L'UNIVERSO SECONDO HAWKING

Stelle, galassie e pianeti spinti ad accelerare da una forza ignota.
Mondi paralleli, vicinissimi a noi ma ai quali non potremo mai accedere. Microscopiche stringhe che vibrano come corde di violino, racchiuse in dimensioni multiple... È il sorprendente scenario cosmico descritto nel nuovo libro di Stephen Hawking.



L'universo accelera. A noi che del cosmo sappiamo solo che nacque da un grande "bang", o poco più, la notizia può non fare effetto. Ma per chi si occupa di capire come l'universo funziona, e quale sarà il suo destino, la scoperta che esso si espande accelerando è stata "una sorpresa tremenda", come più di uno studioso l'ha definita. E anche l'inizio di un'epoca di fermento, in cui nel calderone delle teorie cosmologiche hanno cominciato a ribollire idee nuove e ipotesi alquanto bizzarre. Poco tempo fa, riuniti a Cambridge per festeggiare i 60 anni di uno dei loro più illustri colleghi, Stephen Hawking, i cosmologi hanno tracciato il ritratto di un universo pervaso da un'energia misteriosa che si espande sempre più velocemente, in cui la materia di cui siamo fatti è solo la punta visibile.

Si moltiplicano anche le teorie che parlano di dimensioni nascoste, universi multipli, mondi che si trovano più vicini a noi della nostra pelle, ma a cui non abbiamo accesso. Gli studiosi sono in cerca di alternative per capire ciò che non quadra nel modello cosmologico tradizionale. Per i non addetti ai lavori ne risulta un mondo alla rovescia, dove il senso comune fa sempre la parte della vittima; per gli astrofisici, un embrione da cui si potrebbe sviluppare la tanto agognata "teoria del tutto" che spieghi senza contraddizioni come è fatto il mondo, dagli atomi fino ai buchi neri. In questi territori si muove l'ultimo libro di Hawking, The universe in a nutshell (L'universo in un guscio di noce), che uscirà a ottobre in Italia per la Mondadori.

Quattro anni fa la rivista Science definì l'espansione dell'universo "scoperta dell'anno". La reazione prevalente fra gli scienziati fu di scetticismo: quella strana osservazione andava contro quanto si era ritenuto valido fino ad allora. Eppure, analisi successive hanno confermato che è davvero così e le teorie accettate hanno cominciato a traballare. "Se l'universo accelera, ci deve essere un tipo di energia particolare che ne provoca l'accelerazione" riflette Paolo De Bernardis, astrofisico all'università La Sapienza di Roma.
È addirittura tornato alla ribalta un concetto che Albert Einstein aveva definito "il suo più grande errore": la costante cosmologica, introdotta per far tornare i conti della sua teoria e in seguito da lui stesso rinnegata, quando si era scoperto che l'universo non era statico ma si espandeva, e dunque non serviva quella forza artificiale escogitata per mantenerlo immobile. Oggi gli studiosi cercano di capire che cos'è questa forma di energia oscura che fa gonfiare sempre più velocemente l'universo, ma non è prevista dal modello standard, il quadro che descrive particelle e forze, i mattoni e la calcina di cui è fatto il cosmo.

Secondo i calcoli più recenti, non solo questa energia è presente, ma costituisce addirittura l'ingrediente principale, il 70 per cento, dell'universo: la materia normale, quella di cui è fatto tutto ciò che conosciamo, non è più del 3 per cento. Il resto è materia oscura. "Ciò significa che c'è un pezzo di fisica mancante, non ancora studiata" osserva de Bernardis. Per spiegare la natura dell'accelerazione alcuni chiamano in causa una misteriosa "quintessenza", una sorta di energia del vuoto, il cui nome richiama l'elemento sublime (l'etere, il quinto elemento) di cui i greci pensavano fossero fatti i cieli.
La nuova scoperta lascia una strana coincidenza da chiarire: come mai l'accelerazione sia partita solo 5 miliardi di anni fa (in contemporanea alla formazione del nostro Sistema solare) sul totale dei 15 miliardi di anni di vita dell'universo. Una caratteristica, come molte altre, che sembra frutto del caso. "La grandezza e la forma della nostra galassia" scrive l'astronomo inglese Martin Rees nel suo ultimo libro, Our cosmic habitat, "sono il risultato di fluttuazioni quantistiche impresse all'universo quando era grande come una palla da golf". Siamo qui, in altre parole, perché il cosmo è abbastanza vasto e abbastanza vecchio, perché la forza di gravità ha un preciso valore e non un altro, anche solo leggermente diverso, perché la materia ha una certa densità e così via.

