Universo ciclico

La teoria dell'universo ciclico, secondo cui la vita dell'universo si ripete in un ciclo infinito di morti e rinascite, potrebbe spiegare una delle questioni cosmologiche più controverse e dibattute: la misteriosa forma di energia repulsiva conosciuta come “costante cosmologica” e il tasso di espansione dell'universo. In un recente studio apparso dettagliatamente sul numero di Science di maggio, Paul Steinhardt della Princeton University e Neil Turok della Cambridge University propongono che il valore della costante sia stato in passato molto maggiore, ma che sia poi decaduto ad ogni nuova “reincarnazione” dell'universo.

La costante cosmologica, conosciuta anche come “lambda”, viene pensata come una forma di energia repellente che causa l'accelerazione dell'espansione dell'universo. Einstein inizialmente la propose come una contro-forza all'attrazione gravitazionale della materia per spiegare perché l'universo appariva statico. Successivamente, quando le osservazioni di Edwin Hubble rivelarono che l'universo stava in effetti espandendosi, si rese conto di essersi sbagliato. Lambda è tornata d'attualità nei tardi anni Novanta, quando ci si è resi conto che non solo l'universo và espandendosi, ma che questo processo è in accelerazione.

Gli scienziati, ancora oggi, non sono affatto sicuri cosa sia lambda. Secondo alcuni, è l'energia dello spazio stesso. Secondo la fisica quantistica, l'apparente spazio vuoto contiene particelle fantasma che continuamente appaiono e scompaiono come la schiuma nel mare. Queste particelle sono sfuggenti, ma le loro energie si combinano dando ad ogni centimetro cubico di spazio un certo ammontare di energia. Secondo la relatività generale, questa energia “oscura” del vuoto produce una forza anti-gravitazionale che spinge lo spazio - e la materia in esso contenuta - a parte.

Il problema è che la lambda rilevata dagli scienziati è più piccola di un “googol”, ovvero un 1 seguito da 100 zeri (a questa misura si è ispirato il noto motore di ricerca, ndr) rispetto alle predizioni teoriche. Per spiegare questa enorme discrepanza, si è cominciati a ricorrere alle teorie più varie. Tra le soluzioni più in voga, c'è quella della “selezione antropica”, basata sul cosiddetto “principio antropico”, secondo cui le caratteristiche dell'universo vengono selezionate dall'azione degli osservatori, ovvero gli umani. Secondo questa teoria, solo in un universo dove il valore della lambda è sufficientemente piccolo possono esistere esseri intelligenti che si chiedono: “perché è così piccolo ?”.

Sempre seguendo l'ipotesi della selezione antropica, si arriva a contemplare la possibile esistenza di universi paralleli che coesistono insieme, ognuno dei quali con differenti costanti cosmologiche, ma solo quella del nostro universo è in grado di sostenere la vita. Una idea simile è che esiste un solo, infinito, universo, ma che il valore della lambda vari da regione a regione. Noi viviamo in una rara bolla dove il valore della costante è l'unico possibile per permettere a galassie, stelle - e a noi - di formarsi.

La teoria della selezione antropica è ben vista dai creazionisti, poiché suggerisce che l'universo sia in qualche modo “sintonizzato” specificatamente per supportare la vita intelligente. “L'idea antropica suggerisce, per spiegare l'universo che vediamo,che esistano altri universi che no possiamo vedere”, ha detto Steinhardt a SPACE.com, “e, di conseguenza, sostiene che il nostro sia un universo atipico. Il chè è ancora tutto da dimostrare”.

Il valore di lambda è uno dei più grandi misteri della fisica. L'idea dell'universo ciclico è stata proposta per la prima volta nel 2002 proprio da Steinhardt e Turok in alternativa alla selezione antropica. Gli scienziati, finora, hanno sperimentato diversi valori di lambda nel contesto del modello standard del Big Bnag, ma nessuno ha funzionato perché il tempo richiesto per raggiungere l'attuale valore và al di là dell'età conosciuta dell'universo.

Per questo Steinhardt e Turok ritengono che il problema possa essere risolto solo nel contesto di un universo ciclico, dove la nuova materia e energia sono create ogni, circa, trilione di anni, quando due “brane” (o stringhe) collidono lungo una extra-dimensione dello spazio. Se i cicli fossero davvero infiniti, l'universo sarebbe molto più vecchio di 14,7 miliardi di anni, come attualmente stimano gli scienziati. Steinhardt e Turok pensano che il valore di lambda sia decresciuto ad un tasso che è andato rallentandosi nel tempo. E che, per questo, le misurazioni di lambda riportano valori così piccoli.

Inoltre, siccome un più alto valore di lambda avrebbe impedito all'universo che conosciamo di formarsi, i primi cicli dell'universo non avrebbero visto la formazione di galassie, stelle e vita; solo nei cicli più tardi, quando lambda ha raggiunto valori più contenuti, la materia si sarebbe fusa e mescolata per creare quel mondo in cui oggi abitiamo. Secondo Steinhardt e Turok, ogni ciclo è durato almeno un trilione di anni.

Dopo che l'universo si svuota, una debole forza attrattiva porta le due brane del nostro universo ad una collisione cosmica: ogni collisione corrisponderebbe ad un nuovo Big Bang che infonde l'universo di nuova materia ed energia. In questo scenario, il nostro tempo non è che un intervallo tra una conflagrazione di due brane e l'altra.

Secondo i due scienziati, dunque, il campo descritto dalla costante cosmologica non mantiene le caratteristiche inalterate nel tempo, ma cambia, e, verso la fine dell'espansione, inizia ad accumulare energia fino a diventare instabile e ad esplodere producendo materia e radiazioni, e dando così inizio a un nuovo ciclo. Questo fornirebbe una spiegazione all'accelerazione dell'espansione dell'universo osservata attraverso le supernovae e anche all'annosa questione su che cosa c'era “prima” del Big Bang. Adesso, ci troviamo nella fase dell'accelerazione cosmica, durante la quale l'universo dovrebbe eliminare tutta l'entropia e i buchi neri accumulati nell'ultimo Big Bang.

Fonte: Space / 8 maggio 2006