Materia oscura ed energia oscura addio? la teoria dei “big bang multipli” spiega l’espansione cosmica

Il dibattito scientifico sulle cause sottostanti l’accelerazione dell’espansione cosmica ha da tempo stimolato la ricerca di soluzioni concettualmente audaci e non convenzionali. In questo scenario di fervente indagine, emerge una prospettiva innovativa che propone un meccanismo alternativo, potenzialmente in grado di escludere la necessità di postulare l’esistenza della sfuggente materia oscura e della misteriosa energia oscura, i pilastri concettuali dell’attuale modello cosmologico standard.

Un’alternativa alla materia oscura e all’energia oscura

Il modello inedito è stato elaborato dal Dr. Richard Lieu, un insigne professore di fisica presso l’Università dell’Alabama a Huntsville. La sua ipotesi si fonda sull’idea di una sequenza continua di eventi cosmici, anziché di un singolo evento primordiale, come motore fondamentale nella genesi e nell’evoluzione della struttura galattica, modellandola in modi che potrebbero apparire inaspettati alla luce delle teorie convenzionali.

Questi eventi ripetuti, definiti “singolarità temporali transitorie“, si postulano capaci di manifestarsi con una rapidità tale da eludere la diretta osservazione da parte degli strumenti attuali. Secondo questa visione, l’Universo acquisisce la sua attuale configurazione espansa attraverso una miriade di sussulti improvvisi e discreti, in contrasto con l’idea di una singola e grandiosa esplosione iniziale seguita da un’espansione graduale e continua.

“Questo nuovo articolo propone una versione perfezionata del modello precedente, che si discosta in maniera significativa dalle concezioni consolidate“, ha affermato il Dr. Lieu, sottolineando la natura profondamente innovativa della sua proposta. Egli postula che queste ripetute “esplosioni” esercitino un’influenza omogenea e uniforme sull’intero tessuto spaziotemporale, offrendo una spiegazione alternativa alle forze che convenzionalmente vengono attribuite alla materia oscura e all’energia oscura.

La teoria cosmologica attualmente predominante attribuisce a queste due entità invisibili e non direttamente rilevabili un ruolo cruciale nell’orchestrare l’espansione cosmica, stimando che esse costituiscano circa il 95% del contenuto totale dell’universo. Tuttavia, la natura elusiva di entrambe le componenti ha rappresentato e continua a rappresentare una delle sfide più ardue per la fisica e l’astronomia contemporanee.

Secondo la teoria cosmologica standard, la materia oscura svolge la funzione di una sorta di “collante” gravitazionale invisibile, ritenuta essenziale per mantenere la coesione delle galassie. Nonostante la sua presunta abbondanza, essa non emette né assorbe luce o altra forma di radiazione elettromagnetica, rendendo impossibile la sua osservazione diretta.

La sua esistenza è inferita indirettamente attraverso i suoi effetti gravitazionali osservabili, come le anomalie nelle curve di rotazione galattiche, che mostrano velocità periferiche troppo elevate per essere spiegate dalla sola materia visibile. Senza la “impalcatura” gravitazionale fornita dalla materia oscura, la struttura a grande scala dell’Universo apparirebbe radicalmente diversa, presumibilmente più caotica e meno organizzata nelle intricate reti di galassie e ammassi che osserviamo.

L’energia oscura, d’altra parte, rappresenta un enigma ancora più profondo e una forza di gran lunga più potente. Essa è la forza ipotizzata come responsabile dell’accelerazione dell’espansione dell’universo, contrastando la naturale tendenza della gravità a rallentare tale espansione. Invece di essere la forza gravitazionale a dominare l’interazione tra le masse cosmiche su vasta scala, è l’energia oscura a “spingere” lo spazio verso l’esterno con una velocità che aumenta nel tempo. Un’analogia efficace per visualizzare questo fenomeno è immaginare di gonfiare un palloncino che, a un certo punto, inizia a espandersi autonomamente e a una velocità sempre maggiore. Questo è concettualmente simile all’effetto che l’energia oscura starebbe esercitando sul Cosmo.

