La curiosità del mese a cura di Gabriele Ghisellini

Come finirà il nostro Universo?

Sappiamo ormai tante cose sull’Universo: sappiamo quando è nato, e quindi sappiamo quanti anni ha, sappiamo come è fatto, ma non sappiamo ancora di che cosa è fatto. E’ vero, abbiamo dato un nome ai suoi ingredienti … materia normale, radiazione, massa oscura, energia oscura … Ma abbiamo scoperto che la materia normale e la radiazione contenute nell’Universo non sono che un misero 5% del totale (vedi curiosità del dicembre 2020 e del febbraio 2021).

Tutta la realtà che vediamo, che tocchiamo, tutta l’aria che respiriamo, l’acqua che beviamo e gli oceani in cui nuotiamo, tutti i pianeti, le stelle, il gas iridescente delle nebulose, tutte le galassie e la loro luce, e anche la materia di cui siamo fatti noi: tutto questo non è che il 5% del totale. Se pensiamo di avere un posto privilegiato, importante, se ci sentiamo al vertice dell’evoluzione, beh, smettiamola… non siamo che formiche al cospetto di giganti.

Formiche sì, ma tanto stupide no… Einstein diceva: “la cosa incredibile dell’universo è che sia così comprensibile a noi umani …” Beh, lo disse quando ancora non si aveva sentore della materia e dell’energia oscura, e sicuramente ci sono degli umani, come lui, che capiscono più di altri, ma è vero che il fatto di scoprire cose importanti dell’Universo richiede che l’Universo stesso si lasci vedere, indagare, e fino a un certo punto anche capire … A patto di conoscere la matematica, la lingua con la quale l’Universo è scritto, come disse Galileo.

La conoscenza attuale del nostro Universo permette anche di azzardare quale fine farà. Tutto dipende dall’energia oscura, che attualmente è l’azionista di maggioranza dell’Universo SpA, con il 70 per cento di azioni. Ma sarà sempre così? È improbabile. Come abbiamo visto nelle scorse curiosità del mese, noi non sappiamo ancora cosa sia l’energia oscura, anche se abbiamo capito che deve avere una proprietà straordinaria e anti-intuitiva: man mano che l’Universo cresce, anche il totale dell’energia oscura aumenta, in modo che la sua densità di energia rimane costante. Pensate: più aumenta il volume dell’Universo, anche a causa della presenza dell’energia oscura, che spinge, più l’energia oscura aumenta, e quindi più aumenta la sua spinta, facendo accelerare l’espansione, che a sua volta, aumentando il volume, fa aumentare l’energia oscura … e così via. Ma quanto siamo sicuri che questo succederà per sempre? Non molto. Dato che non abbiamo idea di cosa sia l’energia oscura, non sappiamo se a un certo punto smetterà di crescere, perchè non è una proprietà dello spazio, o se invece è davvero legata allo spazio, qualunque dimensione abbia. Anche il fatto che la densità di energia oscura sia perfettamente costante è incerto. Potrebbe leggermente aumentare, oppure diminuire. Siccome navighiamo in questo mare d’ignoranza, non ci resta che esaminare tutte le differenti possibilità …

Ma prima devo farvi un esempio che spero aiuti a capire meglio gli effetti dell’energia oscura.

