L’energia oscura è un falso problema? Dalla Teoria della Relatività una ipotesi alternativa
L’energia oscura rappresenta il mistero più profondo della moderna cosmologia. Gli astronomi ritengono che si tratti di una forma sconosciuta di energia che sembra responsabile dell’espansione accelerata dell’Universo. Oggi, in un nuovo studio condotto dal professor Edward Kipreos della University of Georgia, viene suggerito un nuovo approccio secondo cui se si cambia il modo di pensare alla dilatazione dei tempi, una conseguenza prevista della teoria della relatività, si può ottenere una spiegazione diversa del concetto di energia oscura.
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[Media Inaf] Si sa, gli scienziati sono molto curiosi e, spesso, come dei ciclisti in fuga solitaria, vogliono arrivare per primi al traguardo allo scopo di svelare “da soli” gli enigmi della natura.

In tal senso, vogliamo ricordare il lavoro eseguito in gran segreto dallo scienziato israeliano Mordehai Milgrom che negli anni ‘90 formulò una teoria modificata della gravità, detta MOND, per tentare di spiegare le curve di rotazione delle galassie a spirale senza ricorrere alla materia oscura, idea che non venne completamente accettata.

Non solo, ma più di recente, un altro scienziato di origine sudafricana, George Ellis, introdusse un’ipotesi più ‘leggera’ per spiegare l’espansione cosmica accelerata.

L’idea che sta alla base di questa proposta riguarda l’assunzione che la nostra posizione nella Via Lattea si trovi in una sorta di gigantesco vuoto cosmico o bolla cosmica, cioè una regione dello spazio in cui la densità media della materia sarebbe molto inferiore di quella totale causando così un ritmo di espansione locale maggiore che altrove.

Anche in questo caso, l’esistenza di giganteschi vuoti cosmici sembra improbabile poiché non spiegherebbe l’uniformità della radiazione cosmica di fondo per non parlare della distribuzione apparentemente uniforme delle galassie.

L’Energia Oscura

Il termine “energia oscura” fu coniato da Michael Turner. Nel modello cosmologico basato sul Big Bang, l’energia oscura è una forma di energia a pressione negativa diffusa in tutto lo spazio.

L’introduzione dell’energia oscura è attualmente il modo più diffuso fra i cosmologi per spiegare le osservazioni di un universo in espansione accelerata, come pure per colmare una significativa porzione della massa-energia mancante dell’universo (il 68% circa, su un totale mancante di circa il 95).

Le due principali forme proposte di energia oscura sono la costante cosmologica e la quintessenza.

La costante cosmologica è una densità d’energia costante che riempie omogeneamente lo spazio e fisicamente equivalente all’energia del vuoto.

La quintessenza è un campo dinamico la cui densità d’energia varia nello spazio e nel tempo.

Fonte: Wikipedia

Oggi, è arrivato il turno di Edward Kipreos, un genetista molecolare che da qualche anno ha iniziato ad interessarsi di cosmologia e di teoria della relatività.

Nel suo articolo, pubblicato sul giornale PLOS ONE, Kipreos parte dal concetto della dilatazione dei tempi, fenomeno fisico che si manifesta nella durata di un evento, riconosciuto da un osservatore che viaggia con velocità costante e con moto rettilineo ed uniforme, effetto che diventa rilevante e significativo solo per velocità prossime a quella della luce.

Lo scienziato introduce una ipotesi in base alla quale la dilatazione dei tempi sia direzionale, anziché reciproca, rispetto al moto per cui è solo l’oggetto che si muove a subire l’effetto previsto dalla relatività speciale. Secondo Kipreos, questo fenomeno può essere facilmente compreso nel contesto del funzionamento dei satelliti GPS.

“I satelliti si muovono abbastanza velocemente in relazione alla Terra perciò è necessario correggere gli orologi dal momento che vengono rallentati a causa della loro velocità orbitale”, spiega Kipreos. “Se non avessimo corretto questo effetto relativistico, la misura fornita dai satelliti GPS sarebbe stata errata di circa due chilometri al giorno”.

Questo esempio molto semplice si basa sulla teoria di Einstein e sulle cosiddette trasformazioni di Lorentz, cioè trasformazioni di coordinate tra due sistemi di riferimento inerziali che descrivono come varia la misura del tempo e dello spazio quando l’oggetto della misura è in moto uniforme rispetto all’osservatore.

“Si suppone che l’effetto relativistico della dilatazione dei tempi sia reciproco”, dice Kipreos. “Se si guarda ai satelliti GPS, l’orologio sta rallentando, ma secondo i satelliti GPS il nostro orologio non sta rallentando, il che lo farebbe nel caso di reciprocità. Il nostro orologio va più veloce rispetto ai satelliti e lo sappiamo per il fatto che siamo in continua comunicazione”.

Partendo dalla cosiddetta trasformazione assoluta di Lorentz e scegliendo opportunamente un sistema di riferimento preferenziale, relativamente al quale si ha la dilatazione dei tempi direzionale (ad esempio, il sistema di riferimento inerziale non-rotante centrato sulla Terra, che attualmente viene utilizzato per calcolare la dilatazione dei tempi dei satelliti GPS), Kipreos ritiene che una precisa applicazione della trasformazione assoluta di Lorentz ai dati cosmologici potrebbe avere delle implicazioni significative per l’evoluzione dell’Universo e per l’esistenza dell’energia oscura.

Man mano che l’Universo si espande, le strutture cosmiche, come le galassie, si allontanano molto più rapidamente le une rispetto alle altre secondo un processo noto come espansione di Hubble. La trasformazione assoluta di Lorentz indica che l’aumento delle velocità determina una dilatazione dei tempi direzionale.

Se si applica questa trasformazione alle velocità incrementate, che sono associate all’espansione di Hubble nell’Universo di oggi, si ottiene uno scenario in cui il presente subisce una dilatazione temporale relativa al passato. In altre parole, il trascorrere del tempo sarebbe più lento nel presente e più veloce nel passato.

Quali sono allora le conseguenze per quanto riguarda il concetto di energia oscura? Se consideriamo le supernovae che esplodono con la stessa luminosità, esse vengono utilizzate dagli astronomi come “candele standard” per misurare le distanze cosmologiche.

supernovae

Quelle che sono relativamente vicine alla Terra sono allineate su un grafico che dà l’andamento della distanza, ricavata dal redshift, in funzione della luminosità. Nel 1998, lo studio delle supernovae distanti fornì l’evidenza osservativa secondo cui il ritmo dell’espansione cosmica ha subito un’accelerazione negli ultimi 5 miliardi di anni.

“L’espansione accelerata dell’Universo è stata attribuita all’energia oscura. Ad ogni modo, non sappiamo ancora nulla sulla sua natura né sappiamo come mai si sia manifestata solo di recente nella storia cosmica. Gli effetti previsti dal fatto che il tempo trascorrerebbe più velocemente nel passato potrebbero far sì che il grafico delle supernovae diventi lineare su tutte le distanze cosmiche, il che implicherebbe che non esiste alcuna accelerazione dell’espansione cosmica. In questo scenario, quindi, non ci sarebbe la necessità di invocare l’esistenza dell’energia oscura”, conclude Kipreos.

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