“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 domandava perché fosse diventato così famoso.

Dopo aver preso in considerazione nella prima parte le numerose ipotesi avanzate nel corso della storia, 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 relatività di Einstein, secondo la quale il moto e la distribuzione della massa e dell’energia sono in grado di deformare il tempo e lo spazio, 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 (spazi “più vuoti”, in un certo senso), che potranno più facilmente estendersi in maniera illimitata. Per giunta, per spazi ad alta densità di materia anche l’estensione temporale potrebbe essere limitata: se così fosse, l’espansione dell’universo subirà prima o poi una battuta d’arresto, contraendosi sempre di più, sino a giungere al cosiddetto Big Crunch. Al contrario, universi illimitati, a bassa densità, potranno continuare ad espandersi per sempre.

Il limite che, se oltrepassato, porterebbe ad una densità critica (e dunque al Big Crunch), è di soltanto sei atomi per metro cubo di spazio. Sappiamo che queste quantità sono assai esigue per i canoni terrestri, tuttavia non possiamo 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 quanto emette radiazioni) di una più consistente quantità di materia, fredda e oscura. Se perciò volessimo asserire con certezza che l’universo sia infinito, potremmo essere nelle condizioni di osservare soltanto la punta dell’iceberg.

In realtà, è possibile trovare uno stratagemma per aggirare il problema: anche se non emette luce, qualunque corpo dotato di massa dovrebbe avere effetti gravitazionali sul resto della materia, interagendo con essa. 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 di materia è detta “materia oscura fredda“.

Delle particelle costituenti della materia oscura fredda, soltanto una piccola porzione è costituita da materia ordinaria, a noi nota. Ma che cos’è dunque la materia oscura? 

Tra i possibili costituenti della materia oscura si sono considerati 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, essi non sembrano prestarsi a comporre questo tipo particolare di materia.

E se la materia oscura fosse composta di piccoli buchi neri? Per quanto non sia stata del tutto rigettata, anche in questo caso l’ipotesi sembra essere poco convincente. È probabile invece che in natura esistano dei neutrini dotati di una massa maggiore di quelli a noi noti. Del resto, le simulazioni relative a questo tipo di neutrini, effettuate con appositi computer, sono parse alquanto incoraggianti.

Ora, secondo le osservazioni di qualche anno fa, il livello di densità critica non poteva essere turbato neppure dalla materia oscura: apparentemente l’universo non poteva essere che infinito. 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; assumendo che l’intuizione sia giusta, possiamo ammettere che lo spazio possa essere finito senza che tuttavia abbia un margine. Ad esempio, potremmo camminare su una sfera all’infinito senza mai incontrare un punto di arresto, un ostacolo, anche se la sfera è finita. La soluzione di un universo sì finito, ma ripiegato su se stesso, offre una validissima alternativa a un universo infinito: in altre parole, se l’universo è privo di margine, non è detto che sia necessariamente infinito.

Del resto, vi sono almeno tre argomenti che potrebbero farci propendere per la finitudine dell’universo: i problemi della topografia, dell’uniformità e dell’accelerazione. Il problema della topografia 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 poi 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 proprio perché tale accelerazione nell’espandersi va contro le previsioni. Ma a proposito di tutto questo, potrete leggere un articolo dedicato. 

Insomma, potrebbe accadere che l’universo continuerà ad espandersi in eterno, che la sua espansione subisca un’accelerazione sempre maggiore, oppure che un giorno riprenda la sua naturale decelerazione. In questo modo, sarebbe temporalmente infinito (salvo imprevisti!). Naturalmente, non è detto però che, essendo temporalmente infinito, l’universo sia infinito anche da un punto di vista spaziale. 

Appurare tutto questo, come, in particolare, determinare la quantità e la costituzione della materia oscura, è una tra le maggiori sfide della scienza contemporanea. La sfida è stata colta da cosmologi, astronomi, astrofisici computazionali, fisici delle particelle e sperimentali, che condividono il proprio lavoro e le proprie competenze gli uni con gli altri, per dar luogo a un  fruttuosissimo lavoro di squadra. Ma, in definitiva, se l’universo fosse infinito, il suo sarebbe un segreto decisamente ben custodito…

 

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