Come tutti sanno, l'universo è in continua espansione. Ma molti non si rendono nemmeno conto che il processo sta accelerando e che i fisici non hanno una spiegazione sensata per questo fenomeno. Un gruppo di teorici ha suggerito che sia coinvolta una misteriosa "energia oscura", e ora vi diremo in una forma accessibile di cosa si tratta.
Da quasi due decenni gli astronomi sanno che l'espansione dell'universo sta accelerando, come se una misteriosa "energia oscura" la gonfiasse dall'interno, come un pallone. Questa energia rimane oggi uno dei più grandi misteri della fisica. Ora un trio di teorici sostiene che l'energia oscura nasce da una fonte straordinaria. Per quanto inquietante possa sembrare, secondo loro, va contro i fondamenti della fisica che tutti hanno imparato a scuola: la quantità di energia totale nell'Universo non è fissa e invariata, può gradualmente scomparire.
Secondo gli scienziati, l'energia oscura potrebbe essere un campo speciale, un po 'come l'elettricità, che riempie lo spazio. D'altra parte, può essere parte del cosmo stesso, che è chiamato costante cosmologica (altrimenti il termine lambda). Il secondo scenario sembra una presa in giro della teoria della relatività di Einstein, che afferma che la gravità si verifica quando massa ed energia piegano lo spazio e il tempo. In effetti, anche la costante cosmologica è un'invenzione di Einstein, che l'ha inventata letteralmente aggiungendo una costante alle sue equazioni per spiegare come l'universo resiste alla distruzione per sua stessa gravità. Tuttavia, abbandonò l'idea quando, negli anni '20, gli astronomi scoprirono che l'universo non era statico ma in espansione, come se fosse nato da un'esplosione.
Ad un'osservazione più attenta, divenne chiaro che l'espansione dell'universo stava accelerando e la costante cosmologica tornò di nuovo. Nell'ambito della meccanica quantistica, tuttavia, diventa molto più astuto. La meccanica quantistica presume che il vuoto stesso debba oscillare in modo impercettibile. Nella relatività generale, queste minuscole fluttuazioni quantistiche producono energia che fungerà da costante cosmologica. Tuttavia, a parità di altre condizioni, deve essere 120 ordini di grandezza più grande per distruggere l'universo. Quindi la spiegazione del perché la costante cosmologica, sebbene esista, ma in una forma molto modesta, è un grande mistero per i fisici. Quando non era ancora necessario, i fisici presumevano semplicemente che qualche effetto ancora sconosciuto lo avrebbe semplicemente ridotto a zero.
Ora Thibault Josette e Alejandro Perez dell'Università di Aix-Marseille in Francia e Daniel Sudarski dell'Università Nazionale Autonoma del Messico a Città del Messico affermano di aver trovato un modo per ricavare un valore ragionevole per la costante cosmologica. Iniziarono con una versione della relatività generale, inventata dallo stesso Einstein, chiamata gravità unimodulare. La relatività generale presuppone la simmetria matematica, la covarianza generale, il che implica che indipendentemente da come si determina la posizione di una coordinata nello spazio e nel tempo, la previsione teorica rimarrà la stessa. Questa simmetria richiede la conservazione di energia e quantità di moto. La gravità unimodulare ha una versione più limitata di questa simmetria matematica.
Questo sistema riproduce la maggior parte delle ipotesi della relatività generale. Tuttavia, secondo esso, le fluttuazioni quantistiche del vuoto non creano gravità né influenzano la costante cosmologica (che, dopotutto, è solo una costante matematica e il suo valore può essere qualsiasi cosa). Ma questo ha un prezzo: la gravità unimodulare non richiede energia per essere conservata, quindi i teorici devono limitarla arbitrariamente.
Un trio di scienziati ha dimostrato che la gravità unimodulare, se accettata e autorizzata a violare la legge di conservazione dell'energia e della quantità di moto, imposta effettivamente il valore della costante designata. L'argomento qui è matematico, ma in realtà anche una piccola parte dell'energia che scompare nell'Universo lascia una traccia sotto forma di un cambiamento nella costante cosmologica. "L'energia oscura nel nostro modello è esattamente il risultato di quanta energia e quantità di moto è stata persa nell'universo durante la sua intera esistenza", dice Perez.
Per dimostrare che la loro teoria è ragionevole e applicabile alla realtà, gli scienziati hanno considerato due scenari di come la violazione della legge di conservazione dell'energia potrebbe teoricamente influenzare i problemi fondamentali della meccanica quantistica. Ad esempio, la teoria della localizzazione spontanea continua (CSL) cerca di spiegare perché particelle subatomiche come gli elettroni possono letteralmente trovarsi in due posti contemporaneamente, ma oggetti così grandi come automobili o persone non possono. CSL presume che tali stati della materia sorgano spontaneamente e si disintegrino in dipendenza, il che aumenta con l'aumento del volume di un oggetto, il che significa che un oggetto di grandi dimensioni semplicemente non può essere "doppio" nelle condizioni della Terra. Contro questa teoria c'è il fatto che non tiene conto della conservazione dell'energia. Tuttavia, i teorici hanno dimostrato che la somma delle violazioni delle disposizioni sulla conservazione dell'energia è proprio questo,per dare una costante cosmologica della dimensione desiderata.
Video promozionale:
Tuttavia, secondo alcuni scienziati, i teorici stanno semplicemente giocando con la matematica. Devono ancora presumere che la costante cosmologica inizi da un valore piccolo, ma non spiegano questo aspetto. Tuttavia, la fisica moderna è piena di costanti inspiegabili, come la carica di un elettrone o la velocità della luce, quindi questa è solo un'altra costante in una lunga lista.
