L’energia oscura c’è o non c’è?

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Sui siti specializzati circola una domanda: l’energia oscura è un falso problema?
Questo interrogativo è venuto a seguito di uno studio condotto dal professor Edward Kipreos della University of Georgia.

Di cosa si tratta?
Sappiamo che l’energia oscura rappresenta il mistero più profondo della moderna cosmologia.
Non si sa di preciso cosa sia. Gli astronomi ritengono che si tratti di una forma sconosciuta di energia che sembra responsabile dell’espansione accelerata dell’Universo.
Per Edward Kipreos il problema dell’espansione dell’universo va visto con un altro approccio già previsto dalla teoria della relatività, ovvero in un modo diverso di pensare alla dilatazione dei tempi.

Beh, andiamo per ordine, altrimenti con capiamo più nulla.
L’universo è nato con una grande esplosione con conseguente espansione. C’era solo da domandarsi se questa espansione si sarebbe fermata.

La fine dell’universo.
Da quella domanda sono nate diverse ipotesi tutte legate alla quantità di materia presente nell’universo. Più precisamente alla sua densità media. Le sorti dell’universo sembravano quindi legate alla grande battaglia tra la forza di espansione dell’universo e quindi delle galassie e la forza di gravità esercitata dalla materia che attrae le stesse galassie.

Se la sua densità media è superiore, inferiore o uguale ad un valore critico si avrà un universo chiuso (universo finito), un universo aperto (universo infinito), o piatto (anche in questo caso infinito).
Secondo le ricerche la densità della materia nell’universo avrebbe esattamente il valore critico. L’esistenza dell’Universo sarebbe legato a questo precario equilibrio. Un valore più alto della densità lo farebbe inevitabilmente collassare su se stesso in un punto di singolarità a densità e temperatura infinita per dare, forse, origine ad un altro Big Bang per ricominciare tutto da capo.
A causa di questo “fortunato” equilibrio che ci mantiene in vita, quindi,  è più probabile un destino di una lenta espansione senza fine. L’universo si espande uniformante in ogni direzione. La sua morte sarà lenta.

Ma ecco l’imprevisto.

Big Crunch.
big freezePer rendere conto della dinamica delle galassie, e in particolare della velocità delle loro porzioni più periferiche gli scienziati hanno ipotizzato la presenza di una materia invisibile composta da particelle che non assorbono, non emettono e non riflettono la radiazione, e che quindi non possono essere rivelate studiando la radiazione elettromagnetica. E’ per questo motivo che è chiamata “oscura”.
Ebbene questa materia oscura è predominante nell’universo. Sarebbe quattro volte più abbondante di quella ordinaria, e costituirebbe tra il 25 e il 27 per cento dell’universo.

Gli effetti di questa materia oscura rivoluziona e ribalta il destino dell’universo. La materia oscura con la sua invisibile forza non solo si opporrebbe all’espansione ma addirittura la rallenterebbe fino a far collassare l’universo in un punto di singolarità (Big Crunch). E, forse, tutto avrà un nuovo inizio.

Cosa c’entra la energia oscura con la materia oscura?
Ok, ora ve lo dico.

Big Freeze.
Quando il destino dell’universo sembrava quasi per dato per scontato (salvo la prova della esistenza della materia oscura e della sua quantità) le osservazioni dello highredshift delle supernovae di tipo-I hanno inaspettatamente mostrato che l’espansione cosmica è attualmente in una fase di accelerazione (espansione di Hubble).
In termini più comprensibili questa ulteriore spinta sarebbe attribuita ad una misteriosa energia che rappresenta circa il 75% e forse il 90% della densità di energia totale dell’Universo.
La causa fisica è sconosciuta.

bigbangMa gli effetti di questa energia oscura è che si opporrebbe alla forza gravitazionale tra le stelle, tra le galassie, tra gli ammassi stellari, malgrado la presenza di un una notevole quantità di materia oscura presente nell’universo che tenderebbe ad attrarle. Insomma contribuirebbe ad una più veloce espansione dell’universo. L’Universo non solo si espande ma accelera sempre di più la sua fuga.

