Le prove che l’Universo si stia espandendo sono schiaccianti. Ma come? Estendendo lo spazio esistente o creando nuovo spazio? Proviamo a capirlo.
Sono passati quasi 100 anni da quando l’umanità è arrivata per la prima volta ad una conclusione rivoluzionaria sulla natura del nostro Universo: lo spazio non è statico, si espande. Una delle previsioni più inquietanti della relatività generale di Einstein è che qualsiasi Universo, purché sia uniformemente (o quasi uniformemente) riempito con una o più specie di materia, radiazione o energia, non può rimanere lo stesso nel tempo. Invece, deve espandersi o contrarsi.
Più o meno nello stesso periodo, a partire dal 1923, le osservazioni iniziarono a mostrare che le spirali e le ellittiche nel nostro cielo erano in realtà galassie: “universi-isole” che erano ben al di fuori della nostra Via Lattea. Con nuove e più potenti misurazioni, riuscimmo a determinare che più una galassia era lontana da noi, maggiore era lo spostamento verso il rosso della luce che arrivava nei nostri strumenti, o osservata a lunghezze d’onda maggiori, rispetto alla luce inizialmente emessa. Era come se l’atto stesso di viaggiare nello spazio alterasse la lunghezza d’onda di quella luce. Ma cosa succede allo spazio, si allunga o crea nuovo spazio colmando i vuoti?
L’espansione dell’universo, spiegata
Partiamo dal presupposto che il nostro è un Universo in cui c’è materia ed energia. C’è roba ovunque, insomma, non è statico. Qui dobbiamo recuperare alcuni concetti della relatività generale e iniziare a parlare di isotropia e omogeneità. Sono due criteri che normalmente assumiamo riguardo al nostro Universo, e che sono fortemente validati da osservazioni scientifiche. L’isotropia ci dice che l’Universo è lo stesso in tutte le direzioni: ovunque guardiamo su scala cosmica, nessuna “direzione” sembra particolarmente diversa da un’altra. L’omogeneità, d’altro canto, ci dice che l’Universo è lo stesso ovunque: la stessa densità, temperatura e tasso di espansione esistono con una precisione migliore del 99,99% sulle scale più grandi. Per quanto ne sappiamo, il nostro Universo, su larga scala cosmica, è infatti sia isotropo che omogeneo.
Cosa ci dice la relatività generale sul nostro Universo
In questo caso, avendo un Universo uniformemente riempito con una sorta di energia (o più tipi diversi di energia), le regole della relatività generale non solo impongono che l’Universo debba evolversi, ma ci dicono anche come. Le equazioni che governano l’evoluzione dell’Universo sono conosciute come equazioni di Friedmann. Ma cosa significa esattamente “espansione” o “contrazione” quando si parla dello spazio stesso?
Vedete, lo spazio in sé non è qualcosa di direttamente misurabile. Non è che possiamo uscire e prendere un po’ di spazio ed eseguire semplicemente un esperimento su di esso. Tutto ciò che possiamo fare è osservare gli effetti dello spazio su cose osservabili – come materia, antimateria e luce – e quindi utilizzare tali informazioni per capire cosa deve fare lo spazio sottostante stesso per causare tali effetti.
Ma quindi lo spazio si allunga o se ne crea di nuovo?
Nessuna delle due spiegazioni funziona bene a livello universale: il punto è che una riesce a spiegare cosa succede alla radiazione (e ad altre particelle energetiche), mentre l’altra tenta di spiegare cosa succede all’energia oscura (e qualsiasi altra cosa che sia una proprietà intrinseca dello spazio) mentre l’Universo si espande o si contrae. Lo spazio non si estende né si crea, ma semplicemente è, come lo descrive Einstein. Almeno, nel contesto della relatività generale, possiamo imparare con precisione “come” è, anche se l’informazione di “cos’è” esattamente è attualmente al di là della nostra capacità.