La ricetta che ha dato vita al nostro universo sembra calcolata al grammo da una mano attenta. A meno di non considerare il nostro habitat solo come uno fra tanti universi, magari proprio uno dei rari casi in cui è stato possibile l'emergere della vita.

Benché sembri fantascientifica, questa eventualità è prevista da varie teorie. "L'universo deve avere ogni storia possibile, ciascuna con la sua probabilità. Ci deve essere una storia dell'universo in cui il Belize ha vinto tutte le medaglie d'oro alle olimpiadi, anche se la probabilità è bassa" scrive Hawking. Le nuove osservazioni sono anche servite a fare previsioni sulla fine cui è destinato l'universo. Alcuni studiosi dello Harvard-Smithsonian center for astrophysics hanno lanciato un'ipotesi inaspettata. Ora che una forza misteriosa preme sul pedale dell'acceleratore, il cosmo che conosciamo potrebbe essere solo una parentesi. Il finale potrebbe non essere né il Big crunch, il collasso finale, né l'espansione infinita. Bensì un terzo scenario: allontanandosi sempre più velocemente, le galassie scomparirebbero dalla nostra vista, lasciandoci in un isolamento che non permetterebbe di conoscere né di esplorare il cosmo. "La prospettiva è squallida, ma è quello che succederà se verranno confermate tutte le indicazioni di oggi" dice de Bernardis.

L'altro punto oscuro è quello della nascita dell'universo. La novità, impensabile fino a pochi anni fa, è che oggi si può studiare sperimentalmente ciò che accadde alcuni miliardesimi di miliardesimi di secondo dopo il Big bang. La cosmologia si sta trasformando da scienza puramente teorica a scienza osservativa. Con strumenti successori del Boomerang, il pallone sonda lanciato sull'Antartide che ha verificato l'ipotesi della piattezza dell'universo (ovvero che lo spazio non è curvo), si studiano lievissime variazioni nella radiazione cosmica di fondo: il residuo fossile del Big bang che permea il cosmo. Da ciò si possono ottenere indizi importanti sull'inflazione, la fase in cui in una frazione di secondo l'universo passò da un granello inimmaginabilmente piccolo alle dimensioni di un pallone.

Ma il sogno dei cosmologi è andare oltre, fino alla comprensione del momento esatto in cui l'universo è sbocciato. Una soglia di fronte a cui oggi la scienza si blocca. Le teorie di cui dispone, la relatività generale e la meccanica quantistica, arrivati al Big bang fanno cilecca. È come se fossero venuti al pettine nodi la cui esistenza si conosce da mezzo secolo. I fisici, infatti, studiano oggetti piccoli e leggeri come gli atomi con la meccanica quantistica; e quelli grandi e pesanti, come stelle e galassie con la relatività generale. E tanto basta.

"Per cinquant'anni si è lavorato così, quasi in uno stato di beata ignoranza" scrive Brian Greene in L'universo elegante. Per spiegare come l'intero cosmo sia scaturito da un puntino servono entrambe le teorie; che però, quando si tenta di combinarle, cominciano a fare attrito e a dare risultati assurdi, come temperatura o densità infinite, veri e propri "rifiuti tossici della cosmologia". A cercare di fare chiarezza è la teoria delle stringhe che gli studiosi hanno cominciato ad applicare alla cosmologia. L'universo che ne viene fuori lascia senza fiato per le stranezze, ma è il prezzo da pagare per una teoria che fa sparire molte illogicità delle altre due