Un processo di creazione e annichilimento transitorio

La teoria proposta dal Dr. Lieu si distingue per la sua capacità di spiegare l’accelerazione cosmica senza ricorrere a concetti fisici elusivi come la massa o la densità negativa. Essa delinea un processo dinamico in cui la materia emerge transitoriamente per poi svanire, fornendo in tal modo l’impulso necessario per la continua crescita e espansione dell’Universo.

I ricercatori che esplorano questa promettente linea di indagine riconoscono pienamente il ruolo e la validità della fisica attualmente nota e consolidata. Tuttavia, essi sottolineano come queste singolarità temporali transitorie, pur essendo eventi energetici significativi, non violino le leggi fondamentali di conservazione dell’energia e della quantità di moto, a condizione che la loro manifestazione avvenga sotto forma di lampi brevi e improvvisi, eludendo la diretta osservazione prolungata.

“Sir Fred Hoyle si oppose con fermezza alla cosmologia del Big Bang, postulando in alternativa un modello di stato stazionario dell’Universo“, ha ricordato il Dr. Lieu, evidenziando un precedente tentativo di superare le limitazioni del modello inflazionistico primordiale. La teoria di Hoyle si basava sull’ipotesi di una creazione continua di materia per mantenere una densità cosmica costante nonostante l’espansione, un’idea che tuttavia entrava in conflitto con le ben stabilite leggi di conservazione della massa-energia.

Il modello proposto dal Dr. Lieu cerca di superare questa intrinseca contraddizione introducendo il concetto di impulsi di creazione e annichilimento di materia accuratamente sincronizzati nel tempo e nello spazio, in modo tale da rispettare rigorosamente i vincoli imposti dalle leggi di conservazione energetiche. Sebbene richiami in parte la logica sottostante al modello dello stato stazionario, esso introduce un meccanismo fisico completamente differente per mantenere un bilancio energetico complessivo coerente con le osservazioni.

Le teorie cosmologiche precedenti spesso invocavano il concetto di pressione negativa per descrivere la misteriosa accelerazione dell’espansione dell’Universo. Questo fenomeno si verifica quando alcune forme di energia possiedono una pressione che agisce in direzione opposta alla gravità, generando una forza repulsiva che spinge lo spazio verso l’esterno. Già Albert Einstein, nel 1917, propose una “costante cosmologica” con caratteristiche simili per spiegare come un universo statico potesse mantenersi in equilibrio gravitazionale.

Il nuovo approccio teorico del Dr. Lieu intreccia questa intuizione fondamentale con l’idea di singolarità temporali che emergono e si dissolvono rapidamente, senza lasciare tracce dirette e persistenti. Questo modello suggerisce che le galassie potrebbero formarsi e rimanere coese gravitazionalmente senza la necessità di postulare l’esistenza di particelle di materia oscura invisibili. Un’onda di creazione di materia potrebbe generare le strutture cosmiche osservate, mentre ondate successive e continue contribuirebbero all’espansione graduale e accelerata dell’Universo.

Nonostante la sua eleganza teorica, la validazione del modello proposto dal Dr. Lieu rimane intrinsecamente legata all’osservazione astronomica. Se queste transitorie “esplosioni” di materia fossero effettivamente un fenomeno reale, esse potrebbero fornire una spiegazione plausibile del perché le ricerche dirette e prolungate di particelle di materia oscura o di forme esotiche di energia oscura non abbiano ancora prodotto risultati definitivi e conclusivi.

Il Dr. Lieu suggerisce che i telescopi terrestri, con la loro capacità di raccogliere grandi quantità di dati cosmologici, potrebbero rappresentare uno strumento cruciale per verificare l’esistenza di questi “salti” nell’espansione cosmica. L’analisi dettagliata dei dati basati sul redshift delle galassie, una misura dello spostamento verso il rosso della luce emessa dovuto all’allontanamento, potrebbe rivelare sottili irregolarità nella scala temporale delle distanze cosmiche, indicando un’espansione non perfettamente uniforme e continua.

