L’Universo sull’orlo di un precipizio

Più osserviamo l’Universo e più ci appare strano. Oggi, fisici e astronomi sono impegnati ad affrontare tutta una serie di ostacoli per comprendere alcuni aspetti sull’origine e il contenuto dell’Universo. Qui di seguito, esaminiamo con l’aiuto di alcuni scienziati cinque problematiche che sembrano inspiegabili e ci chiediamo che cosa si cela dietro di essi.

Pubblicità

La ‘porta’ segreta dei buchi neri

Uno dei problemi più grossi che si incontra quando si studiano i buchi neri riguarda le leggi della fisica, almeno così come noi le conosciamo: esse cessano di essere valide nelle loro “regioni” più profonde. Enormi quantità di materia ed energia si concentrano in un punto infinitamente piccolo dello spazio, la cosiddetta singolarità gravitazionale, dove la curvatura dello spaziotempo tende all’infinito e tutta la materia viene “distrutta”. Oggi, uno studio recente condotto da alcuni ricercatori dell’Institute of Corpuscular Physics (IFIC, CSIC-UV) a Valencia suggerisce che la materia potrebbe, di fatto, sopravvivere al suo destino una volta catturata da questi mostri del cielo e riemergere dall’altra parte. I risultati di questo studio sono pubblicati su Classical and Quantum Gravity.

Loop vs stringa: due facce della stessa medaglia?

Sono passati circa 80 anni da quando gli scienziati si sono resi conto della difficoltà di conciliare la teoria della gravità con la meccanica quantistica e questo tentativo rimane ancora incompiuto. Tuttavia, da qualche decade i fisici hanno provato ad aggirare il problema proponendo due formulazioni ben distinte, e cioè la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop, che sono considerate ampiamente incompatibili dai rispettivi sostenitori. Oggi, però, alcuni scienziati affermano che l’unica strada da perseguire è quella di unire gli sforzi poichè i due modelli matematici, forse i migliori candidati per una “teoria del tutto”, potrebbero essere in definitiva due facce della stessa medaglia.

Quei ‘fossili’ cosmici dell’Universo primordiale

Circa 13,8 miliardi di anni fa, il nostro Universo emerse da una sorta di “puntino quantico” il cui volume si espanse, secondo alcune stime, di un milione di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di volte in meno di un miliardesimo di un trilionesimo di trilionesimo di secondo. Da qui in poi, l’Universo continuò ad espandersi ad un ritmo meno violento, almeno secondo le leggi della fisica così come le conosciamo. Questa è la storia dell’inflazione cosmica, la versione più moderna del modello del Big Bang. Questa singola fase di rapida espansione esponenziale dell’Universo descrive molto bene gli attuali dati cosmologici e tiene conto dell’immensità dello spazio, della sua regolarità e forma geometrica spazialmente piatta su larga scala e della mancanza di direzioni privilegiate. Tuttavia, l’inflazione non spiega come e perchè abbia avuto inizio l’Universo. Le domande che essa solleva, e cioè perchè si ebbe questa rapida espansione dello spazio, come sia avvenuta o che cosa sia eventualmente accaduto prima, hanno confuso gli scienziati sin da quando venne proposta la teoria negli anni ’80.

BICEP3, cercasi prove dell’inflazione cosmica

Quando i ricercatori dell’esperimento BICEP2 annunciarono circa due anni fa di aver rivelato la prima, forte evidenza dell’inflazione cosmica, la notizia fece il giro della rete (post). Come è noto, l’inflazione sarebbe quel periodo di rapida espansione esponenziale che diede forma e volume all’Universo subito dopo il Big Bang. Questo modello è stato proposto per spiegare una serie di problematiche relative al periodo primordiale della storia cosmica e la ricerca di prove a suo favore, o meno, ha trasformato i risultati ottenuti da BICEP2 in un grosso affare. Tuttavia, nel corso dei mesi successivi l’enorme eccitazione per l’eventuale scoperta sfumò: infatti, l’analisi congiunta dei dati con altri esperimenti mostrò che gran parte del segnale, se non completamente tutto, registrato dal rivelatore e attribuito all’inflazione non era altro che prodotto dalla polvere interstellare presente nella Via Lattea (post). Nonostante ciò, tracce dell’inflazione potrebbero celarsi nei dati ed è per questo motivo che gli scienziati non hanno smesso di cercare. In tal senso, a partire dal 15 marzo di quest’anno l’esperimento BICEP3, la versione aggiornata del suo predecessore, ha iniziato a raccogliere dati (post). Le prime osservazioni che utilizzeranno, però, la strumentazione a pieno regime sono previste per il prossimo mese di Novembre.   

