Re: l'Universo e' piatto e in continua espansione?

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: 1999/04/11

Mara ha scritto:
> Spero non vi dispiaccia (semmai me lo dite), volevo sapere cosa ne
> pensate di questo articolo dell'allegato di Repubblica Computer del
> giovedi', perche' io non c'ho capito molto:
Non ci dispiace (plurale majestatis :-) ) ma riteniamo tu sia
incorreggibile :-). Come fai a dar retta a un pseudo-articolo di
cosmologia sull'allegato "Computer" di "Repubblica"?
Quell'articolo riporta un minestrone (quello si'!) di questioni generali
della cosmologia e di notizie dell'ultimo anno.
Se vuoi una fonte un po' piu' seria, guarda l'ultimo numero delle
"Scienze".

Per cominciare, vediamo di sistemare una cosa che viene spesso
raccontata male: universo aperto o chiuso, espansione indefinita o no.
Si tratta di due cose diverse: quando si dice universo aperto o chiuso
si guarda allo spazio, ossia alle sezioni spaziali dello spazio-tempo, e
si descrive che geometria hanno in grande. Quella di una sfera (a parte
le 3 dimensioni invece di 2) che e' chiusa su se stessa, di estensione
finita; oppure quella infinita, senza confini, che a noi viene piu'
naturale, anche se lo spazio puo' ancora essere "curvo" (pero' a
curvatura negativa, come una sella).
L'espansione indefinita contrapposta al "big crunch" si riferisce
ovviamente all'andamento nel tempo.
Nel quadro di un ben preciso tipo di modelli cosmologici (curvatura
costante, assenza di termine cosmologico nelle eq. di Einstein,
pressione positiva o al piu' nulla) si dimostra che un universo chiuso
deve finire per ricontrarsi, mentre un universo aperto si espande per
sempre. Per questo spesso si identificano le due cose, erroneamente.

> Ecco, non capisco perche', se l'universo e' piatto, la quasi totalita'
> della sua materia (fino al 99%) deve essere oscura. Cosa vuol dire
> esattamente "oscura"?
Nelle solite ipotesi di cui sopra, esiste una precisa "densita'
critica", legata alla costante di Hubble osservata, al disotto della
quale l'universo e' a curvatura negativa; al disopra a curvatura
positiva (ossia chiuso).
L'universo piatto e' il caso di confine tra i due.
Il problema e' misurare la densita'. Il modo piu' semplice e' di
guardare: contare le galassie, misurarne la luminosita', e assumere che
la luminosita' sia un buon indicatore della massa (questo perche' la
luce viene in fin dei conti dalle stelle che compongono le galassie, e
per la maggior parte delle stelle c'e' una relazione piuttosto precisa
fra massa e luminosita').
Se si fa cosi', la densita' viene circa 100 volte piu' piccola di quella
critica, quindi l'universo dovrebbe essere aperto.
Pero' ci sono altre indicazioni (come si muovono le stelle nelle
galassie e le galassie negli ammassi) che portano a una stima della
densita' circa 10 volte maggiore. Poiche' questa densita' non e'
correlata alla luminosita', si deve trattare di materia "oscura", nel
banale senso che non emette luce.
Che cosa sia questa materia oscura, nessuno lo sa e sono state fatte le
piu' varie ipotesi.
Argomenti di natura diversa, piu' teorici, porterebbero a favorire un
universo piatto: ma questo richiederebbe una densita' ancora maggiore e
fino a poco tempo fa l'idea sembrava da mettere da parte.

> Che non interagisce con tutta l'altra materia, nel senso che non viene
> emessa alcuna radiazione elettromagnetica? Cosa vuol dire radiazione
> elettromagnetica? In soldoni che viene emesso/scambiato un fotone? Se
> non ricordo male e' lo scambio di fotoni a tenere uniti gli elettroni
> al nucleo....ricordo male? :-(( (e lo scambio di gluoni a tenere unito
> il nucleo?).
Qui sei andata un po' ... fuori strada: materia oscura non vuole affatto
dire materia che non interagisce. Per es. i pianeti di per se' sono
oscuri, semplicemente perche' sono freddi. Nient'altro.

La "materia cosmica in grado di emettere questa energia NON luminosa" e'
un'invenzione dell'autore dell'articolo. Non c'e' da emettere niente:
basta avere massa...

Ci sarebbe ora da spiegare che cosa e' successo nell'ultimo anno o giu'
di li'. Ma sarebbe un po' lungo, temo...
Dico solo che osservazioni (ancora sotto verifica, credo) avrebbero
mostrato delle galassie che appaiono piu' deboli di quanto ci si
aspetterebbe in base al loro redshift, secondo i modelli cosmologici di
cui sopra.
Per spiegare le osservazioni, occorrerebbe assumere che l'espansione
anziche' rallentare stia accelerando.
Com'e' facile capire, si e' accesa una discussione: c'e' chi ritiene che
le osservazioni siano viziate da qualche errore sistematico; chi invece
ci crede, e ha cominciato a proporre spiegazioni di vario tipo.
Non resta che aspettare...
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Elio Fabri
Dip. di Fisica
Universita' di Pisa
Received on Sun Apr 11 1999 - 00:00:00 CEST