In particolare, egli propone che un approccio osservativo ad alta risoluzione, focalizzato sull’analisi precisa delle relazioni distanza-redshift, potrebbe essere in grado di individuare eventuali discontinuità nel “diagramma di Hubble“, un metodo consolidato e fondamentale per la misurazione delle distanze cosmiche e della velocità di recessione delle galassie. La rilevazione di una seppur piccola interruzione o deviazione nelle tendenze dei dati del diagramma di Hubble potrebbe fornire una prova osservativa a sostegno dell’idea che l’espansione cosmica non avvenga in modo fluido e graduale, ma sia caratterizzata da questi eventi transitori di creazione di materia.

Un Universo plasmato da onde energetiche multiple

La cosmologia standard si fonda sul paradigma di un singolo e primordiale evento di creazione, convenzionalmente identificato con il Big Bang, come origine di tutto ciò che conosciamo. Accanto a questa visione consolidata, emergono prospettive teoriche alternative che, pur non necessariamente invalidando l’impianto fondamentale del modello standard, introducono l’affascinante ipotesi di molteplici e successive “ondate” di creazione di materia ed energia nel corso della storia cosmica.

Questo nuovo approccio concettuale mette in discussione l’assunto che il cosmo abbia avuto un unico e definitivo momento di “nascita“. Se effettivamente si fossero verificati molteplici episodi di intensa emissione di energia e creazione di materia, questi eventi potrebbero aver agito per allungare, modellare e fornire energia allo Spazio in intervalli temporali irregolari ma potenzialmente calcolabili. l’Universo, in questa visione, non sarebbe il risultato di un’unica grande esplosione seguita da un’espansione monotona, bensì un’entità dinamica la cui evoluzione è stata punteggiata da una serie di “sussulti” energetici.

Queste audaci idee teoriche trovano un naturale collegamento con le capacità osservative di strumenti astronomici di elevata potenza, come l’Osservatorio Keck situato nelle Hawaii e l’Isaac Newton Group of Telescopes operante in Spagna. Concentrando l’attenzione sull’analisi di diverse finestre di redshift, corrispondenti a distanze cosmiche che si estendono su miliardi di anni luce, si potrebbe potenzialmente raccogliere l’evidenza empirica necessaria per discernere tra uno scenario di espansione cosmica caratterizzato da un singolo picco iniziale e un modello alternativo basato su una serie di “scoppi” ripetuti nel tempo.

Nonostante l’entusiasmo per questa nuova prospettiva, alcuni scienziati mantengono un atteggiamento di cautela, ricordando come i precedenti tentativi di sostituire concettualmente l’energia oscura abbiano incontrato notevoli difficoltà nel fornire spiegazioni altrettanto robuste e coerenti con l’insieme delle osservazioni cosmologiche. Rimane aperta la possibilità di sottoporre questo modello a rigorosi test osservativi grazie al continuo sviluppo di rivelatori sempre più sensibili e all’accumulo di set di dati cosmologici sempre più ampi e precisi.

Gli astronomi potrebbero concentrare la loro ricerca sulla potenziale identificazione di “modelli” o perturbazioni residue lasciate da questi ipotetici spostamenti cosmici di breve durata. Se la materia effettivamente apparisse e scomparisse dall’esistenza su scale temporali estremamente brevi, ciò potrebbe fornire una spiegazione del perché le ricerche convenzionali di materia oscura, basate sull’individuazione di particelle stabili, si siano rivelate finora infruttuose.

Questa linea di ricerca teorica rivisita in modo fondamentale il modo in cui l’espansione cosmica si inserisce nel quadro concettuale della fisica fondamentale. Ogni singolo “scoppio” di creazione ed energia dovrebbe necessariamente rispettare le leggi di conservazione della massa e dell’energia, implicando una più profonda e ancora non completamente compresa interazione tra le entità fondamentali di spazio, tempo e materia. La comprensione di questi ipotetici processi potrebbe aprire nuove finestre sulla natura stessa della realtà fisica e sulle leggi che ne governano l’evoluzione su scala cosmica.

Lo studio è stato pubblicato su Classical and Quantum Gravity.