E’ il ritratto dell’universo da giovane. Meglio, da bambino. Anzi, neonato. E’ l’universo che ha appena visto la luce, perché prima la luce non c’era.
Il cosmo qui rappresentato aveva, all’epoca, 380 mila anni, un quarantamillesimo dell’età attuale. Come una quindicina di ore rispetto alla vita media di un uomo.
Il 21 marzo a Parigi mille scienziati hanno festeggiato la presentazione di questo ritratto. Sembra il quadro del pittore divisionista Segantini o di un “pointilliste” come Suerat.
A dipingerlo è stato il satellite della Missione Planck, un “telescopio” per microonde dal valore di 700 milioni di euro lanciato nel 2009 dall’Agenzia spaziale europea e inviato in uno dei Punti di Lagrange, a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, dove le forze gravitazionali del Sole e della Terra creano un’oasi di equilibrio stabile.
Molti giornali e tv non hanno capito il messaggio trasmessoci dal satellite Planck dopo i suoi primi 15 mesi e mezzo di osservazione (altri dati ancora migliori sono in elaborazione). Ne sono venute fuori notizie retoricamente e trionfalmente imprecise che è opportuno rettificare.
Questo ritratto dell’universo bambino ci dà tre informazioni che riassumo in ordine di importanza crescente:
1) il Big Bang viene retrodatato di 50 milioni di anni, esattamente a 13,82 miliardi di anni fa: un particolare tutto sommato irrilevante;
2) il modello cosmologico del Big Bang con un precocissimo periodo di “inflazione”, cioè di espansione ultrarapida è compatibile con i dati più accurati forniti da “Planck”; non bisogna però nascondere che nell’immagine si colgono alcune anomalie in attesa di spiegazione, e ciò è rilevante;
3) l’immagine consente di “pesare” l’universo: ciò è molto rilevante e fornisce dati utilissimi per spingere avanti la nostra visione cosmologica, benché i nuovi numeri siano vicini a quelli già noti; eccoli: solo il 4,8 per cento della massa dell’universo è costituito da materia ordinaria come quella di cui siamo fatti noi, il nostro pianeta, le stelle e tutto ciò che vediamo, il 68,3 per cento è costituito da materia oscura (un po’ meno di quanto si pensava), e il 26,8 per cento da materia oscura (significativamente di più del 22,7 per cento prima stimato)
4) tirando le somme, il 95,2 per cento dell’universo ci è sconosciuto, e questa è la misura esatta della nostra ignoranza.
Due domande che capita spesso di sentire sono: L’universo è finito o infinito? Ha una vita limitata o è eterno?
I matematici sanno come trattare l’infinito. I fisici no. Infatti ne diffidano, e quando si imbattono in “infiniti” cercano di “rinormalizzarli”, cioè eliminarli dalle loro equazioni. L’infinito più scomodo è quello dell’universo nell’attimo del Big Bang.
Doveva avere densità e temperatura infinite e dimensioni infinitamente piccole. Per sbarazzarsene con un esorcismo verbale i fisici non hanno trovato di meglio che metterlo nella intrattabile categoria delle “singolarità”. La singolarità più singolare di tutte.
I dati della missione Planck non forniscono risposte definitive sui dilemmi finito/infinito e temporaneo/eterno. Però, se accompagnati con un sano ragionamento logico, qualche indizio ce lo danno.
Possiamo immaginare due tipi di universo: il primo è infinito ed eterno, in perenne espansione dopo il Big Bang e il breve e periodo inflattivo; il secondo è ciclico, quindi con una espansione finita nello spazio ma eterno in quanto – chiuso un ciclo – se ne avvia un altro con la nascita di un nuovo universo diverso nei suoi particolari ma a grande scala sostanzialmente simile all’universo precedente.
Una terza ipotesi derivante dalla teoria delle superstringhe è che ci si trovi in un multiverso, cioè che esista un numero pressoché infinito di universi, ognuno con sue costanti fisiche e sue specifiche caratteristiche.
