E se, invece di espandersi, l’universo stesse… ingrassando?
L’universo si espande fin da quando ha avuto origine, circa 13 miliardi di anni fa: è quel che crediamo sulla scorta delle osservazioni delle galassie che sembrano allontanarsi da noi, tanto più velocemente quanto più sono distanti. Un fatto ormai dato per scontato da oltre settant’anni, da quando la vecchia idea di un universo stazionario, immobile nel tempo, è stata affossata dagli studi di Hubble e poi dalla teoria del Big Bang. Ora un fisico teorico tedesco, Christof Wetterich, dell’Università di Heidelberg, propone un modello alternativo secondo il quale si potrebbe fare a meno dell’ipotesi dell’espansione cosmica. Il redshift, lo spostamento delle righe spettrali della luce delle galassie distanti verso il rosso, non sarebbe prodotto da un loro allontanamento, ma da un aumento della massa delle particelle elementari nel corso di miliardi di anni.
Un'altra spiegazione per il redshift
Il paper di Wetterich, pubblicato sul database arXiv in attesa dell’accettazione da parte di una rivista scientifica, ha già destato l’attenzione della comunità dei ricercatori: un articolo su Nature ne parla raccogliendo anche i pareri di alcuni fisici e cosmologi. L’idea suona piuttosto eretica perché si scontra con il fatto che le masse delle particelle elementari sono considerate costanti, almeno per quel che ne sappiamo: i loro valori non cambiano nel tempo e sono gli stessi da quando è nato l’universo. È vero però che fino alla metà del XX secolo circa, la maggioranza della comunità scientifica era convinta che l’universo fosse statico. Lo credeva anche Einstein, che a lungo contrastò l’idea di un’espansione cosmica. Poi arrivarono le osservazioni sul redshift e tutti cambiarono idea.
Il redshift, lo “spostamento verso il rosso”, è il prodotto dell’effetto Doppler-Fizeau. L’esempio tipico per spiegarlo è quello della sirena dell’ambulanza, il cui suono ci appare di un tono più alto quando si avvicina a noi e più basso quando si allontana. Ciò avviene in quanto la lunghezza d’onda del suono percepito si contrae quando la sorgente si avvicina all’osservatore e si allunga quando la sorgente si allontana. Se al posto del suono abbiamo una radiazione elettromagnetica – la luce – avremo un effetto identico, che però produce una conseguenza diversa: quando scomponiamo la luce attraverso un prisma ottenendone lo spettro (l’arcobaleno), vedremo che lo spettro è spostato maggiormente verso la sua estremità blu (l’ultravioletto) se la sorgente che emette la luce si sta avvicinando a noi, mentre se si sta allontanando lo spettro risulterà spostato verso l’estremità rossa (l’ultrarosso).
Attraverso l’analisi degli spettri delle galassie, è stato possibile scoprire che si allontanano quasi tutte da noi. Un fenomeno che oggi spieghiamo con l’espansione dell’universo, iniziata con il Big Bang e mai arrestatasi, anzi: da 4-5 miliardi di anni almeno il tasso di espansione starebbe accelerando. Wetterich la pensa diversamente. La luce emessa dalla materia non dipende infatti solo dal suo moto rispetto a un osservatore, ma anche dalla massa delle particelle elementari che ne costituiscono gli atomi. Se un atomo aumenta la sua massa, i fotoni che emette (la luce è composta di fotoni) acquisiranno più energia. A energie maggiori corrispondono frequenze d’onda più alte, quindi assisteremo a un blueshift, uno spostamento verso il blu. Se le particelle “dimagriscono”, la frequenza della radiazione emessa subisce un redshift.
Niente singolarità iniziale
Questo significa che l’universo sta dimagrendo? No, tutto il contrario: sta ingrassando. Infatti la luce delle galassie che osserviamo è stata emessa nel passato, come è ben noto. Se osserviamo lo spetto di una galassia distante un miliardo di anni-luce dalla Terra, stiamo vedendo lo spettro della radiazione elettromagnetica emesso un miliardo di anni fa. La velocità della luce è una costante ma, almeno secondo Wetterich, la massa non lo è. Dunque, se oggi la massa del protone vale, per fare un esempio, 100, e un miliardo di anni fa essa era 90, vedremo che la galassia distante un miliardo di anni-luce emette uno spettro spostato verso il rosso perché la sua massa un miliardo di anni fa era inferiore alla nostra e così ci appare anche oggi, benché nel frattempo anche quella galassia sia “ingrassata” come tutto il resto dell’universo. L’ipotesi collima con le osservazioni: la legge di Hubble sostiene infatti che il redshift è tanto più accentuato quanto più distanti da noi sono le galassie, e questo sembra ovvio dato che la differenza tra le masse attuali e quelle del passato remoto dell’universo aumenterebbe con il passare del tempo.
Questo non vuol dire che l’universo sia sempre rimasto stazionario. La fase d’inflazione che avvenne nei primi istanti dopo il Big Bang avrebbe comunque avuto luogo (l’inflazione sembra infatti confermata anche dalle osservazioni dei satelliti cosmologici come Planck). Tuttavia, il modello proposto farebbe a meno della singolarità iniziale costituita dal Big Bang: non c’è bisogno di immaginare un momento t=0 (il “momento zero”) da cui è iniziato tutto. La massa delle particelle elementari si è accresciuta gradualmente nel corso di un tempo virtualmente infinito, ossia t —› -∞ (il tempo tende verso l’infinito nel passato). Il modello cosmologico di Wetterich sembra quindi molto comodo, tuttavia al momento è indimostrabile sperimentalmente. Non abbiamo modo di scoprire se la massa delle particelle fondamentali, anziché essere costante, varia nel tempo. Diversi fisici teorici si sono espressi favorevolmente, comunque, sottolineando che l’interpretazione di Wetterich ha il pregio di ricordare ai cosmologi che le loro teorie restano tali finché non ci sono interpretazioni più solide per dar conto dei dati sperimentali. Il modello dell’universo che ingrassa potrebbe essere pura fantasia matematica, insomma, ma suona convincente.
