Espansione cosmica: dal Big Bang al Big Rip

Espansione cosmica: dal Big Bang al Big Rip
Il destino dell’Universo potrebbe essere quello di un “grande strappo”: l’espansione sarà così elevata che tutte le galassie, i corpi celesti, e persino i singoli atomi, saranno disgregati in particelle elementari e radiazioni.

Un team di ricercatori della Vanderbilt University ha proposto una nuova formulazione matematica per trattare il cosiddetto “problema della viscosità” dell’Universo. Lo studio, pubblicato su Physical Review D, potrebbe far luce anche sulla natura dell’energia oscura e prevede, tra gli scenari possibili, il “Big Rip”, un’espansione radicale dell’Universo in cui tutto ciò che conosciamo oggi non potrebbe sopravvivere.

In passato gli scienziati hanno considerato tutta la materia che costituisce l’universo come se si trattasse di un superfluido, della quale poterne calcolare la viscosità. L’Universo può essere quindi un luogo molto “viscoso”, e la natura di questa “viscosità” è diventata nel tempo oggetto di dibattito scientifico, poiché le soluzioni proposte finora non riescono a conciliare le leggi della termodinamica con la teoria generale della relatività di Einstein.

Marcelo Disconzi, matematico della Vanderbilt University ha sviluppato un nuovo approccio al problema, in collaborazione con i fisici Thomas Kephart  e Robert Scherrer. In fisica la viscosità è una misura della resistenza di un fluido ad attraversare piccole aperture (ad esempio il ketchup che passa attraverso il collo di una bottiglia). Il professor Disconzi ha invece preso in esame la questione dei fluidi relativistici, fenomeni che potrebbero essere generati dall’ esplosione di una supernova e dalle stelle di neutroni (oggetti super densi e compatti che possono avere le dimensioni tipiche di un pianeta). In questo caso si tratta di una viscosità dilatazionale, che  rappresenta il grado di resistenza di un fluido ad una espansione o contrazione (un tipo di viscosità di cui non abbiamo esperienza nella vita di tutti i giorni poiché la maggior parte dei liquidi non possono essere troppo compressi o espansi). Gli scienziati sono riusciti con successo a descrivere matematicamente le condizioni di un fluido ideale, cioè in mancanza di viscosità, man mano che raggiunge velocità prossime quelle della luce. Ma questi modelli hanno creato delle contraddizioni una volta applicati ai fluidi reali, che sono viscosi per natura, non tenendo conto delle velocità relativistiche: se accelerati finiscono per superare persino la velocità della luce, entrando in contrasto con la teoria della relatività e con un dato sperimentale più volte dimostrato: “nulla può viaggiare più veloce della luce”, ha dichiarato Disconzi.

Questi problemi hanno portato il matematico  a riformulare le equazioni della dinamica dei fluidi relativistici in modo che non si abbiano delle falle che portino a risultati in contrasto con la teoria della relatività speciale, chiedendo poi la collaborazione dei colleghi Kephart e Scherrer per applicare le sue equazioni ad una teoria cosmologica più generale.

Le equazioni di Disconzi sulla viscosità cosmologica potrebbero anche risolvere il noto problema dell’energia oscura. Negli anni ’90 le osservazioni astronomiche delle  supernovae più distanti  misero in evidenza che l’Universo non solo si sta espandendo, ma non ad una velocità costante, bensì con un’accelerazione dovuta ad un’energia repulsiva diffusa ovunque. Trattandosi di un’incognita della cui natura non si sa nulla, fu denominata “energia oscura”. Ora la viscosità di cui si parla in questa nuova teoria potrebbe avere un effetto repulsivo simile a quello dell’energia oscura e spiegare, anche se solo parzialmente, il misterioso fenomeno. “È probabile che una frazione significativa dell’effetto dell’accelerazione dello spazio possa essere dovuto ad una causa più diretta. In altre parole, la stessa viscosità potrebbe rappresentare un vincolo importante alle proprietà dell’energia oscura», afferma Disconzi.

La nuova formulazione matematica ha importanti implicazioni per quanto riguarda il destino ultimo dell’Universo dovuto all’espansione accelerata. Tra i diversi scenari futuri possibili, quello più drammatico ipotizzato dagli scienziati è  il “Big Rip” (il grande strappo), dovuto agli effetti dell’energia oscura sempre più preponderante nel tempo: un tasso di espansione così elevato che dopo di 20 miliardi di anni porterà alla disgregazione di tutta la materia, ad un punto tale che anche gli atomi si divideranno nelle particelle elementari che li costituiscono e in radiazioni. Ma mentre nei precedenti modelli basati sulla viscosità esiste un parametro che agisce come “barriera fantasma”, impedendo la disgregazione definitiva, nella formulazione di Desconzi-Kephart-Scherrer tale limite non esiste: “nel nostro modello, è proprio la viscosità che guida l’evoluzione dell’Universo verso uno stato finale estremo», afferma il professor  Disconzi.

Fonte: Vanderbilt University

 

 

 

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