Leggo sul numero 257 della rivista “L’astronomia” l’interessante articolo La cosmologia dell’impossibile. La mia preparazione da liceale (ho 67 anni), che però ho sempre aggiornato con buoni testi divulgativi, mi consente di leggerlo agevolmente: riassume in modo per me chiaro una quantità di informazioni che già possedevo e di ipotesi che mi erano già note. Mi sorgono però, e fortunatamente, dei dubbi:
a) se l’Universo ha 13,7 miliardi di anni, come possiamo ricevere segnali da 10.000 Megaparsecs di distanza? In 13,7 miliardi di anni, anche alla velocità della luce (e non può essere, Hubble direbbe di no!) l’Universo non può aver raggiunto una dimensione, in anni luce, superiore! E, se l’avesse raggiunta, i segnali non ci sarebbero ancora giunti! C’entra l’inflazione? Ma non ha preceduto il disaccoppiamento materia-energia?
b) Se omega è pari a 1 (oggi ?), se omegalambda ci dice che esiste una costante cosmologica (a suo tempo già ipotizzata da Einstein) che accelera l’espansione dell’Universo, può essere che la geometria dello stesso sia stata a suo tempo sferica, oggi euclidea ed in futuro iperbolica? O mi manca qualche dato per cui era, è e sarà sempre piatta?
c) Può essere che sia stata proprio la costante cosmologica ad aver determinato l’espansione inflazionarla?
Quando le distanze si fanno grandi (superiori a milioni di anni-luce) l'espansione entra in gioco, la Relatività Ristretta non basta più e ci vuole la Relatività Generale.
Grazie a questa teoria entriamo in un mondo in cui, mentre la luce viaggia, lo spazio si espande. È proprio l'espansione dello spazio che "aiuta" la luce a viaggiare un po' più velocemente e a permettergli di percorrere, in 13.7 miliardi di anni, i circa 10 000 Mpc di cui parlo nell'articolo e che il lettore ha giustamente notato.
Veniamo alla seconda domanda.
In teoria si possono immaginare casi di evoluzione cosmologica in cui la geometria cambia nel tempo e si passa, come immagina il lettore, da spazi sferici a spazi iperbolici. O anche casi in cui lo spazio è di tipo sferico in una regione e iperbolico in un'altra. In pratica, il nostro Universo ubbidisce a regole più semplici, almeno in questo: risolvendo le equazioni di Einstein si vede che uno spazio sferico diventa sempre più chiuso su se stesso (collassa) e uno spazio iperbolico sempre più aperto. La costante cosmologica in effetti blocca questa instabilità di fondo e permette allo spazio (sia esso inizialmente sferico, ma non troppo, o iperbolico) di "appiattirsi", cioè di diventare Euclideo. Il problema è che lo fa solo asintoticamente, cioè, strettamente parlando, in un tempo infinito e quindi non permette nessun passaggio da una geometria all'altra. Come dicevo però è possibile immaginare delle cosmologie (contenenti energia oscura di tipo esotico) che possono effettuare la transizione da sferico a iperbolico; nel passaggio l'Universo subirebbe un tale cataclisma che possiamo ritenerci grati alla costante cosmologica di rimandare il tutto a un tempo infinitamente lontano.
Infine per ciò che concerne la terza domanda, direi che nessuna fantasia è abbastanza fantastica in cosmologia da non poter essere presa in seria considerazione!
L'idea del lettore ha sfiorato più di un astrofisico. L'inflazione è stata guidata da una costante cosmologica simile a quella ipotizzata all'epoca presente. Sarebbe bello dire che è la stessa, ma ci sono due problemi: uno è che la Lambda è una costante, appunto, e non funziona l'uso della stessa costante per due epoche così diverse (in termini di energia necessaria) come l'inflazione e l'epoca presente (basti pensare all'enorme differenza di temperatura, densità, pressione, espansione tra le due epoche).
L'altro è che la "costante" inflazionaria deve essere annichilata alla fine dell'inflazione, altrimenti l'inflazione stessa non finisce più e tutto il nostro Universo osservato svanirebbe. Quindi tanto costante non deve essere stata. Ciononostante, molti ritengono che qualche legame ci possa essere, forse qualche meccanismo che produce due costanti diverse in due momenti diversi a partire da uno stesso campo.