L’Universo in questa condizione diventerà sempre più rarefatto. La materia disperdendosi non favorirà più la nascita di altre stelle. E’ la morte per congelamento dell’universo.

Fine della storia?
Macché!
Ok, veniamo a noi.

Il falso problema della energia oscura.
Non c’è giorno che passi che la stessa esistenza di questa energia oscura viene messa in discussione.
Molti altri scienziati hanno trattato l’argomento. Ma si sa, gli scienziati sono molto curiosi e, spesso, come dei ciclisti in fuga solitaria, vogliono arrivare per primi al traguardo allo scopo di svelare “da soli” gli enigmi della natura.
Ora è il turno di Edward Kipreos.
Cosa dice?

Il professore parte dal concetto della dilatazione dei tempi, fenomeno fisico che si manifesta nella durata di un evento relativo ad un osservatore che viaggia a qualsiasi velocità.

Kipreos introduce una ipotesi in base alla quale la dilatazione dei tempi sia direzionale, anziché reciproca, rispetto al moto, per cui è solo l’oggetto che si muove a subire l’effetto previsto dalla relatività speciale.
Nell’universo descritto dalla relatività speciale, le misure di intervalli temporali e di lunghezze spaziali effettuate da osservatori inerziali non corrispondono necessariamente fra loro, dando luogo a fenomeni come la dilatazione del tempo e la contrazione delle lunghezze.

Queste dilatazioni diventano comunque rilevanti solo quando un oggetto si avvicina a velocità nell’ordine dei 30.000 km/s, circa 1/10 della velocità della luce.
Tale dilatazione è data dalla formula:

Dilatazione del tempo       (formula 1)

Δt è l`intervallo di tempo osservato dell’osservatore non solidale al sistema,
Δt0 è l’intervallo di tempo misurato dall’osservatore in moto,

γ è il fattore di Lorenz
Con β = u/c (dove “u” è la velocità dell’osservatore, “c” la velocità della luce)
Per “u” tendente a “c”, Δt diventa infinitamente grande.

Avete capito qualcosa? No?
Tranquilli, non siete soltanto voi a non aver capito, allora cerco di descrive questo fenomeno con l’esempio riportato dallo stesso autore.

In pratica è quello che succede nei gps satellitari.
I satelliti si muovono abbastanza velocemente in relazione alla Terra perciò è necessario correggere gli orologi dal momento che vengono rallentati a causa della loro velocità orbitale. Se non si correggesse questo effetto relativistico, la misura fornita dai satelliti GPS sarebbe stata errata di circa due chilometri al giorno.
Questo esempio molto semplice si basa sulla teoria di Einstein e sulle cosiddette trasformazioni di Lorentz.

Ma mi spiego meglio.
Sulla base della teoria di Einstein gli orologi satellitari e quelli sulla Terra scorrono a velocità differenti.
Se si guarda ai GPS satelliti, l’orologio sta rallentando, ma secondo i satelliti GPS il nostro orologio non sta rallentando. Il nostro orologio va più veloce rispetto ai satelliti e lo sappiamo per il fatto che siamo in continua comunicazione.
Ciò è dovuto alla dilatazione del tempo e dello spazio quando l’oggetto della misura è in moto uniforme rispetto all’osservatore. Insomma è solo l’oggetto che si muove a subire l’effetto previsto dalla relatività speciale.

Non aggiungo nient’altro altrimenti la questione si potrebbe ingarbugliare. Spero che abbiate capito. Più o meno.
A questo punto Kipreos ritiene che ci sia una precisa applicazione della trasformazione assoluta di Lorentz (dilatazione dei tempi) ai dati cosmologici. Ovvero si può applicare lo stesso ragionamento alle galassie in allontanamento.

energia-oscura-bigMan mano che l’Universo si espande, le strutture cosmiche, come le galassie, si allontanano molto più rapidamente le une rispetto alle altre secondo un processo noto come espansione di Hubble:
v=H0D
H0 = costante di Hubble, D = distanza di una galassia.

