natura dell’energia oscura è attualmente oggetto di ricerca. Possiamo ipotizzare che è omogenea e non molto densa, inoltre non interagisce in alcuna delle forze fondamentali, tranne la gravità. Inizialmente i cosmologi avevano pensato ad una specie di energia del vuoto distribuita in modo uniforme nel tessuto stesso.

Disposizioni del nostro universo

La sua bassissima densità, pari a circa 10−29 grammi per centimetro cubo, non fa ben sperare ad un possibile esperimento per trovarla in laboratorio. Il suo impatto con l’Universo è fondamentale visto che dovrebbe costituire il 70% di tutte le energie e quindi riempire uniformemente tutti gli spazi vuoti attualmente osservabili.

La famosa equazione di Einstein (E=mc²) definisce che ogni forma di energia ha massa e quindi esercita un effetto gravitazionale su tutto ciò che gli sta intorno; ma nel caso dell’energia del vuoto, l’effetto è contrario a quello della materia che gravitazionalmente attrae e quindi rallenta l’espansione dell’Universo. Come si può allora giustificare un’accelerazione dell’espansione dell’Universo? Inizialmente l’attività di accelerazione nell’Universo primordiale avrebbe dovuto essere piccola per non interferire con la formazione di stelle e galassie che in caso contrario non si sarebbero potute formare ma in seguito la gravità prodotta dalla materia ordinaria ancora molto densa e i conseguenti oggetti formatesi, sarebbero stati “colpevoli” di un lungo periodo di rallentamento dell’espansione; in seguito l’energia del vuoto avrebbe preso il sopravvento e l’Universo avrebbe cominciato ad accelerare l’espansione.

Alcuni fisici americani comunque contestano la probabile esistenza dell’energia oscura. La loro ipotesi è la seguente: è probabile che appena subito dopo il Big Bang l’Universo avesse una sola dimensione spaziale, la lunghezza. Nella fase di espansione si aggiunse una seconda dimensione, la larghezza. Continuando ad espandersi, l’Universo acquisì la terza dimensione, la profondità; praticamente l’universo di oggi. Se questo modello di universo fosse vero, si potrebbe ipotizzare l’aggiunta di una quarta dimensione –da non confondere con la quarta dimensione temporale- a noi invisibile perché percepibile su grande scala. Questo potrebbe risolvere il problema dell’energia oscura, semplicemente ignorandola perché non esistente. Ovvero l’aumento di velocità di espansione dell’Universo sarebbe dovuta, sempre secondo questa ipotesi di teoria, alla quarta dimensione fisica e non come si suppone oggi all’esistenza dell’energia oscura. 

Fonte: TV Space.it ( presente nel carnevale della fisica #19)