Con "Le Scienze" ottobre 2009 era uscito un dossier dal titolo significativo "Decifrare L'UNIVERSO". In questo post ci occuperemo dell'ultimo articolo del dossier: "Dal big bang ai buchi neri". Autori: Paolo De Bernardis e Stefano Vitale. Interessante il sottotitolo: "Dopo le grandi scoperte sulla nascita e l'evoluzione dell'universo, la cosmologia affronta le sfide di materia oscura e di energia oscura e della presenza delle onde gravitazionali". Sapendo come è andata a finire quasi 5 anni dopo, può essere utile riprendere l'analisi che l'autore di questo blog svolse in quell'anno.
Entriamo subito nel merito di alcuni aspetti empirici come i fotoni che, dicono i due autori, "si separarono dalla materia dell'universo primordiale 380.000 anni dopo il big bang, quando l'universo si raffreddò a una temperatura di circa 3000 Kelvin, rendendo possibile la formazione dei primi atomi". Se ciò ha un senso fisico, lo ha nel senso che l'evoluzione della materia dopo 380.000 anni, continuò solo grazie al suo stesso, costante raffreddamento.
La posizione di De Bernardis e Vitale è chiaramente deterministica-meccanicistica, come si può vedere dal riquadro "Paradossi cosmici": "Oggi la materia è organizzata (!) nell'universo in una gerarchia (!) di strutture, fatte di filamenti di galassie, ammassi di galassie, galassie, stelle. L'universo deve quindi evolvere non solo espandendosi e raffreddandosi, ma anche passando dalla semplicità alla complessità. Deve essere la gravitazione ad addensare la materia, partendo da piccole concentrazioni di densità iniziali, che lentamente attirano la materia circostante, crescendo e strutturandosi".
E' questa l'ipotesi dell'universo a salire: dopo il big bang, la materia dovrebbe aggregarsi via via successivamente. Ipotesi che non può, però, andare d'accordo con la tendenza della materia a collassare e a espandersi. Comunque, come sono arrivati a sostenere l'ipotesi a salire? Grazie alla Millennium Simulation. "Queste simulazioni hanno confermato che, per ottenere la distribuzione osservata delle galassie, è necessaria la presenza nell'universo di materia oscura, cioè che non interagisca con la radiazione. Questa si può dunque aggregare fin dall'inizio, attirando poi la materia ordinaria quando essa si libera dalla radiazione. Solo a questo punto iniziano a formarsi le maestose strutture cosmiche di filamenti di galassie che riempiono l'universo odierno".
Sulla base di questa ipotesi -dicono gli autori- sorgono, però, diversi paradossi: 1) il primo è il paradosso degli orizzonti, 2) il secondo è il paradosso della densità media iniziale tale da produrre una geometria piatta. "Questi due paradossi, insieme al problema dell'inizio (perché c'è stato il big bang?) e a quello dell'origine delle fluttuazioni di densità (che permettono alla materia oscura di iniziare ad addensarsi nelle prime protostrutture), hanno stimolato un'intensa ricerca teorica tesa a estendere e modificare la teoria standard. L'ipotesi che risolverebbe simultaneamente questi problemi (si noti il peso del condizionale) è quella dell'inflazione cosmica".
Chi sa che cosa comporterebbe empiricamente l'inflazione cosmica, può rimanere di stucco: sembra proprio essere una colossale soluzione ad hoc, convenzionale e del tutto irrealistica. Ma gli autori citano gli esperimenti BOOMERANG e MAXIMA, il satellite WMAP ecc. per dire che "hanno dato l'inizio alla cosiddetta cosmologia di precisione che vede l'origine dell'universo in un evento di "inflazione cosmica", seguito da un'evoluzione espansiva, guidata dalla radiazione prima, dalla materia poi (sia ordinaria che oscura) e infine da una componente di "energia oscura", necessaria a far accelerare l'espansione dell'universo".
Come avrebbe potuto l'universo originario espandersi, in questa ipotesi a salire, senza tirare in ballo una strana energia oscura che potesse vincere l'attrazione gravitazionale, la quale tende a raggruppare e a far collassare la materia cosmica? L'energia oscura fu introdotta nel 1999, una decina di anni prima di questo dossier. Ma perché fu introdotta? Per giustificare ad hoc "le osservazioni di lontanissime supernove, di tipo particolare (tipo Ia). Queste hanno sempre la stessa luminosità di picco, ma il flusso ricevuto dalle più lontane di queste supernove è sistematicamente più debole di quanto ci si aspetterebbe, come se nel frattempo l'universo avesse accelerato la sua espansione".
