materia oscura - Rubbia

Materia ed energia oscura
intervento tenuto da Carlo Rubbia il 26/11/2009


Due sono le domande che dobbiamo porci: quant’è la massa dell’universo e cosa lo costituisce. Usando una metafora, abbiamo una valigia: quanto pesa e cosa contiene?

Vediamo la prima questione.
Studiando la frequenza della radiazione emessa da un corpo “x” sono in grado di conoscerne la massa.
Usando un’altra metafora: se ascolto il suono di una campana e di un campanellino, capisco perfettamente, senza bisogno di guardare, quale dei due oggetti sia il più grande.
Ora, l’universo ha una sua “voce”? Emette una radiazione? Certo, è la radiazione cosmica di fondo (osservabile grazie al WMAP).
Da ciò otteniamo la sua massa, 1053 kg.
Com’è distribuita tale massa all’interno dell’universo? Qual’è la sua densita’ (indicata con w)?
Tre sono le possibilita’:
I. w=0 In tal caso l’universo andrà espandendosi all’infinito fino alla fine dei tempi.
II. w>1 In tal caso l’universo collasserà per effetto della gravità andando a formare un nuovo “uovo cosmico” (Big Crunch).
III. w=1 In tal caso l’universo troverà un suo equilibrio.
Dati sperimentali danno per valida la terza opzione.

Da cosa è dunque costituito questo “1”?
Da:
I. Materia ordinaria (quella formatasi per nucleosintesi tre minuti dopo il big bang, classificata nella tavola periodica degli elementi). Questa materia costituisce il 4,4% di 1 .
II. Altro a noi sconosciuto.

Quindi: di tutta la materia costituente il nostro universo sappiamo qualcosa solo del 4,4% (!). E’ evidente l’importanza di conoscere il restante 95,6%.

Apriamo una parentesi. La meccanica newtoniana spiega perfettamente le dinamiche relative ai pianeti: grazie alle leggi di Keplero, per esempio, sappiamo quando Marte e Venere si andranno ad allineare.
Applicando tali norme ad un ente piu’ grande (una galassia), i “conti non tornano”.
Due sono le soluzioni a tale problema:
I. Rifiutiamo la validità di secoli di scoperte scientifiche e “cestiniamo” Newton, Keplero e Einstein.
II. Ammettiamo di non aver considerato “qualcosa” che possa far “quadrare i conti”.

Scegliamo evidentemente la seconda ipotesi.
Questo qualcosa potrebbe essere il 95,6% di 1 non ancora studiato.

Come lo analizziamo? Grazie al “gravital lensing”.
La materia attrae per gravità anche la luce. Dove c’e’ molta luce deve esserci anche molta materia.
Se osserviamo un corpo di grandezza “5”, che attrae “25” di luce, ci chiediamo che fine abbia fatto il “20” mancante al corpo. Tale venti, in realtà è presente, solo non siamo in grado di osservarlo. È materia oscura.
Quanta materia oscura è presente nell’universo? Il 22,6% di 1.
Tale dato è ricavabile dall’osservazione dello scontro di due galassie (in una condizione cosí estrema la materia ordinaria e quella oscura prendono direzioni diverse avendo differenti proprieta’ cinematiche).

Quindi: (4,4% di 1)+(22,6% di 1)= 27% di 1.
E il restante 73%? E’ energia oscura, della quale non sappiamo nulla.

Consideriamo le equazioni della relativita’ generale di Einstein. Buona parte spiegano il funzionamento del 27% dell’universo, un piccolo pezzo (λc-2) il restante 73%.

Lo stesso Einstein rifiuto’ tale “λc-2”.
Questi quattro simboli esprimono un’affermazione rivoluzionaria secondo cui, presa la nostra valigia, svuotatala completamente di tutta la materia contenuta, rimane comunque presente un’ immensa quantita’ di energia ≠0. Il vuoto più vuoto quindi... non è vuoto (!).
Può la natura funzionare in modo cosí bizzarro?
Einstein non ebbe il coraggio di crederlo, eppure, a quanto pare, è così.


GVS