La trasformazione assoluta di Lorentz (formula 1) indica che l’aumento delle velocità determina una dilatazione dei tempi direzionale.
Se si applica questa trasformazione alle velocità incrementate, che sono associate all’espansione di Hubble nell’Universo di oggi, si ottiene uno scenario in cui il presente subisce una dilatazione temporale relativa al passato.
In altre parole, il trascorrere del tempo sarebbe più lento nel presente e più veloce nel passato.

Secondo questo ragionamento quali sono, allora, le conseguenze per quanto riguarda il concetto di energia oscura?

L’ipotesi della energia oscura è una conseguenza della osservazione delle esplosioni delle supernove che determina l’andamento della distanza, ricavata dal redshift, in funzione della luminosità. Ebbene per Kipreos questo evento sarebbe legato alle trasformate di Lorenz che produce un allungamento del tempo producendo uno sfasamento tra presente e passato.
Gli effetti previsti dal fatto che il tempo trascorrerebbe più velocemente nel passato potrebbero far sì che i dati ricavati dalle esplosioni delle supernovae diventi lineare su tutte le distanze cosmiche, il che implicherebbe che non esiste alcuna accelerazione dell’espansione cosmica.

In questo scenario, quindi, non ci sarebbe la necessità di invocare l’esistenza dell’energia oscura, conclude Kipreos.

La nostra brava casalinga di Verona può stare tranquilla,  secondo Kipreos non c’è nessuna energia oscura che accelera la morte dell’universo.

Ma molti scienziati sono scettici e non condividono questa ipotesi. E allora?
Ho chiesto un parere al mio cane.
Questa teoria – mi dice – è suggestiva e va confermata. D’altra parte non c’è nemmeno la conferma della esistenza della energia oscura.

Insomma il mio cane è cauto e lascia spazio alle ipotesi di altri ricercatori. Non ha fretta di conoscere la soluzione di questo mistero.
Saggio il mio cane.

(fonte e approfondimenti: MediaInaf)

Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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6 risposte a L’energia oscura c’è o non c’è?

  1. Rebecca Antolini ha detto:

    Caro Silvano, non trovo la serenità a scrivere post o commentare post dei altri, abbi un felice weekend, io mi prendo un piccolo tempo di pausa per riflessioni .. tornerò presto… un abbraccio Pif♥

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  2. bruce ha detto:

    Ciao Rebecca, le stelle, l’universo, i commenti, possono aspettare, non altrettanto la ricerca della propria serenità.
    Un abbraccio.

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  3. MARGHIAN ha detto:

    “è solo l’oggetto che si muove a subire l’effetto previsto dalla relatività speciale”.
    Per la verità avevo pensato anche io -magari sbagliando.. – che la dilatazione dei tempi potesse essere interpretata in senso reciproco, e non direzionale. Ciao.

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  4. bruce ha detto:

    Ciao marghian, a parole è difficile spiegare, più facile è capire attraverso le formule, e la formula 1) è chiarificatrice. La durata di un fenomeno misurata da un osservatore in moto risulta maggiore che per un osservatore in quiete.
    Ora una mia osservazione.
    Se ci fai caso è la stessa identica formula che tratta la massa in movimento, soltanto che al posto della massa ora c’è il tempo. Bene, in quel caso la formula, chiarificatrice, dice che la massa va all’infinto per velocità prossime a quella della luce, ed è accetata da tutti, malgrado le sue limitazioni riguardanti il fattore di Lorenz.
    Ora Kipreos sfrutta la stessa formula in linea con la teoria della relatività ristretta di Einsten per provare la inesistenza della energia oscura che è solo una conseguenza della relatività, mandando il tempo (orologio) all’infinito. Caso strano è il fatto che viene contestata da quasi tutti gli scienziati. Allora come stanno le cose? Queste formule valgono o non valgono? O valgono solo quando devono valere?
    Io credo che non tutto è chiaro sulla relatività ristretta (diverso il caso della relatività generale) e su questa trasformata di Lorenz, e non sono il solo. Ma io non conto nulla per esprimermi. Vale solo la opinione della comunità scientifica e non dei singoli, fin quando arriverà un altro Einstein che rivoluzionerà le cose come ha fatto proprio Einstein.

