La grande rivoluzione scientifica del secolo scorso è composta dalla meccanica quantistica che ha cambiato quanto sapevamo della materia e dalla teoria della relatività generale, elaborata da Einstein, riguardo alla forza di gravità. Questa forza che ci tiene “attaccati “alla Terra, al Sole e alla luna.
La Relatività Generale ha cambiato anche quanto sapevamo dello spazio e del tempo. Una immagine visiva dello spazio ci viene fornita da un grande scienziato, il Prof. Rovelli: immaginarlo come una tavola sulla quale avvengono tutti i fatti del pianeta. Questa era la concezione che aveva Newton e che fu integrata da un altro grande fisico due secoli fa, Maxwell, con le azioni che avvengono tra le forze elettriche e magnetiche: il campo elettromagnetico che riempie tutto lo spazio come una nebbia diffusa.
Einstein introdusse il campo gravitazionale che coincideva con lo spazio di Newton, ma che non era fisso, ma aveva la caratteristica di muoversi. Parlare di spazio è equivalente a parlare di campo gravitazionale, che può muoversi, piegarsi, ondeggiare. Questa elaborazione è conosciuta come teoria della Relatività Generale.
Relatività perché, nella teoria, le cose nello spazio non hanno una posizione assoluta, ma relativamente ad altri oggetti fisici. Generale perché questa teoria cambia completamente la nostra comprensione del mondo fisico.
Il campo gravitazione fu descritto da Einstein con delle equazioni che chiamiamo “equazioni di campo”. Einstein nel 1915 concluse la teoria proprio con l’equazione di campo con la quale descrive l’evoluzione dell’Universo. Nel farlo incontrò il seguente problema: dal Big Bang l’Universo si espande ma prima o poi la forza gravitazionale avrebbe avuto il sopravvento, con la conseguenza che l’Universo sarebbe collassato in un Big Crunch, ovvero una fase di contrazione (collasso gravitazionale).
Einstein risolse il problema introducendo nell’equazione di campo una costante chiamata costante cosmologica, che è una specie di forza, riportando in tal modo l’equilibrio nell’Universo, che diventava stabile, evitando il Big Crunch.
Dopo un certo tempo un astronomo americano, Edwin Hubble, scoprì che l’Universo non è per nulla stabile, anzi, è in continua espansione. Questo riportò nell’attualità l’equazione di campo di Einstein senza la costante cosmologica.
Nel 1920 un fisico, di nome Friedman, si accorse che la descrizione di Einstein dell’Universo non stava in piedi, perché: nemmeno con la costante cosmologica l’Universo raggiungeva la stabilità.
Friedman riscrisse l’equazione di Einstein e il nuovo Universo descritto dalla equazione di Friedman era ed è un Universo in espansione. Einstein prese atto di aver commesso il più grande errore con l’introduzione della costante cosmologica.
Opera è un esperimento che si svolge presso il CERN di Ginevra, dove nel grande acceleratore Large Hadron Collider gli scontri tra fasci di protoni, microscopici mattoni che compongono il nucleo dell’atomo, ci riportano indietro miliardi di anni per vedere fenomeni accaduti subito dopo il Big Bang. I ricercatori di Opera hanno dimostrato, con le loro corrette osservazioni, che l’Universo è in espansione e accelera la propria espansione.
Da cosa dipende questa accelerazione? Considerando il modello cosmologico nel quale la Costante Cosmologica vale 0,71, vuol dire che il 71% del nostro Universo è costituito da un “fluido” sconosciuto, la Energia Oscura (Dark Energy), che occupa lo spazio e agisce sull’allontanamento della materia esattamente al contrario dell’azione svolta dalla forza di gravità. Nessuno sa cosa sia questa Energia Oscura e altrettanto non si sa di un altro 25% di costituente l’Universo, che chiamiamo Materia Oscura (Dark Matter).
Quello della Energia Oscura è il più grande mistero della fisica moderna. Riguardo alla Materia Oscura non si sa di cosa sia composta, si sa solo che si tratta di materia, che ha una massa in grado di influenzare la forza gravitazionale.
Nell’estate del 2023 la missione EUCLID dell’Agenzia Spaziale Europea è partita da Cape Canaveral per esplorare la composizione e l’evoluzione dell’Universo oscuro. EUCLID è un telescopio spaziale che creerà una grande mappa della struttura su larga scala dell’Universo attraverso lo spazio e il tempo, osservando miliardi di galassie fino a 10 miliardi di anni luce, in più di un terzo del cielo. EUCLID esplorerà come l’Universo si è espanso e come la struttura si è formata nel corso della storia cosmica, rivelando di più sul ruolo della gravità e sulla natura della materia e dell’energia oscura.
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