L'universo si espanderà per sempre o alla fine crollerà in un minuscolo granello?
Un articolo pubblicato a giugno suggeriva che un'espansione infinita era impossibile secondo un'importante teoria della fisica - una congettura che faceva enormi ondate nella comunità della fisica.
"Le persone sono molto, un po 'emozionate, perché se fosse vero e scoperto, sarebbe spettacolare", ha detto Timm Wrase, un fisico dell'Università di Tecnologia di Vienna.
Ora, Wrase e i suoi colleghi hanno pubblicato uno studio separato che crea un enorme buco in tale argomento, il che significa che un universo in continua espansione non può essere escluso al momento.
Energia oscura ed espansione cosmica
Il nostro universo è permeato da una forza immensa e invisibile che sembra opporsi alla gravità. I fisici chiamano questa forza energia oscura, e si pensa che spinga costantemente il nostro universo verso l'esterno.
Ma a giugno, un gruppo di fisici ha pubblicato un articolo sulla rivista di prestampa arXiv che implica che l'energia oscura cambia nel tempo. Ciò significa che l'universo non si espanderà per sempre ma potrebbe eventualmente collassare nella dimensione che era prima del Big Bang.
Quasi immediatamente, tuttavia, i fisici hanno riscontrato problemi con la teoria: diversi gruppi indipendenti hanno successivamente pubblicato articoli che suggerivano revisioni della congettura. Ora, un articolo pubblicato il 2 ottobre sulla rivista Physical Review D suggerisce che, così com'è, la congettura originale non può essere vera perché non può spiegare l'esistenza del bosone di Higgs - che sappiamo esiste, grazie a il Large Hadron Collider, il massiccio collettore di particelle al confine tra Francia e Svizzera.
Tuttavia, con un po 'di modifiche teoriche, la congettura sull'universo che collassa potrebbe essere ancora praticabile, ha detto a Live Science Wrase, co-autore del nuovo articolo di Physical Review D.
Come spieghiamo tutto ciò che è mai esistito?
La teoria delle stringhe, a volte chiamata la teoria di tutto, è una struttura matematicamente elegante ma sperimentalmente non dimostrata per unire la teoria della relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica. La teoria delle stringhe suggerisce che tutte le particelle che compongono l'universo non sono in realtà punti ma stringhe unidimensionali che vibrano - e le differenze in tali vibrazioni ci permettono di vedere una particella come un fotone e un'altra come un elettrone.
Affinché la teoria delle stringhe sia una spiegazione praticabile per l'universo, tuttavia, deve incorporare l'energia oscura.
Immagina questa energia oscura come una palla in un paesaggio di montagne e valli che rappresentano la quantità di energia potenziale che ha, Wrase ha detto. Se una palla si trova in cima alla montagna, può essere ferma, ma può rotolare giù con la minima perturbazione, quindi è instabile. Se la palla si trova in una valle, non cambia o non si muove, ha poca energia e risiede in un universo stabile, perché anche una forte spinta la farebbe rotolare giù nella valle.
I teorici delle stringhe presumevano da tempo che l'energia oscura sia costante e immutabile nell'universo. In altre parole, è rannicchiato nelle valli tra le montagne, non rotolando dalle cime delle montagne e quindi non cambiando nel tempo, ha detto Wrase.
Ma la congettura formulata a giugno suggerisce che, affinché la teoria delle stringhe funzioni, il paesaggio non ha montagne o valli sul livello del mare. (In questa concezione, il nostro universo si erge sul livello del mare - che segna metaforicamente il punto in cui l'energia oscura inizia a riunire l'universo o a separare l'universo.)
Piuttosto, il paesaggio è leggermente inclinato e la sfera di energia oscura rotola sempre verso il basso. "Mentre rotola verso il basso, l'energia oscura diventa sempre più piccola", ha detto Wrase. "L'altezza della palla corrisponde alla quantità di energia oscura nel nostro universo."
In questa teoria, l'energia oscura potrebbe alla fine farsi strada sotto il livello del mare e iniziare a riportare l'universo nella sua forma pre-Big-Bang.
Ma c'è solo un problema, ha detto Wrase.
"Abbiamo dimostrato che devono esistere cime così instabili", ha detto. Questo perché sappiamo che esiste la particella di Higgs. E abbiamo provato sperimentalmente che le particelle di Higgs possono esistere su queste vette o "universi instabili" e possono essere disturbate con il minimo tocco, ha detto.
Difficoltà con stabilità degli universi
Cumrun Vafa, teorico delle stringhe di Harvard e autore senior del documento sulle congetture di giugno, ha detto a Live Science in una e-mail che, in effetti, la congettura originale ha "difficoltà con gli universi instabili". Questo nuovo articolo e alcuni altri mostrano questo problema, ha aggiunto. Ma ci sono diversi articoli che propongono lievi revisioni alla congettura che aderirebbero ancora ai limiti proposti da Wrase e dal suo team, ha affermato.
Anche nella congettura rivista, "non saremmo in un universo stabile ma piuttosto le cose sarebbero cambiate", ha detto Wrase. La revisione afferma che le vette possono esistere, ma valli stabili non possono, ha detto. (Immagina la forma della sella di un cavallo). Alla fine la palla deve iniziare a rotolare e l'energia oscura deve cambiare nel tempo, ha aggiunto. Ma "se la congettura è sbagliata, allora l'energia oscura potrebbe essere costante, ci sedremmo in una valle tra due montagne" e l'universo continuerebbe ad espandersi.
Entro 10-15 anni, spera che i satelliti che misurano più precisamente l'espansione dell'universo possano aiutarci a capire se l'energia oscura è costante o sta cambiando.
Vafa concordò. "Questi sono tempi emozionanti in cosmologia e speriamo che nei prossimi anni vedremo prove sperimentali per il cambiamento dell'energia oscura nel nostro universo", ha detto.
