QUAL È LA TEORIA DELL'UNIVERSO OSCILLANTE? - SCIENZA - 2024

L' universo oscillante o la teoria dell'universo ciclico propone che l'universo si espanda e si contrae indefinitamente. Richard Tolman (1881-1948), matematico presso il California Institute of Technology, propose una teoria basata sulla matematica dell'universo pulsante intorno al 1930.

Ma l'idea non era nuova per l'epoca di Tolman, poiché le antiche scritture vediche avevano già proposto qualcosa di simile intorno al 1500 aC, affermando che l'intero universo era contenuto in un uovo cosmico chiamato Brahmanda.

Figura 1. Vista dell'universo profondo da Hubble. Attualmente l'universo si sta espandendo, ma secondo la teoria dell'universo oscillante, arriva un momento in cui si contrae. Fonte: Wikimedia Commons.

Grazie a Edwin Hubble (1889-1953) è dimostrato che l'universo è attualmente in espansione, cosa che secondo la maggior parte degli astronomi sta attualmente accelerando.

Proposta di teoria dell'universo oscillante

Ciò che Tolman propone è che l'espansione dell'universo avvenga grazie all'impulso iniziale del Big Bang e si fermerà una volta cessato detto impulso a causa dell'azione della gravità.

In effetti, il cosmologo russo Alexander Friedmann (1888-1925) aveva già introdotto matematicamente nel 1922 l'idea di una densità critica dell'universo, al di sotto della quale si espande senza che la gravità possa impedirlo, mentre sopra di essa, lo stesso La gravitazione impedisce l'espansione e ne provoca la contrazione fino a quando non collassa.

Ebbene, nella sua teoria Tolman prevede che la densità dell'universo raggiungerà un punto in cui l'espansione si arresta grazie al freno gravitazionale, e inizierà la fase di contrazione, chiamata Big Crunch.

Durante questa fase, le galassie si avvicineranno sempre di più per formare un'enorme massa incredibilmente densa, causando il previsto collasso.

La teoria postula anche che l'universo non abbia un inizio e una fine specifici, poiché viene costruito e distrutto alternativamente in cicli di milioni di anni.

La materia primordiale

La maggior parte dei cosmologi accetta la teoria del Big Bang come l'origine dell'universo, che si è formato attraverso la grande esplosione primordiale, da una forma specifica di materia ed energia di densità inimmaginabile e temperatura enorme.

Da questo grande atomo iniziale sono emerse le particelle elementari che conosciamo: protoni, elettroni e neutroni, nella forma chiamata ylem, parola greca che il saggio Aristotele aveva usato per riferirsi alla sostanza primordiale, fonte di tutta la materia.

Il ylem si raffreddava gradualmente man mano che si espandeva, diventando ogni volta meno denso. Questo processo ha lasciato un'impronta di radiazione nell'universo, che ora è stata rilevata: la radiazione di fondo a microonde.

Le particelle elementari hanno iniziato a combinarsi tra loro e formare la materia che conosciamo in pochi minuti. Quindi il ylem si stava trasformando successivamente nell'una e nell'altra sostanza. L'idea del ylem è precisamente ciò che ha dato origine a quella dell'universo pulsante.

Secondo la teoria dell'universo pulsante, prima di raggiungere questa fase espansiva in cui ci troviamo ora, è possibile che esistesse un altro universo simile a quello attuale, che si è contratto a formare il ylem.

O forse il nostro è il primo degli universi ciclici che avranno luogo in futuro.

Big Bang, Big Crunch ed entropia

Secondo Tolman, ogni sequenza di oscillazione nell'universo inizia con un Big Bang, in cui il ylem dà origine a tutta la materia che conosciamo e termina con il Big Crunch, il collasso in cui collassa l'universo.

Nel periodo di tempo tra uno e l'altro, l'universo si espande finché la gravità non lo ferma.

Tuttavia, come lo stesso Tolman comprese, il problema risiede nella seconda legge della termodinamica, che afferma che l'entropia - grado di disordine - di un sistema non diminuisce mai.

Pertanto ogni ciclo dovrebbe essere più lungo del precedente, se l'universo fosse in grado di mantenere un ricordo della sua precedente entropia. Aumentando la lunghezza di ogni ciclo, arriverà un punto in cui l'universo tenderebbe ad espandersi indefinitamente.

Un'altra conseguenza è che secondo questo modello l'universo è finito e in qualche punto lontano nel passato deve aver avuto un'origine.

Per rimediare al problema, Tolman affermò che includendo la termodinamica relativistica, tali restrizioni sarebbero scomparse, consentendo una serie indefinita di contrazioni ed espansioni dell'universo.

L'evoluzione dell'universo

Figura 2. Il parametro di densità determina tre possibili geometrie dell'universo. Fonte: NASA tramite Wikimedia Commons.

Il cosmologo russo Alexander Friedmann, che era anche un grande matematico, scoprì tre soluzioni alle equazioni di Einstein. Queste sono 10 equazioni che fanno parte della teoria della relatività e che descrivono come si curva lo spaziotempo a causa della presenza di materia e gravità.

Le tre soluzioni di Friedmann portano a tre modelli dell'universo: uno chiuso, uno aperto e un terzo piatto. Le possibilità offerte da queste tre soluzioni sono:

-Un universo in espansione può smettere di espandersi e contrarsi di nuovo.

-L'universo in espansione può raggiungere uno stato di equilibrio.

-L'espansione può continuare all'infinito.

Il grande strappo

Il tasso di espansione dell'universo e la quantità di materia presente in esso sono le chiavi per riconoscere la soluzione corretta tra le tre menzionate.

Friedmann ha stimato che la densità critica a cui si fa riferimento all'inizio è più o meno 6 atomi di idrogeno per metro cubo. Ricorda che l'idrogeno e l'elio sono i principali prodotti del ylem dopo il Big Bang e gli elementi più abbondanti nell'universo.

Fino ad ora, gli scienziati concordano sul fatto che la densità dell'universo attuale è molto bassa, in modo tale che con essa non è possibile generare una forza di gravità che rallenti l'espansione.

Allora il nostro universo sarebbe un universo aperto, che potrebbe finire con la Grande Lacrima o il Grande Squarcio, dove la materia è separata in particelle subatomiche che non tornano mai insieme. Questa sarebbe la fine dell'universo che conosciamo.

La materia oscura è la chiave

Ma devi tener conto dell'esistenza della materia oscura. La materia oscura non può essere vista o rilevata direttamente, almeno per ora. Ma i suoi effetti gravitazionali sì, poiché la sua presenza spiegherebbe le alterazioni gravitazionali in molte stelle e sistemi.

Poiché si ritiene che la materia oscura occupi fino al 90% dell'universo, è possibile che il nostro universo sia chiuso. In quel caso la gravità sarebbe in grado di compensare l'espansione, portandola al Big Crunch, come descritto prima.

In ogni caso, è un'idea affascinante, che ha ancora molto margine di speculazione. In futuro è possibile che la vera natura della materia oscura, se esiste, verrà rivelata.

Ci sono già esperimenti per questo nei laboratori della Stazione Spaziale Internazionale. Nel frattempo sul terreno vengono condotti anche esperimenti per ottenere materia oscura dalla materia normale. I risultati che ne derivano saranno la chiave per comprendere la vera natura dell'universo.

Riferimenti

1. Kragh, H. Modelli ciclici dell'universo relativistico. Estratto da: arxiv.org.
2. Pérez, I. Origine e fine dell'Universo. Estratto da: revistaesfinge.com.
3. SC633. Origini dell'Universo. Estratto da: sc663b2wood.weebly.com.
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