La questione che mi preme affrontare, dopo i passati articoli aventi a che fare con il mondo microscopico, ha a che vedere con alcuni problemi inerenti ai fenomeni fisici che si osservano a scale macroscopiche.
Le scale di grandezza a cui mi riferiscono sono quelle per le quali la forza di gravità diventa la forza dominante nel sistema fisico preso in esame. Questo sistema fisico viene solitamente chiamato Universo.
La gravità, non ha una descrizione microscopica come le altre interazioni fondamentali (elettromagnetismo e forze nucleari). Abbiamo teorie che possono descrivere i fenomeni gravitazionali solo a larga scala. Ergo abbiamo solo una teoria classica della gravità. Questa teoria è la Relatività Generale di Einstein. Ce ne sono in verità molte altre teorie sviluppate nel corso degli anni in questo ambito, ma la Relatività Generale è quella che meglio “fitta” i dati sperimentali.
Ma quali sono i problemi a cui mi riferisco?
I problemi sono quelli relativi alla materia oscura e all’energia oscura. I nomi sembrano altisonanti, ma stanno ad indicare solo la nostra totale ignoranza su cio’ che osserviamo e che non riusciamo a spiegare con la teoria standard. La materia oscura è un problema molto vecchio in verità, ed è nato quando si sono misurati (verso gli anni 30 del secolo scorso) il moto di rotazione delle galassie a spirale.
In fisica classica c’è un legame preciso tra la massa di un oggetto e la sua velocità di rotazione. Ma per le galassie i conti non tornano. Per la massa che hanno, tali oggetti girano troppo velocemente. Questo implica semplicemente che: o dobbiamo modificare la teoria di Einstein, oppure c’e’ piu’ materia di quella che osserviamo. Ovviamente per non rilevare questa materia, vuol dire che essa non emette luce e radiazione.
Da questo fatto nasce il termine materia oscura. Questo tipo di materia del tutto nuova dovrebbe essere di un nuovo tipo. Non avrebbe nulla a che vedere con la materia di cui siamo composti noi e la Terra per intenderci.
Il problema dell’energia oscura nasce invece dall’osservazione rivoluzionaria fatta verso la fine degli anni 90, che ha permesso di stabilire che l’Universo (che si sta espandendo), invece di decellerare o avere una velocità costante, sta addirittura accelerando nella sua espansione.
La gravità di Einstein non predice tale accelerazione a meno di non modificarla. Il modo più semplice per farlo è aggiungere una costante positiva (chiamata costante cosmologica) alle equazioni di campo.
Ci sono centinaia di teorie che tentano di dare un significato fisico a tale costante, o cercano di modificare la relativita’ in altri modi per far quadrare i conti. Per adesso non c’e’ una teoria definitivo che spieghi elegantemente questi due fenomeni, che hanno un peso immenso nella comprensione della Fisica del Cosmo.
Il miglior modello che per ora si trova in accordo con i dati sperimentali, afferma che la gravità è descritta sempre dalla relatività generale piu’ la costante cosmologica e la materia presente dell’ Universo è composta dalla materia che noi conosciamo, piu’ la materia oscura fredda (cioe’ particelle non ancora identificate che si muoverebbero a regime non relativistico).
Da questo modello emerge che l’Universo è composto dal 70% di energia oscura, 26% materia oscura e solo 4% di materia ordinaria, ovvero la materia dei pianeti, delle stelle e di tutto cio’ che riusciamo a vedere con i telescopi e sonde.
E’ proprio vero che il lato oscuro della “forza” è il lato dominante a questo mondo!
