Caotico, oscillante o in espansione scegliete il cosmo che preferite

Il celebre scienziato, tra i fautori della teoria del "multiverso", spiega le sue tesi. A partire dalle equazioni di Einstein e dai dati che oggi possiamo raccogliere grazie alla tecnologia
Fino all´inizio del XX secolo le teorie ubbidivano a visioni filosofiche religiose o artistiche
Resta la domanda: perché a un certo punto l´accelerazione dello spazio ha cambiato velocità?

Fino ai primi anni del ventesimo secolo, la cosmologia era più simile alla storia dell´arte che alla scienza. C´erano stili di universo. Si poteva immaginare, come nel passato, a che cosa dovesse assomigliare l´Universo. Ad alcuni piacevano i loro universi infinitamente antichi; altri volevano che la storia cosmica avesse un inizio preciso; altri ancora che il loro universo fosse ciclico, che avesse una crescita e una decadenza come il ciclo della vita e che ogni nuovo ciclo risorgesse come una fenice dalle ceneri del precedente. Tutte queste immagini avevano la propria origine in figure religiose, artistiche o filosofiche di come le cose dovrebbero essere. Le osservazioni raccolte sulle stelle e i loro movimenti spesso venivano adattate a un´immagine creata per altre ragioni.
Tutto questo cambiò nel 1915. Per la prima volta, la nuova teoria della gravità di Einstein, definita teoria generale della relatività, fornì delle equazioni le cui soluzioni erano interi universi. Fu una svolta. Pian piano, si trovarono delle soluzioni alle equazioni sull´universo di Einstein. Esse rivelavano che l´universo si starebbe espandendo, una possibilità confermata dalle osservazioni realizzate da Edwin Hubble e Milton Humason a Mount Wilson nel 1929. Si scoprì che ogni sorta di varietà di espansioni era possibile. Inizialmente, l´espansione sembrava sempre semplice e simmetrica, come una sfera che si espande, ma poi si scoprì che erano possibili anche degli universi in espansione a diverse velocità e con diverse direzioni e che erano ammissibili perfino degli universi rotanti che permettono di viaggiare indietro nel tempo. In The Book of Universes racconto la storia di tutti gli universi possibili rivelati dalle equazioni di Einstein. Fino ad oggi, sono state trovate solo alcune soluzioni a queste complicate equazioni e quando se ne scopre una nuova, spesso gli si dà il nome di chi l´ha scoperta. Abbiamo degli universi che si espandono e si contraggono, universi oscillanti; universi caotici; universi che hanno un inizio e una fine e universi che non hanno né l´uno né l´altra.
Nel 1965, i radioastronomi scoprirono la radiazione termica che si era predetto esistesse se l´universo si fosse espanso da un big bang estremamente caldo. Da quel momento in poi, i cosmologi si sono concentrati sempre di più sui processi fisici avvenuti nell´universo all´inizio della sua storia, alla ricerca di prove che confermino la nostra ricostruzione del passato. Fino al 1980, era chiaro che l´universo si stava espandendo in un modo misteriosamente simmetrico a una velocità molto vicina alla velocità minima necessaria per superare la gravità e continuare a espandersi per sempre. Le equazioni di Einstein avevano già fornito delle eccellenti descrizioni di questo stato di cose in una galleria di possibilità. Ciò che mancava era una spiegazione del perché l´universo avesse queste caratteristiche speciali e contenesse anche una speciale distribuzione di piccole irregolarità trasformatesi in galassie. Nel 1981, Alan Guth propose un nuovo modello di universo in espansione, nelle cui fasi primordiali ci sarebbe stata una breve scarica di espansione accelerata, definita "inflazione". Il risultato è molto significativo: potrebbe spiegare perché ci fu questa espansione simmetrica a quella particolare velocità che abbiamo visto e perché generasse delle piccole irregolarità casuali "stirate" dall´espansione fornendo così i semi dai quali si formeranno poi le galassie, dieci miliardi di anni dopo.
Questa sequenza di eventi avrebbe lasciato delle importanti variazioni spia nella radiazione termica rimasta nel cielo di oggi dall´universo primordiale. I nostri satelliti hanno trovato alcune parti dei modelli previsti. Vedremo se quest´anno il satellite Planck dell´Agenzia spaziale europea (Esa) riuscirà a trovarne altre.
Il fenomeno dell´inflazione ci conduce anche ad aspettarci che altre parti dell´Universo, dove non riusciamo a vedere per la velocità finita della luce, siano molto diverse dalla nostra parte visibile. Inoltre, il processo dell´inflazione si autoriproduce e qualsiasi regione che si gonfia creerà le condizioni per un´ulteriore inflazione di parti di quella regione. Questo processo di inflazione "eterna" non ha fine e non ha bisogno di avere un inizio. Cambia la nostra risposta all´antica domanda: "l´universo ha avuto un inizio?". La nostra porzione visibile dell´intero universo avrà avuto un inizio, ma l´intero "multiverso", composto di differenti regioni che si gonfiano tutte a velocità diverse, non ha bisogno di avere un inizio.
Nell´ultimo decennio, abbiamo costantemente raccolto delle prove che c´è stata un´era di inflazione 13,7 miliardi di anni fa, ma abbiamo anche scoperto che l´universo cominciò ad accelerare di nuovo 4 miliardi di anni fa, dopo essersi espanso per circa i tre quarti della sua estensione attuale. Questo cambiamento di marcia dalla decelerazione cosmica all´accelerazione viene descritto con straordinaria precisione da una delle soluzioni alle equazioni di Einstein trovate per la prima volta dal cosmologo belga Georges Lemaître nel 1927. Tuttavia, anche se l´universo di Lemaître è una bella descrizione, vogliamo sapere perché il nostro Universo cambiò marcia e cominciò ad accelerare qualche miliardo di anni fa. Perché, dunque? Un approccio molto in voga è quello di immaginare che il multiverso di regioni che possono emergere nello scenario dell´inflazione eterna copra tutte le possibilità e che ci sia capitato di abitare una di quelle regioni che cominciarono ad accelerare abbastanza tardi da permettere di evolversi alle galassie, alle stelle, ai pianeti e alla vita. Ancor più interessante potrebbe essere una nuova estensione della teoria di Einstein, sviluppata da Douglas Shaw e dal sottoscritto a Cambridge, che sta per essere pubblicata sulla rivista Physical Review Letters. Imponendo la limitazione della casualità in una cosmologia quantica siamo capaci di spiegare per la prima volta perché la recente accelerazione iniziò proprio in quel momento. Possiamo anche predire un´altra caratteristica molto precisa dell´espansione che i dati forniti dal satellite Planck saranno in grado di determinare. Dunque, la magica giara degli universi non si è ancora esaurita. Nei prossimi due anni vedremo molti nuovi dati che confermeranno o escluderanno una serie di possibili universi e ci aiuteranno a capire perché il nostro sia fatto così.
L´autore è professore all´Università di Cambridge e ha scritto The Book of Universes edito da Bodley Head (Traduzione di Luis Moriones)

Repubblica 9.3.11