Prendiamo il Sole e la Terra. La loro distanza è di circa 150 milioni di km. La forza principale che lega il Sole ai suoi pianeti, come la Terra, è la forza di gravità. Anche tra il Sole e la Terra c’è l’energia oscura, ma il suo effetto a queste distanze è trascurabile. Ed è così per tutta la nostra Galassia e perfino per le galassie a noi più vicine, come la galassia di Andromeda, o le nubi di Magellano, che sono in orbita intorno alla Via Lattea. Dato che la gravità vince, la Terra e il Sole non partecipano all’espansione dell’Universo, che diventa importante per distanze molto ma molto più grandi, dell’ordine delle decine di milioni di anni luce. In condizioni “normali”, la quantità di energia oscura che opera sotto queste distanze non cambierà, perchè la Terra e il Sole rimarranno alla stessa distanza, anche fra 10 miliardi di anni. E anche all’interno della Via Lattea le distanze non cambieranno, e quindi l’energia oscura, se la sua densità non cambierà nel tempo, rimarrà trascurabile nella Via Lattea, anche se diventerà padrona assoluta dell’Universo considerato nel suo insieme. L’espansione dello spazio tra le galassie distanti crescerà sempre di più, lo spazio tra loro aumenterà esponenzialmente, anche se alle singole galassie non succederà niente.  Alla fine, la Via Lattea e le poche galassie vicine, che formano il nostro Gruppo Locale, si ritroveranno sole, senza poter più vedere le altre galassie. A poco a poco le stelle che formano la Via Lattea moriranno e non saranno più visibili, e saremo sempre più soli e al buio. Ogni tanto, un pianeta o un relitto stellare passeranno vicino ad un buco nero, saranno distrutti dalle forze di marea, e una buona metà della loro massa comincerà a spiraleggiare verso il buco nero, si riscalderà e diventerà visibile, per un mese circa, prima di sparire nel buco nero stesso. Lampi nel buio, e poi l’oscurità.

E se questa fine vi sembra dolorosa e triste… Beh, c’è di peggio. Pensiamo al caso in cui l’energia oscura non mantiene una densità costante, ma cresce nel tempo.  In questo caso, tra la Terra e il Sole la forza di spinta dovuta all’energia oscura non è più costante, ma cresce nel tempo. E a un certo punto diventa più forte della gravità. Sarebbe solo questione di tempo: ad un certo punto la Terra e il Sole sarebbero spinti uno lontano dall’altro, e costretti a vagare da Soli in una Via Lattea che si sta sfaldando, perché tutti i sistemi che erano tenuti insieme dalla gravità si “romperebbero”, e tutte le stelle e loro pianeti si allontanerebbero tra loro.

Ma non è finita qui. Quello che è appena successo al Sole e alla Terra si ripeterebbe. Dopo un po’ di tempo sarebbe la nostra Luna a lasciarci. E con il passare del tempo anche due esseri qualsiasi ad una certa distanza sarebbero obbligati ad allontanarsi, sempre per effetto della forza repulsiva dell’energia oscura che diventerebbe sempre più forte. E anche il nostro corpo, tenuto insieme dalle forze elettromagnetiche, ad un certo punto si sfalderebbe. Basta aspettare, ma anche le singole molecole si romperebbero, e poi gli atomi…

Alla fine rimarrebbero solo le particelle elementari, ognuna lontana dalle altre, e la radiazione, ma null’altro. Questo scenario apocalittico viene chiamato Big Rip, ossia Grande Strappo. E come spesso succede questa idea dello spazio stesso che viene lacerato è stata anticipata dagli artisti, e immortalata dalle tele tagliate di Lucio Fontana.

Queste sono le uniche due possibilità? No, c’è n’è un’altra: cosa succederebbe se l’energia oscura diminuisse nel tempo? In questo caso, anche se il volume dell’Universo continuerebbe a crescere, l’effetto totale dell’energia oscura diminuirebbe, e dopo miliardi di anni, potrebbe anche scomparire. L’universo si espanderebbe ancora? Per un po’ certamente sì, ma il suo destino ultimo dipenderebbe dalla sua densità di massa: se è troppo piccola l’espansione continuerebbe per sempre, e la fine sarebbe simile al primo caso: una fine solitaria, buia e triste.

Ma se la massa fosse sufficientemente grande, allora la gravità potrebbe rallentare l’espansione, fino a fermarla. L’universo allora “tornerebbe indietro” come in un film visto al contrario. Le galassie si avvicinerebbero, sempre più velocemente, attratte da una forza di gravità sempre crescente, perchè le galassie sarebbero più vicine. Fino a quando? Finchè tutta la materia dell’Universo risulterebbe concentrata in un punto, nello scontro finale. Questo scenario “anti-Big Bang” è chiamato Big Crunch, ossia “Grande Accartocciamento”.

Quando avverrano questi fatti straordinari, seppur forse tristi? Almeno tra qualche decina di miliardi di anni… Per ora possiamo dormire sonni tranquilli…