Alex Vilenkin, La Stampa 27/10/2010, 27 ottobre 2010
VI RACCONTO LA FINE DEL MONDO
Il mondo come lo conosciamo oggi nacque circa 14 miliardi di anni fa con il Big Bang. L’Universo, dopo l’esplosione primordiale, si sta ancora espandendo, come testimoniano le galassie lontane, che si allontanano da noi a velocità molto elevata. Questa espansione continuerà per sempre? O, forse, l’Universo collasserà su se stesso, terminando in un Big Crunch, violento almeno quanto il Big Bang?
Questo interrogativo è stato al centro della ricerca cosmologica per quasi un secolo, ma la risposta si è rivelata elusiva. In effetti, le previsioni a lungo termine sulla fine dell’Universo sono cambiate due volte solo nell’ultimo decennio.
All’inizio la questione appariva piuttosto semplice. L’espansione cosmica viene progressivamente rallentata dalla gravità e, quindi, diventa necessario chiedersi se questa sia abbastanza potente per invertire o meno l’espansione stessa. Tutto dipende da quanta materia c’è nell’Universo: se la sua densità media è al di sopra di un certo valore critico, l’espansione si fermerà e sarà seguita dalla contrazione. La temperatura, perciò, salirà costantemente, fino a raggiungere livelli decisamente sgradevoli: ogni creatura rimasta in vita farà a questo punto la stessa fine di un astice nell’acqua bollente. Tutte le strutture - stelle e pianeti e perfino gli atomi - saranno distrutti nei momenti finali del collasso.
In alternativa, se la densità della materia è inferiore al valore critico, l’Universo continuerà a espandersi per sempre. Le stelle rimarranno a corto di combustibile nucleare e l’Universo sprofonderà nel buio, con una temperatura sempre più vicina allo zero assoluto.
Sembrerebbe, così, che tutto ciò che dobbiamo fare per determinare il destino dell’Universo sia misurarne la densità media. Per buona parte del secolo scorso le misurazioni astronomiche hanno indicato che questa fosse inferiore al valore critico, ipotizzando un esito «glaciale».
Ma tutto ha preso una nuova direzione a fine Anni 90, quando gli astronomi hanno fatto una scoperta sorprendente. Studiando la luminosità di supernove lontane, hanno dimostrato che, invece di essere rallentata dalla forza di gravità, la velocità di espansione cosmica sta effettivamente aumentando. Questo fenomeno può essere spiegato solo ammettendo che l’Universo sia pieno di «qualcosa» dotato di forza repulsiva, in grande quantità, capace di sopraffare la gravità esercitata dalla materia ordinaria. Il candidato principale per questo ruolo, però, è lo spazio vuoto, del quale - come si sa - non c’è affatto scarsità.
Il vuoto è spesso considerato sinonimo del nulla. Ma, secondo le moderne teorie delle particelle elementari, è invece un oggetto fisico, che può trovarsi in diversi stati e può avere un’energia diversa da zero. Applicando la formula E=Mc2, dovrebbe anche avere una massa diversa da zero e produrre quindi una forza gravitazionale.
Ma è qui che emerge la proprietà più peculiare del vuoto: la sua gravità dovrebbe essere repulsiva. Dalla teoria della Relatività di Einstein risulta che un vuoto che possiede energia positiva debba avere anche una tensione, la quale, appunto, esercita una forza gravitazionale repulsiva. Questa forza risulta 3 volte più forte della gravità attrattiva, rendendo così preponderante l’«effetto di rigetto». L’accelerazione cosmica di recente osservata si spiega se la densità di massa del vuoto è di circa 2 volte l’attuale densità della materia.
Agli inizi, subito dopo il Big Bang, la densità della materia era molto elevata. Poi, con l’espansione dell’Universo, la materia si è diluita, mentre la densità del vuoto è rimasta invariata. Inevitabilmente, è arrivato un momento in cui la densità della materia è scesa sotto i livelli di quella del vuoto e questo è avvenuto con l’inizio dell’accelerazione cosmica: nell’Universo è successo circa un miliardo di anni fa.
Una volta avviata, l’espansione accelerata continuerà per sempre. Così, la previsione di un futuro gelido regge ancora, ma ci sono alcuni dettagli che devono essere modificati. In particolare, mentre le altre galassie si allontanano da noi - dalla Via Lattea - queste oltrepassano la velocità della luce e, di conseguenza, non sono più visibili (il divieto di Einstein alla possibilità di essere più veloci della luce non si applica sulle grandi distanze in un Universo in espansione). E’ proprio questa una caratteristica distintiva di un Universo in accelerazione: una per una, le galassie spariranno dalla vista e, in poche centinaia di miliardi di anni, alla fine di questo processo, l’astronomia diventerà un argomento molto noioso!
Si potrebbe pensare, a questo punto, che teniamo il futuro dell’Universo in mano. Ma non è così: l’ultima rivoluzione nella futurologia cosmica arriva dalla teoria delle stringhe, il nostro migliore candidato per una teoria complessiva della natura. Di recente, si è ipotizzato che, oltre al «nostro» vuoto, esista un numero immenso di altri stati di vuoto con diverse proprietà fisiche. Alcuni di questi vuoti hanno energie positive, altri negative: significa che il nostro vuoto non ha l’energia più bassa possibile e deve, perciò, essere instabile.
Prima o poi una piccola bolla di energia negativa si formerà nel nostro «vicinato cosmico» e inizierà a espandersi, inghiottendo sempre più spazio. Non è facile prevedere quando accadrà. La formazione della bolla può essere estremamente lenta e richiedere miliardi di anni. Ma, d’altra parte, non si può escludere che una bolla si stia avvicinando a noi. Arriverà senza avvertimenti: qualunque luce emetta, non arriverebbe molto presto, dal momento che la bolla stessa si espande a una velocità vicina a quella della luce. Una volta arrivata, il nostro mondo sarà annientato e tutti gli oggetti che ci sono familiari verranno trasformati in ciuffi di forme aliene di materia.
A differenza dell’energia positiva del vuoto, gravitazionalmente repulsiva, l’energia negativa è attrattiva. Costringerà la bolla, che ha inghiottito la Terra, a contrarsi e a collassare in un Big Crunch. Così, come questo articolo, il mondo finirà. Nel fuoco. Stiamo quindi con gli occhi aperti.
Traduzione di Martina Carnesciali