La Forma dell’Universo

Lo spazio è così profondo visto dalla Terra. Anche con i più potenti telescopi appare come una distesa sconfinata di stelle e galassie. Ma è davvero infinito? Che forma ha l’Universo? Le osservazioni possono ingannarci. Ad esempio, tutti ormai sappiamo di vivere sulla superficie di una sfera, mentre la nostra esperienza quotidiana ci farebbe pensare che la Terra sia piatta; questo perché la superficie del nostro pianeta è talmente estesa che non siamo in grado di percepirne la curvatura.

Analogamente, anche l’Universo potrebbe essere curvo. In effetti, Einstein dimostrò che la massa curva lo spazio circostante, dando origine all’attrazione gravitazionale.

Se acettiamo il Modello Standard, la geometria dell’Universo può essere di tre tipi:

• Universo piatto: lo spazio non ha curvatura, e in esso vigono le leggi della geometria euclidea. Ad esempio, se sparassimo due raggi di luce con traiettoria esattamente parallela, essi continuerebbero a viaggiare all’infinito, rimanendo equidistanti.
• Universo aperto: lo spazio è infinito, ma ha curvatura negativa. I nostri raggi di luce inizialmente paralleli viaggerebbero per sempre, allontanandosi gradualmente l’uno dall’altro. la geometria tridimensionale dello spazio in questo caso corrisponde, su base bidimensionale, a quella della superficie di una sella.
• Universo chiuso: a differenza dei due scenari precedenti, pur non possedendo né un centro né un confine come negli altri due casi, il cosmo non è infinito. In termini bidimensionali, la sua geometria equivale alla superficie di una sfera e la sua curvatura è positiva. I raggi di luce paralleli, durante il viaggio diventerebbero convergenti, e infine tornerebbero al punto in cui erano partiti.

La difficoltà nella comprensione di questi tre scenari sta nel fatto che implicano l’introduzione di una dimensione aggiuntiva a noi ignota. Quando si parla della curvatura dello spazio, infatti, ci si riferisce a una direzione che non corrisponde alle tre che noi ben conosciamo (larghezza, lunghezza e profondità), ma a una quarta direzione che sfugge alla percezione spaziale dei nostri sensi.

La nostra condizione di incredulità e smarrimento posti davanti a un tale mistero è analoga a quella che vivrebbe una figura geometrica disegnata su un foglio, se tentassimo di farle comprendere che sopra di lei esiste qualcosa (sarebbe già difficile farle capire il significato di “sopra”. A tale proposito, è imperdibile il romanzo Flatlandia, di Edwin Abbott, una affascinante e accattivante autobiografia di un quadrato alla scoperta della terza dimensione con una sfera come guida.

Non potendo determinare la geometria dell’Universo tramite osservazione diretta, gli astronomi la definiscono indirettamente stimando la quantità di materia che lo compone, che determina la sua geometria e, infine, il suo destino.

Sopra: i possibili scenari sul destino dell’Universo in base all’attuale Modello Standard

I cosmologi hanno identificato un valore specifico per la massa universale, detto massa critica, che porterebbe a un perfetto bilanciamento tra l’attrazione gravitazionale esercitata dalla materia e l’espansione dell’universo originatasi dal Big Bang. Se la massa reale del cosmo fosse equivalente alla massa critica, avremmo un Universo piatto, in cui l’espansione rallenterebbe gradualmente fino a cessare.

Se la massa reale fosse inferiore alla massa critica, invece, la gravità della materia non sarebbe sufficiente a bloccare l’espansione, che continuerebbe per sempre; si avrebbe quindi un Universo aperto. Il destino di un Universo piatto e di un Universo aperto è simile: con l’esaurirsi del carburante delle stelle, il cosmo diventerebbe un luogo desolato, sempre più buio e sempre più freddo, fino a raggiungere lo zero assoluto.

Diverso invece è il destino di un Universo chiuso, che si avrebbe se la massa della materia che lo compone fosse maggiore della massa critica. In questo caso, in un remoto futuro la forza gravitazionale avrebbe la meglio sull’espansione. Le galassie inizierebbero ad avvicinarsi le une alle altre, finché l’Universo imploderebbe su se stesso in un processo opposto a quello del Big Bang, chiamato Big Crunch (grande stritolamento).

Sebbene le osservazioni più recenti facciano supporre che la massa reale dell’Universo sia molto vicina a quella critica, il problema della geometria e del destino del cosmo rimane aperto. Una delle difficoltà che caratterizza questa ricerca è rappresentata dalla scoperta che la maggior parte della materia di cui è fatto l’Universo non è visibile.

Comprendere la natura di questa materia oscura e determinarne la quantità sarà essenziale per svelarci se lo spazio è davvero infinito, e quale sarà il nostro ultimo destino.

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