I misteri della Fisica

Questi sono fra i più angosciosi interrogativi della scienza moderna. È da alcuni decenni che non si fa altro che parlare di questi problemi e sono state fatte un gran numero di proposte per cercare di risolverli. La verità però è che nessuno ha la più pallida idea di dove mettere le mani.
Cosa è la materia oscura? Il problema è venuto fuori alcuni decenni fa osservando i gruppi di galassie lontane. Le galassie isolate nell’Universo sono molto rare, è molto più facile trovarle in gruppi (o ammassi) di decine o anche di centinaia di esemplari. La nostra Via Lattea, ad esempio, fa parte di un gruppo (il Gruppo Locale) formato da una ventina di galassie. A 60 milioni di anni luce, nella direzione della costellazione della Vergine, è presente un enorme ammasso formato da migliaia di galassie, le più luminose delle quali sono già visibili con piccoli binocoli.
Esistono ammassi ancora più enormi e più lontani. Ma come si fa a misurare la massa di un ammasso di galassie? La cosa non è semplice, né diretta. Infatti per realizzare una misura del genere è necessario misurare le "velocità" delle galassie nell’ammasso. Per la legge di gravità di Newton, infatti, maggiore è la massa totale di un sistema fisico, più gli oggetti che compongono il sistema si muovono velocemente (tra loro).
Esiste anche un altro modo per misurare la massa di una galassia: la sua luminosità. Più è luminosa una galassia, maggiore è la sua massa. Naturalmente tutte le misure di luminosità in funzione delle massa sono state fatte rispetto a degli standard conosciuti, in modo da avere una scala di valori "assoluta". Infatti una galassia debole potrebbe sembrare luminosa solo perché è molto vicina, al contrario una galassia luminosissima lontana 10 miliardi di anni luce, sarebbe visibile solo con i più grandi telescopi del mondo! La luminosità delle galassie è quindi misurata immaginandole tutte poste alla stessa distanza. Lo stesso criterio viene adottato anche per la misurazione della luminosità delle stelle.
Ma torniamo alle nostre masse. Abbiamo detto che ci sono due metodi per trovare la massa di un gruppo di galassie: le velocità relative e le luminosità. Se si fanno delle misure con i due metodi su un qualsiasi gruppo, si trova che la massa misurata con il metodo delle velocità è almeno 10 volte maggiore di quella misurata con il metodo della luminosità.
C’è quindi un surplus di massa non luminosa. Questa è la cosiddetta massa oscura. Sono state formulate le ipotesi più incredibili e strane per spiegare la presenza di questa massa invisibile. Citiamo solo alcune delle ipotesi:

1. Nane brune (pianeti giganti al limite della massa per diventare stelle).
2. Particelle esotiche (fotini, gravitini, e altre cose stranissime…).
3. I neutrini, (particelle prodotte dalle reazioni nucleari delle stelle) non avrebbero massa nulla, pertanto, essendo il loro numero enorme, la loro massa complessiva sarebbe sufficiente a spiegare la materia oscura. I neutrini hanno la non simpatica caratteristica di essere rivelati con grande difficoltà. Questa però è anche una caratteristica a loro favore, infatti darebbe ragione del fatto che la materia oscura "non si vede" (e non assorbe neanche la luce proveniente dalle stelle e delle galassie).
4. Stringhe cosmiche superconduttrici (cioè percorsi di particelle in uno spazio a undici dimensioni!).

Forse la più accreditata tra queste ipotesi è quella della massa non nulla dei neutrini, ma finora nessuno è riuscito a misurarla in modo sicuro.
La prima conseguenza cosmologica della massa dei neutrini sarebbe che l’Universo potrebbe essere oscillante.
Infatti il loro numero è talmente elevato che, pur avendo una massa piccolissima, potrebbero rappresentare una frazione significativa della massa totale dell’Universo. In questo caso l’Universo potrebbe essere abbastanza "pesante" da ricadere dentro sé stesso per poi ricominciare un altro ciclo con un nuovo quanto di Planck.

I tre scenari della fine (e inizio…) dell’Universo:

III) La massa totale è molto elevata. Dopo un periodo di espansione relativamente lungo, succede che la coesione gravitazionale, molto alta, frena a tal punto l’espansione da fermarla del tutto. A questo punto il processo si inverte e tutta la materia torna a cadere nel punto originario ("Big crunch"). Dopo questo evento il ciclo si può ripetere con un nuovo quanto di Planck. Questo modello è detto "oscillante".

Questi tre scenari, apparentemente diversi, in realtà sono uno solo. Vediamo perché.

La materia non è eterna, essa è soggetta a fenomeni fisici che la trasformano da materia in energia. Cioè qualsiasi particella, in un tempo più o meno lungo che dipende dalla particella in questione, è destinata a trasformarsi in ciò che era stata all’origine, cioè "luce", energia, vibrazione. La particella più longeva, il protone, vive in media 10³¹ anni. È una vita lunghissima, ma se l’Universo dovesse continuare ad espandersi indefinitamente, fra 10³¹ anni tutta la materia sarebbe "sublimata" in luce. Per questo motivo il ciclo sarebbe destinato a ripetersi anche in questo caso, perché una volta che la materia non c’è più, quindi è completamente "evaporata", un nuovo quanto di Plank darebbe vita ad un altro Universo.
Questo nuovo Universo non serberebbe alcuna memoria di quello precedente, e potrebbe quindi essere molto più massiccio o molto meno di quello precedente. Anche da un Universo che è collassato si potrebbe originare un Universo con massa molto minore (o anche molto maggiore), perché nel quanto di Plank non c’è alcuna massa e nessuna memoria di condizioni fisiche precedenti. Si potrebbe generare anche un Universo talmente massiccio da ricollassare dopo pochi secondi, oppure uno così "leggero" da espandersi velocissimamente.

In ogni caso vediamo che il ciclo è destinato a ripetersi egualmente. L’Universo sarebbe quindi ciclico anche secondo la scienza, come avevano presupposto gli Egizi e tante altre civiltà antiche.

La massa inerziale e la massa gravitazionale coincidono? Perche si pone questo problema?

(L'argomento è in fase di elaborazione)...