La meccanica quantistica calcola l’energia del vuoto, mentre la cosmologia la misura. Il problema è che i due risultati differiscono di un fattore di 10 elevato a 120. È il più grande “fallimento” della scienza moderna relativo all’Univerno
Nel 1927 Werner Heisenberg formulò il principio di indeterminazione: posizione e quantità di moto di una particella nell’Universo non possono essere conosciute simultaneamente con precisione assoluta. Una conseguenza diretta è che il vuoto assoluto non può esistere, questo perché anche in uno spazio completamente privo di materia, le fluttuazioni quantistiche creano continuamente coppie di particelle virtuali, generando un’energia di fondo chiamata energia del punto zero. Questa è un fatto verificato anche sperimentalmente: l’effetto Casimir, previsto nel 1948 e misurato nel 1997, dimostra infatti che due piastre metalliche poste nel vuoto si attraggono proprio a causa della pressione esercitata da queste fluttuazioni.
Quando nasce il problema sull’universo
Il problema nasce quando si prova a calcolare di quanto. La teoria quantistica dei campi, sommando il contributo di tutte le particelle del Modello Standard fino alla scala di Planck, produce un valore di densità di energia del vuoto dell’ordine di 10 elevato alla 120 volte superiore a quello misurato dalla cosmologia osservando l’accelerazione dell’espansione dell’universo. Wolfgang Pauli calcolò questo problema già negli anni ’20, concludendo che se quel vuoto avesse davvero tanta energia l’intero universo osservabile sarebbe più piccolo della Luna. Il fisico russo Yakov Zel’dovich formalizzò poi il problema nel 1967.
Perché nessuno sa risolverlo
L’universo è qui, stabile, con galassie e stelle gia formate, questo significa che l’energia del vuoto misurata è reale e piccola. Significa anche che la teoria quantistica dei campi, verificata con precisione in ogni altro contesto, produce in questo caso un numero completamente sbagliato. La supersimmetria avrebbe potuto risolvere il problema, ma le particelle supersimmetriche non sono mai state trovate.
Universo e costante cosmologica
La costante cosmologica di Einstein, che lui definì il suo più grande errore prima di essere rivalutata nel 1998, descrive correttamente l’accelerazione osservata ma lascia aperta la domanda su perché abbia quel valore specifico e non uno 10 alla 120 più grande. Hawking, Weinberg e molti altri fisici del ventesimo e ventunesimo secolo hanno lavorato su questo problema. Nessuno ha ancora trovato una risposta. L’universo esiste in un modo che le nostre equazioni migliori non riescono a spiegare.
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