Mag 14

Einstein aveva ragione anche quando era convinto di aver sbagliato***

Un gruppo di tremila oggetti, veramente “lontani”, tanto da aver impiegato anche più di 10 miliardi di anni per arrivare a noi, sono stati analizzati spettroscopicamente per ricavare i moti propri (e non solo), che hanno portato a una conclusione decisamente importante per la Relatività Generale. Mai ci si era spinti così lontano nel tempo per verificare se la teoria di Einstein funzionasse ancora. Per capire meglio il perché, ricordiamo velocemente cosa sia la costante cosmologica.

La forma finale dell’equazione ricavata da Einstein nella Relatività Generale (che in realtà comporta 16 equazioni differenziali) uguaglia due membri, facilmente (??) descrivibili: a sinistra vi è un tensore che  rappresenta la geometria dello Spaziotempo, a destra, dopo l’uguale, vi è il la quantità di materia/energia. Il succo di tutto ciò, detto in parole estremamente banalizzate, è che la massa (e/o energia) determina la struttura e l’evoluzione della geometria dello Spaziotempo. In particolare, quindi, anche il moto dei singoli oggetti in esso contenuti. Sembra cosa facile, ma vi assicuro che non lo è per niente.

Trafficando con le sue equazioni differenziali, il grande Albert si accorse, però, di avere fatto una scoperta fantastica molto prima che diventasse una delle basi dell’intero Universo: la sua possibile contrazione o espansione. Tuttavia, la scoperta lo impensierì moltissimo, dato che lui era convinto che l’Universo fosse qualcosa di statico. Purtroppo, l’Universo che veniva fuori dalle sue equazioni non era affatto stabile ma, era destinato a implodere o, alternativamente, a espandersi.

Eh no, non andava bene per niente e, allora, Albert cercò di rimediare, inserendo una costante nel membro di sinistra, in modo da controbilanciare il collasso o l’espansione, dato che la costante poteva assumere sia valori negativi che positivi. Un intervento sicuramente geniale, ma che sembrava una specie di “pezza” messa tanto per tappare ciò che lui considerava una falla della teoria.

In quel momento aveva in mano la possibilità di capire che l’Universo si stava espandendo, ma non la prese nemmeno in considerazione.

La costante cosmologica, tuttavia, se portata nel membro di destra assume una valenza fisica ben diversa e agisce proprio come una quantità analoga alla massa/energia. Non agisce solo sulla geometria (membro sinistro), ma diventa una qualche ipotetica forma di energia al pari delle altre forme di materia e radiazione.  Non avendo vincoli di segno può, quindi, dar luogo a forze attrattive o repulsive.

Quando Hubble descrisse l’espansione dell’Universo, attraverso la sua legge, sembrò veramente che la costante di Einstein fosse del tutto inutile. Come già detto, Einstein considerò la costante come l’errore più grande della sua vita: avrebbe dovuto accettare un Universo “ballerino” e arrivare ben prima alla scoperta di Hubble.

Tuttavia, a volte, le idee dei grandi geni hanno potenzialità che vanno oltre alle stesse idee. Quella famosa costante è, alla lunga, tornata in  ballo, anche se le è stato cambiato il nome nel più moderno e accattivante “energia oscura”.

Non sappiamo ancora se l’accelerazione che sembra aver avuto l’Universo recente sia vera oppure no, dato che dipende molto dalla precisione delle candele cosmiche (le supernove di tipo Ia), ma la ricerca giapponese sembra aprire una nuova porta per la costante einsteniana.

I risultati, infatti, concludono che la teoria di gravità generale funziona benissimo nella sua versione con tanto di costante cosmologica.  Essa spiegherebbe benissimo anche un’eventuale accelerazione.

Vale la pena fare una piccola riflessione. L’accelerazione dell’espansione, se reale, avrebbe potuto sgretolare buon parte della teoria di Einstein (senza costante). Poco importava, in fondo, a molti ricercatori… l’importante era dare vigore alla nuova scoperta: l’energia oscura. In realtà, la faccenda è ben diversa e la ricerca giapponese gioca fortemente a favore di questa interpretazione.

L’energia oscura non è altro che un modo per chiamare la costante ed essa può riferirsi a molte altre cose. Ad esempio, potrebbe essere spiegata con l’introduzione di una nuova particella (ma finché gravità e MQ restano distanti, questa ipotesi resta fantasia pura, comunque ne abbiamo parlato QUI e QUI), ma potrebbe anche essere  una costante fisica senza alcuna motivazione intrinseca (come la velocità della luce, la costante G di Newton o la carica dell’elettrone).

