“Quando uno scarafaggio cieco si trascina sulla superficie di un ramo piegato, in realtà non si rende conto che il tracciato che percorre è una curva. Ho avuto la fortuna di capire ciò che lo scarafaggio ignorava”.

Risposta di A. Einstein al figlio Eduard, che gli domandò perché fosse diventato così famoso.

Siamo finalmente giunti ai nostri giorni; gli studiosi sono ancora alla ricerca di una risposta risolutiva: l’universo è realmente infinito?

Rifacendoci alla teoria della gravità di Einstein, in cui il tempo e lo spazio subiscono delle deformazioni per via del moto e della distribuzione della massa e dell’energia, possiamo dedurre che gli spazi con una densità di materia assai elevata, tenderanno a “torcersi” su se stessi (e dunque a possedere un volume finito), a differenza di quelli che avranno una densità più esigua (si tratta di spazi “più vuoti”) potranno più facilmente estendersi in maniera illimitata. Per giunta, per spazi ad alta densità, limitati, anche l’estensione temporale potrebbe essere limitata: è questo il caso in cui l’espansione dell’universo subirà prima o poi una battuta d’arresto, contraendosi sempre più sino a giungere al Big Crunch. universi illimitati, a bassa densità, potranno continuare ad espandersi per sempre.

Il confine che, se oltrepassato, porterebbe ad una densità critica (che, a sua volta, condurrebbe al Big Crunch), è di soltanto sei atomi per metro cubo di spazio. Queste quantità sono assai esigue per i canoni terrestri, mentre non possiamo di fatto essere certi della distribuzione di materia nell’universo: anche se gli strumenti a nostra disposizione ci consentono di rilevare un singolo atomo per sette metri cubi, questi atomi potrebbero costituire una piccolissima parte “luminosa” (in vero emette radiazioni) di una più consistente quantità di materia, fredda e oscura. Non possiamo perciò concludere che l’universo sia infinito, perché potremmo essere nelle condizioni di osservare soltanto la punta dell’iceberg. In realtà, c’è modo di aggirare il problema: anche se non emette luce, qualunque corpo dotato di massa dovrebbe avere effetti gravitazionali sull’altra materia, vi interagisce. E ciò che è a dir poco sorprendente, è che la materia si muove come se interagisse con una quantità di materia dieci volte maggiore di quella che noi possiamo rilevare. Questa imponente quantità è detta “materia oscura fredda“.

La cosiddetta “energia oscura” è considerata responsabile dell’accelerazione dell’espansione dell’universo negli ultimi miliardi di anni. Questa infatti, anziché produrre un’attrazione gravitazionale, genera una repulsione gravitazionale.

Delle particelle costituenti della materia oscura fredda, soltanto una piccola porzione è costituita da materia ordinaria, che noi conosciamo. Ma che cos’è dunque la materia oscura? Determinare la quantità e la costituzione di questo tipo di materia è una delle sfide della cosmologia moderna.

Tra i papabili costituenti della materia oscura si considerarono in un primo momento i neutrini, tuttavia, per via della massa quasi nulla e anche a causa del fatto che essi viaggiano a velocità troppo elevate, non si prestano a costituenti di questo tipo particolare di materia.

E se la materia oscura fosse composta di piccoli buchi neri? L’ipotesi sembra essere poco consistente, per quanto non sia stata del tutto scartata.

È probabile invece che in natura esistano dei neutrini con massa maggiore, o quantomeno si è avanzata anche questa ipotesi. Del resto, studiando con appositi computer simulazioni riguardo questo tipo di neutrini, ci si è resi conto che la congettura sia alquanto incoraggiante, e ad ogni modo frutto del lavoro di cosmologi, astronomi, astrofisici computazionali, fisici delle particelle e sperimentali: la ricerca è sempre un  fruttuosissimo lavoro di squadra.

Secondo le osservazioni di qualche anno fa la densità critica non poteva essere turbata neppure dalla materia oscura: apparentemente l’universo non poteva essere finito. Ma è necessariamente così?

Facciamo un passo indietro e torniamo per un attimo ad Einstein, il quale aveva intuito che lo spazio potesse essere curvo; così facendo, possiamo ammettere che lo spazio possa essere finito senza tuttavia avere un margine. Ad esempio, potremmo camminare su una sfera all’infinito senza mai incontrare un punto di riferimento, anche se la sfera è finita. La soluzione di un universo sì finito, ma ripiegato su se stesso, costituisce una validissima alternativa ad un universo infinito: se l’universo è privo di margine non è detto che sia necessariamente infinito.

In ogni caso, vi sono almeno tre argomenti che potrebbero indurre a confutare l’infinitudine dell’universo.   Vi è il problema della topografia, che ci porta a dover ammettere che un universo possa essere illimitato, ma al contempo finito: l’universo potrebbe continuare ad espandersi pur non essendo infinito. Un’altra complicazione è fornita dal problema dell’uniformità: non sappiamo se l’universo a noi conosciuto sia una “riproduzione in piccolo” dell’intero universo, o se le cose cambino sensibilmente di regione in regione. In ultimo, vi è anche l’ostacolo posto dal problema dell’accelerazione: sembra esservi un’anomala espansione dell’universo, fuori dalla norma perché accelerata (questo fatto va contro le previsioni).   

Insomma, potrebbe accadere che l’universo continuerà ad espandersi in eterno, che acceleri sempre più, oppure che un giorno riprenda la sua naturale decelerazione. In questo modo, l’universo sarebbe temporalmente infinito, salvo imprevisti. Non è detto però che, essendo temporalmente infinito, l’universo sia infinito anche da un punto di vista spaziale.

Se l’infinitudine fosse una realtà dell’universo, sarebbe anche un segreto, ben custodito dalla finitudine dei nostri mezzi…