Nell'ipotesi a scendere, sostenuta da pochi, tra i quali anche l'autore di questo blog, nell'universo ancora giovane si sono succeduti ripetuti collassi di grandi masse di materia, a cominciare dalle nubi di gas idrogeno: collassi repulsivi che contribuirono a sostenere la continua espansione dell'universo stesso nel suo complesso, in opposizione alla gravitazione frenante. Perciò sarebbe naturale, a conferma di questa ipotesi, vedere lontano nello spazio e, conseguentemente, indietro nel tempo, l'accelerazione della espansione, mentre, più vicino a noi, si dovrebbe vedere un rallentamento. Nell'ipotesi, opposta, dell'universo a salire, l'energia oscura che accelera si dovrebbe, invece, vedere ancor meglio nelle nostre vicinanze.
Riguardo alla materia oscura e alla energia oscura, comunque, gli autori scrivono : "Lo scenario fin qui illustrato spiega bene i dati sperimentali, ma non è ancora soddisfacente dal punto di vista fisico. L'universo è costituito da radiazione, materia ordinaria, materia oscura ed energia oscura, ma due di queste componenti, materia ed energia oscura, non sono mai state osservate in laboratorio! E l'evento inflazionario non è ancora ben descritto dalla fisica delle alte energie".
Ciò che esiste nel cosmo non è detto che possa essere oggetto di laboratorio. Ma la materia oscura è osservabile nel cosmo come massima densità della materia prodotta da collassi estremi, il cosiddetto buco nero. L'"energia oscura", invece, non è osservabile perché inesistente, anzi è il concetto stesso che rappresenta un ossimoro: l'energia non può essere oscura perché si manifesta come repulsione della materia nella forma di radiazione. Quanto poi all'inflazione, non stupisce che non sia stata ancora ben descritta, essendo un'assurda concezione ad hoc.
"Nel frattempo -scrivono De Bernardis e Vitale- il Large Hadron Collider del Cern dovrebbe verificare sperimentalmente le teorie supersimmetriche che prevedono l'esistenza di particelle dotate di massa non interagenti con la luce"; e aggiungono: per l'energia oscura, invece, oltre gli esperimenti di CMB, ecc. si studiano le supernove lontane! Ma non è finita qui, perché ci sarebbero anche le onde gravitazionali da confermare e le due teorie: inflazione e stringhe!!!
Possiamo ancora citare due ultimi passi significativi degli autori:"L'inflazione cosmica resta il fenomeno più affascinante (sic!) da investigare. E' una teoria predittiva, e tre delle previsioni fondamentali sono state verificate: la piattezza della geometria, la gaussianità e l'invarianza di scala delle fluttuazioni iniziali". L'autore di questo post fingerebbe, qui, se mostrasse di aver capito qualcosa. Del resto è vaccinato contro il "fascino" della fisica teorica, avendo da lungo tempo potuto osservare che quando un fisico utilizza l'aggettivo "affascinante" per una teoria (ovviamente la sua prediletta), sistematicamente passano numerosi decenni senza conferme.
Esiste, infatti, un serbatoio di teorie (matematiche) "affascinanti" che attendono vanamente conferma da decenni."Altri modelli, messi a punto nel tentativo di unificare relatività generale e meccanica quantistica, predicono l'esistenza di oggetti fondamentali chiamati stringhe. L'espansione cosmica allungherebbe questi oggetti fino a scale astronomiche, ed essi perderebbero energia per emissione di onde gravitazionali". Che dire? Ce n'è per tutti i gusti...
Per concludere, quanto segue: i matematici fisici hanno concepito la loro scienza (si potrebbe dire da sempre, ma limitiamoci da Einstein in poi), con l'idea che dovesse molto presto terminare con una teoria ultima definitiva che spiegasse tutto. E oggi non esitano neppure a chiamarla teoria del tutto. Ma il paradosso è che, per non rimanere disoccupata ogni nuova generazione di fisici teorici matematici pretende -o meglio ha bisogno- di scoprire una nuova teoria che sia più generale della precedente alla quale viene concessa, generosamente, la seguente alternativa: o d'essere inglobata o di finire nel dimenticatoio.