L’alba dell’astronomia gravitazionale

Forse non tutti sanno che la rivelazione sperimentale delle onde gravitazionali, avvenuta il 14 Settembre del 2015 e annunciata giovedì scorso 11 Febbraio 2016 in una conferenza stampa a Washington DC, è stata possibile grazie alla versione “avanzata” di LIGO (Advanced LIGO, a LIGO). Queste onde dello spazio, che allungano e accorciano la lunghezza dell’interferometro di una quantità incredibilmente piccola, hanno avuto origine da una violenta fusione (merger) di due buchi neri, di massa iniziale pari a una trentina di masse solari, così come riportato nell’articolo scientifico pubblicato su Physical Review Letters. Si tratta di un fenomeno accaduto in una galassia distante 1,3 miliardi di anni-luce e le “increspature” nello spaziotempo, per l’appunto le onde gravitazionali, sono arrivate qui sulla Terra qualche mese fa.

L’arte e la bellezza della teoria di Einstein

Cento anni fa, un oscuro fisico tedesco di nome Albert Einstein presentava all’Accademia Prussiana delle Scienze la sua teoria della gravità. La relatività generale non è solamente una teoria fortemente descrittiva ma in essa si cela una forma di bellezza che sta alla base della sua eleganza.

Spazio e tempo: discreti o continui?

Se prendiamo un chilometro e lo dividiamo in due parti uguali, avremo la metà di un chilometro. Se dividiamo in parti uguali la metà di un chilometro, avremo un quarto di chilometro e così via fino a raggiungere una lunghezza che risulta più piccola del diametro di un atomo. La domanda è: questa operazione di suddivisione può proseguire all’infinito, oppure esiste un limite?

La risoluzione limite dell’Universo

Siamo in grado di definire le dimensioni del puntino che compone il punto interrogativo? Che succede se ci spostiamo di qualche metro? Il dettaglio più fine che l’occhio umano è in grado di distinguere è la dimensione di un punto alla distanza di un metro: stiamo parlando di “risoluzione angolare”. La risoluzione migliore di un sistema ottico, come l’occhio, è data approssimativamente dal rapporto tra la lunghezza d’onda della luce incidente e la dimensione dell’apertura del sistema attraverso cui passa la luce. In astronomia, il concetto di risoluzione funziona allo stesso modo. Ciò spiega come mai si costruiscono telescopi sempre più grandi: non solo i telescopi più grossi raccolgono più luce, e perciò possono osservare sempre più lontano nello spazio, ma più grande è l’apertura dello strumento e, in linea di principio, migliore risulterà l’immagine. Oggi, però, un nuovo studio pubblicato da Eric Steinbring del National Research Council Canada suggerisce che l’Universo abbia in realtà una sorta di “risoluzione limite fondamentale”: in altre parole, non saremo mai in grado di vedere le galassie più distanti, così chiaramente come vorremmo, a prescindere dalle dimensioni del telescopio.

A caccia di onde gravitazionali: l’era di LIGO

Per migliaia di anni, l’astronomia è stata il teatro della luce visibile, quella stretta banda dello spettro elettromagnetico fatta di colori che sono visibili dall’occhio umano. Ma a partire dal 20° secolo, gli astronomi hanno iniziato ad esplorare altre forme di luce, dalle onde radio, all’infrarosso fino ai raggi gamma. Su un altro fronte, gli scienziati hanno costruito rivelatori di neutrini oppure osservatori per lo studio dei raggi cosmici, allo scopo di studiare l’Universo per mezzo delle particelle. Più di recente, è arrivata sulla scena un’altra branca dell’astronomia: stiamo parlando delle onde gravitazionali.