La teoria delle stringhe, nata da un'intuizione di Gabriele Veneziano, giovane fisico al Cern alla fine degli anni 60, e sostenuta da una matematica complicatissima, ha alla base l'idea che, a un livello ancora più microscopico rispetto all'atomo e a tutte le particelle note, ci siano in realtà le stringhe: filamenti che oscillano e vibrano come elastici sottilissimi. A partire dal 1995 si è scoperto che per abbracciare quest'ipotesi è necessario abbandonare alcune delle convinzioni più forti del senso comune. La teoria richiede l'esistenza di dimensioni in più oltre a quelle conosciute: nove (o addirittura dieci) spaziali, più il tempo. Secondo i teorici, sarebbero nascoste, strettamente arrotolate in uno spazio così microscopico da essere sfuggite anche agli esperimenti più sofisticati.

Questo nuovo scenario permette anche previsioni sorprendenti su che cosa sia accaduto al momento zero. "La cosmologia di stringa è basata sull'idea che il Big bang non è più l'origine del tempo" sottolinea Veneziano, che ha elaborato una sua versione delle conseguenze della teoria sulla storia dell'universo. "Si cerca di spiegare questo evento come il risultato di qualcosa avvenuto prima, una preistoria dell'universo". Chiedere che cosa c'era prima del Big bang, insomma, non sarebbe più come domandarsi che cosa c'è a nord del Polo nord.
Secondo un'ipotesi di Veneziano, invece che caldo e denso, l'universo primordiale potrebbe essere stato freddo e infinitamente esteso: un mare caotico di onde gravitazionali ed elettromagnetiche che, attraverso un collasso gravitazionale (simile a quello con cui si formano i buchi neri), avrebbe dato luogo al "nostro" Big bang. Sempre sulla base della teoria delle stringhe e dei nuovi dati sull'accelerazione, gli astrofisici Paul Steinhardt e Neil Turok hanno appena proposto un modello ciclico di universo in cui si susseguono all'infinito bang e crunch, nascite e collassi. Ma la cosa più sorprendente della teoria delle stringhe è che, nonostante le stranezze, emergono nelle varie versioni elaborate delle "convergenze", le cosiddette simmetrie.
Gli scienziati si sono affannati per anni intorno a quelle che credevano teorie diverse e che invece sono probabilmente versioni di una stessa, battezzata teoria M (M starebbe per "mistero" o "madre" di tutte le teorie, o per "membrana", il suo principale concetto). Alcuni di quelli che appaiono come artifici escogitati per puntellare le ipotesi esistenti, come l'inflazione, sono una conseguenza naturale della teoria M e delle simmetrie in essa contenute, chiamate dualità.

"Non considerare questa rete di dualità come un segno che siamo sulla via giusta sarebbe come andare a pensare che Dio ha messo i fossili nelle rocce per mettere fuori strada Darwin a proposito dell'evoluzione della vita" commenta Hawking. Ma non è finita. Da queste elaborazioni, solo un anno o due fa alcuni studiosi hanno tirato fuori ipotesi ancora più fantasiose. Le stringhe non sarebbero altro che una particolare categoria di oggetti chiamati brane, abbreviazione di membrane. Il nostro mondo sarebbe "appuntato" a una membrana tridimensionale a sua volta inserita in uno spazio a più dimensioni. Un'altra brana, un universo parallelo, si troverebbe a una distanza piccolissima, ma invalicabile, da noi. Solo la forza di gravità potrebbe evadere dal nostro mondo e penetrare in uno parallelo: sarebbe il motivo, oggi inspiegabile, per cui ci appare così debole. Periodicamente, poi, ci sarebbero scontri tra brane. A noi, bloccati all'interno di una, questo cataclisma apparirebbe come un Big bang.

Come formiche che camminano su un foglio sospeso nel vuoto e non hanno idea di che cosa voglia dire alto e basso, potremmo essere confinati in un mondo tridimensionale che fa parte di un universo multidimensionale.
Essere insomma, conclude Hawking, come Amleto, chiusi in un guscio di noce e considerarci signori dello spazio infinito.

Fonte: Panorama.