-------
*Potremmo considerare questo post come introduzione alla prossima serie di post di fisica riguardanti la "decifrazione" dell'Universo.
Entriamo subito nel merito di alcuni aspetti empirici come i fotoni che, dicono i due autori, "si separarono dalla materia dell'universo primordiale 380.000 anni dopo il big bang, quando l'universo si raffreddò a una temperatura di circa 3000 Kelvin, rendendo possibile la formazione dei primi atomi". Se ciò ha un senso fisico, lo ha nel senso che l'evoluzione della materia dopo 380.000 anni, continuò solo grazie al suo stesso, costante raffreddamento.
La posizione di De Bernardis e Vitale è chiaramente deterministica-meccanicistica, come si può vedere dal riquadro "Paradossi cosmici": "Oggi la materia è organizzata (!) nell'universo in una gerarchia (!) di strutture, fatte di filamenti di galassie, ammassi di galassie, galassie, stelle. L'universo deve quindi evolvere non solo espandendosi e raffreddandosi, ma anche passando dalla semplicità alla complessità. Deve essere la gravitazione ad addensare la materia, partendo da piccole concentrazioni di densità iniziali, che lentamente attirano la materia circostante, crescendo e strutturandosi".
E' questa l'ipotesi dell'universo a salire: dopo il big bang, la materia dovrebbe aggregarsi via via successivamente. Ipotesi che non può, però, andare d'accordo con la tendenza della materia a collassare e a espandersi. Comunque, come sono arrivati a sostenere l'ipotesi a salire? Grazie alla Millennium Simulation. "Queste simulazioni hanno confermato che, per ottenere la distribuzione osservata delle galassie, è necessaria la presenza nell'universo di materia oscura, cioè che non interagisca con la radiazione. Questa si può dunque aggregare fin dall'inizio, attirando poi la materia ordinaria quando essa si libera dalla radiazione. Solo a questo punto iniziano a formarsi le maestose strutture cosmiche di filamenti di galassie che riempiono l'universo odierno".
Sulla base di questa ipotesi -dicono gli autori- sorgono, però, diversi paradossi: 1) il primo è il paradosso degli orizzonti, 2) il secondo è il paradosso della densità media iniziale tale da produrre una geometria piatta. "Questi due paradossi, insieme al problema dell'inizio (perché c'è stato il big bang?) e a quello dell'origine delle fluttuazioni di densità (che permettono alla materia oscura di iniziare ad addensarsi nelle prime protostrutture), hanno stimolato un'intensa ricerca teorica tesa a estendere e modificare la teoria standard. L'ipotesi che risolverebbe simultaneamente questi problemi (si noti il peso del condizionale) è quella dell'inflazione cosmica".
Chi sa che cosa comporterebbe empiricamente l'inflazione cosmica, può rimanere di stucco: sembra proprio essere una colossale soluzione ad hoc, convenzionale e del tutto irrealistica. Ma gli autori citano gli esperimenti BOOMERANG e MAXIMA, il satellite WMAP ecc. per dire che "hanno dato l'inizio alla cosiddetta cosmologia di precisione che vede l'origine dell'universo in un evento di "inflazione cosmica", seguito da un'evoluzione espansiva, guidata dalla radiazione prima, dalla materia poi (sia ordinaria che oscura) e infine da una componente di "energia oscura", necessaria a far accelerare l'espansione dell'universo".
Come avrebbe potuto l'universo originario espandersi, in questa ipotesi a salire, senza tirare in ballo una strana energia oscura che potesse vincere l'attrazione gravitazionale, la quale tende a raggruppare e a far collassare la materia cosmica? L'energia oscura fu introdotta nel 1999, una decina di anni prima di questo dossier. Ma perché fu introdotta? Per giustificare ad hoc "le osservazioni di lontanissime supernove, di tipo particolare (tipo Ia). Queste hanno sempre la stessa luminosità di picco, ma il flusso ricevuto dalle più lontane di queste supernove è sistematicamente più debole di quanto ci si aspetterebbe, come se nel frattempo l'universo avesse accelerato la sua espansione".