Non mancano, però, ipotesi molto più suggestive, come quelle che si legano  all’energia del vuoto, quell’ “essenza” (chiamiamola così) che riempie tutto lo spazio. Un’energia uniformemente distribuita che potrebbe influenzare la gravità. Di nuovo, però, sarebbe necessario legare gravità e fisica delle particelle elementari. Questa è la vera sfida e non i paroloni solo “estetici” come materia o energia oscura.

In conclusione, quel guizzo quasi infantile di Einstein, che cercava di stabilizzare il suo Universo ballerino, non è stato altro che un intuito ben più profondo, capace di allacciare strettamente MQ e gravità. Un invito a proseguire…

Solo un caso? Può darsi… ma Einstein forse non era nemmeno conscio delle possibilità gigantesche della sua teoria e della sua mente.

Fatto sta che la ricerca giapponese conferma in pieno la RG, a patto che compaia la costante che Enistein aveva voluto inserire per altri scopi…

La figura che segue mostra le tremila galassie osservate.

Una mappa a 3D dell'Universo compreso tra distanze comoventi che vanno da 12 a 14.5 miliardi di anni luce. Fonte: NAOJ, CFHT, SDSS
Una mappa a 3D dell'Universo compreso tra distanze comoventi che vanno da 12 a 14.5 miliardi di anni luce. Fonte: NAOJ, CFHT, SDSS

Vale la pena dire qualcosa di più su di essa. Si notano dei valori di “distanza” che superano abbondantemente l’età dell’Universo (13.8 miliardi di anni). Stiamo molto attenti: quelle indicate sono distanze comoventi, ossia vere e proprie distanze in anni luce che gli oggetti considerati hanno da noi in questo istante. Il fatto che i valori sono circa uguali al tempo impiegato dalla luce per arrivare fino a noi può portare confusione. Questo è uno dei rischi che si corrono quando si usano gli anni luce in modo troppo “allegro”.

Capite, allora, perché parlo sempre di tempo passato dal momento dell’invio della luce e non di distanza (e QUI trovate la spiegazione completa) Molte volte si legge una distanza in anni luce che coincide con questo valore, mentre invece bisognerebbe riferirsi a vere distanze, come quella comovente.

Una classica figura che spiega molte cose è quella che segue (sicuramente già usata precedentemente, ma non ricordo più dove…), dove si vedono contemporaneamente i valori del redshift z, le distanze comoventi e gli anni passati dal Big Bang.

spaziotempo
La figura è un po' datata e considera ancora un'eta dell'Universo inferiore a 13.5 miliardi di anni. L'importante, però, è il succo della figura.

Non preoccupatevi più di tanto, dato che su questo tipo di figura ci torneremo molto presto (c’era già molto sul vecchio sito, ma piano piano trasporterò tutto qui da noi).

Un avvertimento… se andate  a leggere la notizia su Media INAF (ma non solo, credo) noterete che si parla allegramente di galassie poste a 14.7 anni luce di distanza, senza specificare di che distanza si tratta. State attenti che queste sono distanze comoventi e non indicano il tempo che la luce delle galassie ha impiegato per giungere a noi. Esso è decisamente più corto… basta pensare che le galassie più lontane osservate, la cui luce è stata osservata dopo più di tredici miliardi di anni, hanno z uguale a circa 6, mentre la ricerca giapponese lavora intorno a z = 1.4.

Sarebbe stato giusto chiarire bene di cosa si parlava, ma, forse, per farlo, bisognerebbe anche … saperlo.

Articolo originale (in cui si parla solo di redshift), QUI

 

Dieci curiosità più o meno note sulla teoria della Relatività Generale, raccontate da Curiuss al "curiosissimo" micione Gualtiero: a partire dalla storia dell'imbianchino che l'avrebbe ispirata, fino all'eclissi di Sole del 1919 che servì a dimostrarla, passando dai giornali francesi che non ne diedero notizia perché... per non parlare poi della Prima Guerra Mondiale che la salvò!

4 commenti

  1. Gianni Bolzonella

    La costante cosmologica che agisce anche sull'altro membro significa che qualsiasi cosa modifica la geometria deve avere un corrispondente sulla massa energia che la modifica in sostanza,se ho capito bene.

  2. Sì, Gianni... portandola a destra assume lo stesso significato fisico dell'energia e della materia, capaci di modificare la geometria.

  3. Paolo

    Caro Enzo molto bello questo articolo e la relativa news.

    Se non ricordo male Einstein aveva introdotto la costante poiché la sua errata convinzione che l'Universo fosse statico aveva bisogno di qualcosa che impedisse l'inevitabile collasso gravitazionale.... un genio anche negli errori...

    Per la figura mi ricordo una bella discussione qui:

    http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2014/10/29/un-riassunto-grafico-per-i-piu-bravi/

    Paolo

  4. Bella memoria Paolo! :-P  Però, le motivazioni per l'introduzione della costante le ho anche scritte nel testo... :wink:

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