Il modello finora più condiviso è quello del Big Bang con inflazione. Possiamo riassumerlo in alcune fasi principali: esplosione iniziale, ipercrescita inflattiva, espansione in lieve rallentamento fino all’età di 5 miliardi di anni, poi accelerazione dell’espansione, graduale estinzione di tutte le stelle, evaporazione dei buchi neri con il meccanismo individuato da Hawking, un rarefattissimo gas di neutrini come residuo finale.
[Dal Big Bang ai Buchi Neri – Stephen Hawking]
Gli stessi neutrini, che ora sappiamo dotati di una sia pur minima massa, potrebbero ulteriormente decadere, lasciando un universo pressoché vuoto e gelido, che tenderebbe infinitamente ed eternamente al vuoto e allo zero assoluti senza mai raggiungerli.
Questo modello è un esempio di bricolage nel quale i vari pezzi sono stati appiccicati l’uno all’altro a mano a mano che il modello andava in crisi o si faceva qualche nuova osservazione inspiegabile.
Il Big Bang si delinea tra il 1920 e il 1930 al seguito di teorie di Einstein, Lemaitre e Friedman e osservazioni di Edwin Hubble. La materia oscura fa capolino negli anni 30 con Fritz Zwicky e si afferma con Vera Rubin negli anni 70.
La teoria inflazionaria viene sviluppata negli anni 80, l’energia oscura spunta negli anni 90 e duemila dopo la scoperta nel 1998 dell’accelerazione dell’espansione cosmica. Sarà vero che il tutto sta insieme e che i dati della Missione Planck sono compatibili con questo quadro ma è altrettanto vero che non c’è molta eleganza in questo accumularsi di soluzioni ad hoc.
Basti dire che l’inflazione cosmica duri meno di un millesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo, tempo durante il quale l’universo raddoppia le sue dimensioni per centomila volte: basti dire che se voi foste separati dalla vostra fidanzata di una distanza pari al diametro di un atomo di idrogeno (un decimiliardesimo di metro), dopo appena 120 raddoppi la vostra separazione sarebbe pari alle dimensioni dell’universo attuale, e bisognerebbe fare ancora 99.880 raddoppi per uguagliare quelli avvenuti nella fugace era inflattiva.
Di fronte a questo modello piuttosto disarmonico, anche sotto lo stimolo delle prime cosmologie di stringa di cui Gabriele Veneziano fu ancora una volta precursore, Paul Steinhardt e altri hanno rivisitato l’universo ciclico già in voga presso antichissime civiltà, Maya inclusi. Nel disegnare l’universo ciclico si può partire da qualsiasi fase appunto perché si tratta di un ciclo chiuso, ma noi per comodità partiamo dal Big Bang.
Che non è proprio un partire da zero perché nell’universo ciclico non c’è una vera singolarità e quindi un istante zero, ma una transizione che somiglia a un Big Bang meno drammatico e che non richiede inflazione. Così scrive Steinhardt nel suo libro Universo senza fine. Oltre il Big Bang:
“Prima dell’esplosione lo spazio è appiattito (cioè a curvatura zero), riempito omogeneamente di energia risultante dal decadimento dell’energia oscura. Al momento dell’esplosione una parte di questa energia viene trasformata in materia e radiazioni…” .
A questa prima fase seguono un periodo di prevalenza delle radiazioni, un periodo di prevalenza della materia che dura da 380 mila anni dopo il Big Bang a 5 miliardi di anni, un periodo di prevalenza dell’energia oscura, la quale poi decade inaugurando un periodo di contrazione che porta a un grande collasso (Big Crunch) e quindi a un nuovo Big Bang. Noi ci troveremmo quindi a vivere nell’era dell’energia oscura (metaforicamente l’attuale situazione italiana ne è la dimostrazione).
Infinito ed eterno così non sarebbe l’universo ma il suo ciclo. Sarebbe bello se nel ritratto dell’universo neonato fatto dal satellite Planck si potesse trovare la prova del mitico “eterno ritorno”. [Piero Bianucci su lastampa-it].