Quanto è universale una costante universale?

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Ai tempi di Newton, pensare la teoria della gravitazione universale deve essere stato uno sforzo di immaginazione incredibile: in una sola volta, un uomo ammetteva l’esistenza di una forza a distanza e di una legge che valesse non solo sulla Terra, ma anche tra corpi celesti. In più, non avendo la matematica per fare dei conti, con questa nuova teoria, ha anche inventato il calcolo differenziale. Tutto per una mela caduta in testa.

L’equazione alla base della gravitazione newtoniana è abbastanza semplice: ci sono le masse dei corpi che si attraggono, la distanza tra loro e una costante, che chiamiamo appunto costante di gravitazione universale. Noi però l’abbiamo misurata solo sulla Terra, o nel nostro sistema solare, e solo per pochi secoli, mentre l’Universo ha miliardi di anni: cosa ci garantisce sia davvero universale, cioè che valga in ogni luogo dell’Universo e in ogni istante della sua storia?

In realtà, nulla. Dalla nostra posizione nell’Universo, nel breve volgere della nostra storia umana moderna, ci siamo però forniti di telescopi sempre più potenti, in grado di scandagliare gli angoli più remoti del cielo. La luce viaggia a una velocità finita, quindi a grandi distanze nello spazio corrispondono anche grandi distanze nel tempo, e grazie a questo possiamo cercare di studiare, anche se da lontanissimo, fenomeni fisici accaduti nel lontano passato e a distanze spaventosamente grandi: le difficoltà di questi studi sono legate alla pochissima luce che ci arriva da queste galassie, per cui solo gli strumenti più moderni ci stanno dando informazioni sufficientemente dettagliate da poter davvero dare qualche risposta alle nostre domande.

Dai tempi di Newton, la teoria della gravità è stata raffinata molto, oggi descriviamo le interazioni gravitazionali con la teoria della relatività generale, che ci consente previsioni sul moto dei corpi celesti di altissima precisione: tuttavia, cercare conferme della bontà della descrizione che diamo della gravità è un argomento ancora particolarmente interessante, per i cosmologi. Il moto delle galassie le une rispetto alle altre ci ha fatto capire, già alcuni decenni fa, che la materia visibile è solo una piccola parte del totale e che per la maggior parte l’Universo è formato da materia oscura. Inoltre, da alcuni anni abbiamo misure che ci indicano che l’espansione dell’Universo a seguito del Big Bang sta accelerando, un fenomeno decisamente difficile da interpretare, se non chiamando in causa una forma di “energia del vuoto” a cui abbiamo dato il nome di energia oscura (in effetti, è un modo affascinante di chiamare le cose che non conosciamo, ma forse dovremmo essere più fantasiosi).

Una possibile spiegazione alternativa è che la nostra legge universale della gravità non sia poi così universale. I valori delle costanti potrebbero essere cambiati, nel tempo, oppure potrebbero essere influenzati da qualcosa che c’è in alcune regioni dell’Universo e non c’è in altre. Già da oltre un decennio gli astronomi fanno misure sempre più accurate della dinamica delle galassie più lontane e, pochi giorni fa,uno studio giapponese ha dato una forte indicazione che la relatività generale funziona nello stesso modo anche ai margini dell’Universo visibile. Il gruppo guidato da Teppei Okumura, Chiaki Hikage e Tomonori Totani, usando il telescopio giapponese Subaru, di oltre otto metri di diametro, hanno mappato 2783 galassie poste a distanze comprese tra i 12,4 e i 14,7 miliardi di anni luce, evidenziando una dinamica degli ammassi galattici perfettamente in linea con le previsioni che possiamo fare usando i parametri della relatività generale che abbiamo ricavato da osservazioni più “vicine”.

Gli stessi autori sottolineano come questo sia un primo risultato, a distanze così grandi, ma è comunque una chiara indicazione che le costanti universali sono davvero universali… ma anche che bisogna tirare fuori qualcosa d’altro, qualcosa di oscuro per spiegare l’evoluzione dell’Universo su larga scala.

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