Nell'ipotesi a scendere, sostenuta da pochi, tra i quali anche l'autore di questo blog, nell'universo ancora giovane si sono succeduti ripetuti collassi di grandi masse di materia, a cominciare dalle nubi di gas idrogeno: collassi repulsivi che contribuirono a sostenere la continua espansione dell'universo stesso nel suo complesso, in opposizione alla gravitazione frenante. Perciò sarebbe naturale, a conferma di questa ipotesi, vedere lontano nello spazio e, conseguentemente, indietro nel tempo, l'accelerazione della espansione, mentre, più vicino a noi, si dovrebbe vedere un rallentamento. Nell'ipotesi, opposta, dell'universo a salire, l'energia oscura che accelera si dovrebbe, invece, vedere ancor meglio nelle nostre vicinanze.
Riguardo alla materia oscura e alla energia oscura, comunque, gli autori scrivono : "Lo scenario fin qui illustrato spiega bene i dati sperimentali, ma non è ancora soddisfacente dal punto di vista fisico. L'universo è costituito da radiazione, materia ordinaria, materia oscura ed energia oscura, ma due di queste componenti, materia ed energia oscura, non sono mai state osservate in laboratorio! E l'evento inflazionario non è ancora ben descritto dalla fisica delle alte energie".
Ciò che esiste nel cosmo non è detto che possa essere oggetto di laboratorio. Ma la materia oscura è osservabile nel cosmo come massima densità della materia prodotta da collassi estremi, il cosiddetto buco nero. L'"energia oscura", invece, non è osservabile perché inesistente, anzi è il concetto stesso che rappresenta un ossimoro: l'energia non può essere oscura perché si manifesta come repulsione della materia nella forma di radiazione. Quanto poi all'inflazione, non stupisce che non sia stata ancora ben descritta, essendo un'assurda concezione ad hoc.
"Nel frattempo -scrivono De Bernardis e Vitale- il Large Hadron Collider del Cern dovrebbe verificare sperimentalmente le teorie supersimmetriche che prevedono l'esistenza di particelle dotate di massa non interagenti con la luce"; e aggiungono: per l'energia oscura, invece, oltre gli esperimenti di CMB, ecc. si studiano le supernove lontane! Ma non è finita qui, perché ci sarebbero anche le onde gravitazionali da confermare e le due teorie: inflazione e stringhe!!!
Possiamo ancora citare due ultimi passi significativi degli autori:"L'inflazione cosmica resta il fenomeno più affascinante (sic!) da investigare. E' una teoria predittiva, e tre delle previsioni fondamentali sono state verificate: la piattezza della geometria, la gaussianità e l'invarianza di scala delle fluttuazioni iniziali". L'autore di questo post fingerebbe, qui, se mostrasse di aver capito qualcosa. Del resto è vaccinato contro il "fascino" della fisica teorica, avendo da lungo tempo potuto osservare che quando un fisico utilizza l'aggettivo "affascinante" per una teoria (ovviamente la sua prediletta), sistematicamente passano numerosi decenni senza conferme.
Esiste, infatti, un serbatoio di teorie (matematiche) "affascinanti" che attendono vanamente conferma da decenni."Altri modelli, messi a punto nel tentativo di unificare relatività generale e meccanica quantistica, predicono l'esistenza di oggetti fondamentali chiamati stringhe. L'espansione cosmica allungherebbe questi oggetti fino a scale astronomiche, ed essi perderebbero energia per emissione di onde gravitazionali". Che dire? Ce n'è per tutti i gusti...
Per concludere, quanto segue: i matematici fisici hanno concepito la loro scienza (si potrebbe dire da sempre, ma limitiamoci da Einstein in poi), con l'idea che dovesse molto presto terminare con una teoria ultima definitiva che spiegasse tutto. E oggi non esitano neppure a chiamarla teoria del tutto. Ma il paradosso è che, per non rimanere disoccupata ogni nuova generazione di fisici teorici matematici pretende -o meglio ha bisogno- di scoprire una nuova teoria che sia più generale della precedente alla quale viene concessa, generosamente, la seguente alternativa: o d'essere inglobata o di finire nel dimenticatoio.
-------
*Potremmo considerare questo post come introduzione alla prossima serie di post di fisica riguardanti la "decifrazione" dell'Universo.
Nessun commento:
Posta un commento