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Il mistero della massa mancante secondo Lawrence Krauss

Il libro che voglio segnalare oggi è Il mistero della massa mancante nell’Universo di Lawrence Krauss, edito da Raffaello Cortina. Il termine massa mancante risale agli anni ’30 quando l’astronomo svizzero Fritz Zwicky, eseguendo una serie di osservazioni al telescopio su alcune classi di galassie nell’ammasso di Coma, aveva notato che, oltre alle stelle, ci doveva essere qualcosa in più che non era possibile rivelare e che fosse tale da determinare una maggiore attrazione gravitazionale sulle galassie vicine. Ma negli anni ’70, Ostriker e Peebles rielaborarono i dati di Fritz Zwicky e ottennero risultati più consistenti se veniva introdotta una quantità di materia extra almeno 10 volte maggiore di quella prevista dall’astronomo svizzero. Nel 1974, essi pubblicarono un articolo dove affermavano, in definitiva, che la struttura delle galassie non poteva essere descritta senza tener conto della materia scura.

Sebbene la comunità scientifica non era preparata ad accogliere i risultati di Ostriker e Peebles, le idee cambiarono ben presto grazie all’importante lavoro eseguito negli anni successivi da Vera Rubin . Oggi sappiamo che non è tutto ciò che brilla nella luce che caratterizza il contenuto di materia presente nell’Universo piuttosto ciò che si nasconde nell’oscurità. Uno dei grandi misteri della cosmologia moderna è proprio quello di studiare e di individuare la materia mancante che rappresenta quasi il 96% di tutto ciò di cui è fatto l’intero Universo. Nel libro, Krauss abbraccia gli ultimi risultati sulle supernovae distanti e le problematiche relative all’esistenza di una costante cosmologica per l’elaborazione di un “nuovo modello cosmologico standard”. Un’altra questione riguarda il fatto che assumiamo l’Universo omogeneo ma quando osserviamo la distribuzione della materia visibile, cioè la materia ordinaria, notiamo che è fortemente concentrata per formare delle strutture che osserviamo come galassie  o ammassi di galassie  che si ritiene siano distribuite su una sorta di scheletro formato da materia scura che permea tutto lo spazio. Krauss spiega bene il problema della materia scura e discute criticamente alcuni risultati sperimentali mostrando che il suo modello è in grado di tener conto di princìpi fisici comprensibili. La ricerca di materia scura nell’Universo è attualmente una priorità della moderna cosmologia e Krauss ci apre una porta ad un problema alquanto curioso e affascinante, tutt’altro che risolto.

Il ‘paesaggio cosmico’ di Leonard Susskind

Da quando la teoria delle stringhe è stata considerata come la miglior formulazione matematica candidata per rappresentare la “teoria del tutto”, la fantasia dei fisici non sembra conoscere limiti. Stringhe, brane, dimensioni nascoste, universi multipli sono ormai entrati nel linguaggio della fisica. Uno dei suoi interpreti, per così dire, è Leonard Susskind che verso la fine degli anni ’60 si rese conto che la formula di Euler  , riscoperta inizialmente da Gabriele Veneziano , era in grado di descrivere un particolare tipo di particella avente una struttura interna vibrante, non statica, una specie di stringa o corda simile ad un elastico spezzato.

Nel suo primo libro, Il paesaggio cosmico, edito da Adelphi, Susskind descrive il mondo fisico dalla prospettiva delle stringhe per cui esistono tanti universi differenti, o multiversi , ciascuno governato da proprie leggi fisiche e da valori diversi delle costanti fondamentali  e dove in uno di essi, per caso, esistono le condizioni adatte per ospitare la vita. La teoria, almeno per ora, non riesce a privilegiare un singolo modo che ci porti all’universo da noi osservato. Per risolvere il problema, Susskind propone che il “paesaggio”, formato da questa moltitudine di universi, abbia una reale esistenza. Nel suo libro più recente, La guerra dei buchi neri, sempre dello stesso editore, il cosmo di Susskind diventa ancora più bizzarro. Qui i protagonisti sono i buchi neri  che sono divoratori di ordine e di informazione, oltre che di materia. E’ una sorta di battaglia che Susskind vuole vincere bei confronti di Stephen Hawking. Infatti, negli anni Settanta, lo scienziato inglese mostrò che i buchi neri “evaporano”, emettono cioè radiazione termica, e diventano sempre meno massivi nel corso del processo sino a scomparire. Ma allora uno si può domandare se l’informazione, una volta inghiottita dal buco nero, riemerge oppure no una volta che il buco nero evapora. Hawking affermava che l’informazione andava persa per sempre e su questo non era d’accordo Susskind. Dunque se Hawking aveva ragione, sarebbe stata la fine del determinismo quantistico, cioè la violazione del fondamentale principio secondo il quale anche nell’informazione nulla si crea e nulla si distrugge.

Vedi anche:

L’origine delle prime stelle e delle prime galassie

Nonostante gli astrofisici abbiano sviluppato un quadro teorico che tenta di spiegare la nascita e la formazione delle prime stelle e delle prime galassie, solo oggi cominciamo a verificare questi modelli, grazie ai telescopi spaziali sempre più sofisticati mediante i quali siamo in grado di osservare le regioni più remote dell’Universo. Di fatto, stiamo attraversando un’epoca di grandi scoperte nel campo dell’astronomia che ci permetteranno di allargare sempre di più gli orizzonti della nostra conoscenza. Il libro che mi piace segnalare è How did the first stars and galaxies form? di Abraham Loeb edito da Princeton University Press.

Loeb, professore di astronomia e direttore dell’Institute for Theory and Computation presso la Harvard University, descrive i concetti base della cosmologia, iniziando dai principi fondamentali e spiegando i concetti fisici che stanno alla base dei fenomeni osservati. Tra gli argomenti trattati cito l’evoluzione delle pertubazioni gravitazionali, le proprietà degli aloni di materia scura che circondano le galassie, il periodo della reionizzazione, i metodi e le tecniche per osservare le galassie primordiali e molto altro ancora. Insomma, un libro di cosmologia che cerca di dare delle risposte al mistero legato alle nostre origini cosmiche.