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  5. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Si’, ho compreso subito che “Δt” sostituisce “Δm” (ossia la dilatazione del tempo anziché l’aumento della massa in funzione della velocità – e quindi, del fattore di Lorentz-).

    “Ora Kipreos sfrutta la stessa formula in linea con la teoria della relatività ristretta di Einsten per provare la inesistenza della energia oscura” Poi aggiungi che stranamente, la sua tesi viene viene “contestata da quasi tutti gli scienziati”.

    Ho letto, nel sito di “media inaf”, le parole di Alessandro Melchiorri,che colloca la teoria di Kipros, se ho ben capito, fra le “teorie strampalate”.

    Vero, non tutto sembra essere.. del tutto chiaro sulla relatività speciale. Sembra essere proprio “relatività”, date le diverse interpretazioni, nonostante le formule. Allora, sta energia oscura esiste o non esiste? Mi sa che conviene adottare il principio di Blef (che non significa disinteressarsi, ma appunto “lasciare spazio alle ipotesi di altri ricercatori”).
    Io personalmente, vorrei che l’energia oscura esistesse, ma poi..se pure la si accantonasse definitivamente, ma non sara’ a breve,, potrebbe un domani saltare fuori qualche altra “forza” per spiegare qualche altra anomalia. Ciao.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      Ciao marghian,
      Questo post e tantissimi altri sono proprio frutto delle letture di articoli di MediaInaf da me poi rielaborati e personalizzati, nonchè spunto per altri post. (se ci hai fatto caso c’è una mia icona, gli anelli si saturno, che rimanda al mio profilo su FB dove condivido i miei articoli).
      La risposta di Bleff vuole essere proprio la risposta intelligente, “contrapposta” a Alessandro Melchiorri che dovrebbe essere più prudente nel dare giudizi velenosi soprattutto quando poi non da giustificazioni a queste affermazioni. L’argomento è complicato e nessuno possiede la verità. In questo campo a tutti gli scienziati piace giocare a fare le prime donne.
      In breve posso dire che la relatività ristretta è sintetizzata dalla insuperabilità della luce e tutto ciò che accade agli osservatori e oggetti che viaggiano a velocità prossime ad essa. Masse che vanno all’infinito, lunhezze che si accorciano, tempi che si dilatano.
      Eppure c’è chi teorizza viaggi a velocità prossime alla luce perchè gli spazi si accorciano, malgrado le masse diventano infinite. Eppoi tutti ad affermare tranquillamente che i fotoni (che sono anche particelle e le perticelle hanno massa per quanto piccola) hanno massa “zero” a velocità “c”. Vabbè mi fermo qui.
      Per quanto riguarda l’energia oscura io ritengo che esista per davvero ed è la energia del vuoto o di punto zero sul quale ho fatto un bellissimo post.
      Ma se questa energia è causata del vuoto, il vuoto sappiamo che è finito perchè racchiuso nell’universo, deve essere necessariamente costante e prima o poi finirà la sua spinta.
      Ovvero, vedrei favorevolmente che questa energia non sia causa del Big Freeze, per favorire un Big Crunch dove tutta la materia collassa in un punto per poi riesplodere in conformità al principio della conservazione della energia, dove nulla si distrugge per dare vita ad un ciclo perpetuo di infiniti universi.
      Ciao

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