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Le 10 principali teorie sull'energia oscura
L'umanità ha accumulato un'enorme quantità di informazioni sul nostro universo e su come funziona. Siamo orgogliosi di essere la specie più intelligente sulla Terra, e finora, il tipo più capace in tutto l'universo.
Tuttavia, le informazioni che abbiamo sulla struttura del nostro universo derivano dal semplice 4 percento che possiamo osservare, misurare e analizzare: la materia ordinaria normale. Il restante 96 percento è roba "oscura". È buio perché non ne sappiamo nulla (e perché i fisici tendono a mancare di creatività nel reparto di denominazione).
Di quel 96 percento, circa il 68 percento è energia oscura. Questo lo rende il componente più grande dell'universo e, al momento, il più misterioso. Migliaia di scienziati in tutto il mondo stanno lavorando per decifrare questa misteriosa energia che sembra guidare il modo in cui il nostro universo crea grandi strutture.
Senza l'energia oscura, il nostro universo finirà per finire in un "Big Crunch", un destino dominato dalla gravità in cui l'universo collassa rapidamente in se stesso. Quindi, anche se non sappiamo quale sia l'energia oscura, dovremmo essere grati che sia lì.
Ecco le prime 10 teorie su cosa possa essere l'energia oscura e su cosa ogni scenario può dirci sul destino del nostro universo.
Credito immagine in evidenza: National Geographic10 È una proprietà dello spazio
Questa teoria è derivata dalla teoria della gravitazione di Einstein, in particolare dal fatto che lo "spazio vuoto" può avere la propria energia, soprannominata "la costante cosmologica". Einstein credeva anche che lo spazio potesse nascere dal nulla e come si crea più spazio più energia può quindi essere contenuta all'interno di essa.
Questo spiegherebbe la rapida espansione dell'universo che osserviamo. Questo tipo di universo continuerebbe ad espandersi per sempre fino a quando ogni oggetto nell'universo era così lontano da ogni altro oggetto che tutto sarebbe finito nella fredda oscurità.
9 Teoria di tutto
Molti astronomi credono che la ricerca di energia oscura sia inutile. Invece, dicono che trovare l'elusiva "teoria di tutto" (non il film di Stephen Hawking) risolverebbe naturalmente il problema dell'energia oscura.
Questa teoria dovrebbe essere in grado di spiegare il comportamento di tutti gli oggetti nell'universo, da molto grandi a incredibilmente piccoli. Per ora, le nostre teorie su come funziona l'universo sono divise in teorie su larga scala (come la teoria della gravità) e teorie su piccola scala (come la meccanica quantistica).
Sebbene risolvere il problema dell'energia oscura in questo modo sia logicamente valido, trovare questa teoria si è dimostrata impossibile anche per le menti più brillanti in fisica. Le normali leggi della fisica sembrano "abbattere" quando si raggiunge il livello quantico. Ma ahimè, la ricerca continua.
8 Crea una nuova forza fondamentale
Le forze fondamentali che conosciamo (gravità, elettromagnetismo, forza debole e forza forte) agiscono tutte all'interno di intervalli diversi. Alcuni influenzano solo oggetti di dimensioni atomiche, mentre altri causano i moti dei pianeti e istigano alla formazione delle galassie.
Questa teoria dell'energia oscura afferma che esiste una forza fondamentale che non abbiamo ancora trovato che agisce su enormi scale e può essere osservata solo quando l'universo raggiunge una certa dimensione. Funzionerebbe per opporsi alla gravità e quindi allontanerebbe gli oggetti nell'universo l'uno dall'altro.
Gli scienziati sostengono che poiché questa forza agisce su una scala così grande, non l'abbiamo ancora incontrata nella nostra vita quotidiana e le misurazioni fatte sulla Terra non possono essere influenzate da essa. Nessuno sa veramente se questa forza sarebbe temporanea o permanente. Tuttavia, a seconda di ciò, l'universo si espanderebbe per sempre e diventerà freddo o si espanderà e si contrarrà periodicamente per il resto del tempo.
7 La teoria della gravità di Einstein è sbagliata
Prova a dire a uno dei fisici più intelligenti che abbia mai vissuto che la sua (probabilmente) teoria più famosa sia sbagliata ... oddio. La teoria della relatività di Einstein afferma che ogni corpo nell'universo è attratto da ogni altro corpo, con la forza di quell'attrazione che dipende unicamente dalle masse degli oggetti e dalla distanza tra i loro centri.
Tuttavia, alcuni fisici hanno sostenuto che questa teoria potrebbe essere errata e hanno sviluppato nuove teorie della gravità per spiegare l'energia oscura. In queste teorie, invertono gli effetti della gravità su grandi scale in modo che gli oggetti si respingano a vicenda.
Sebbene queste teorie non abbiano molto supporto sperimentale (dal momento che il modello di gravità di Einstein ha funzionato abbastanza bene per noi fino ad ora), spiegherebbero perché l'universo si sta espandendo. Con questi nuovi modelli di gravitazione, il nostro universo raggiungerebbe nuovamente uno stato di fredda oscurità dopo uno stato di rapida espansione.
6 Dilazione temporale
Se hai mai visto il film Interstellare, probabilmente hai sentito parlare di dilatazione del tempo. È un fenomeno che si verifica quando gli oggetti che si avvicinano alla velocità della luce subiscono un rallentamento del tempo.
Questa è la stessa idea presentata nel paradosso dei gemelli, in cui un gemello si imbarca su un'astronave che si avvicina alla velocità della luce mentre suo fratello rimane sulla Terra. Quando si incontrano di nuovo dopo anni di separazione, il gemello sulla Terra è significativamente più vecchio del suo fratello astronauta.
Un recente lavoro di Edward Kipreos, professore all'Università della Georgia, sostiene che solo l'oggetto in movimento subisce una dilatazione del tempo. (Di solito, anche la persona che osserva l'oggetto in movimento sperimenta gli effetti).
Ciò significherebbe che il passare del tempo è stato più veloce nel passato. Ciò elimina la necessità di avere una forza o una sostanza repulsiva poiché l'apparente espansione dell'universo sarebbe un semplice errore di calcolo delle distanze che sono state influenzate dalla dilatazione del tempo.
Se questa teoria fosse vera, non solo contraddirebbe un'altra delle famose teorie di Einstein (la sua teoria della relatività speciale), ma implicherebbe anche che il nostro universo continuasse a espandersi a causa degli effetti della Costante di Hubble.
5 Una nuova particella esotica
L'idea di particelle e campi esiste da secoli ormai. Sappiamo che un elettrone crea un campo elettrico e, di recente, il campo gravitazionale è stato associato alla "particella di forza" della "gravitone". I fisici e i teorici delle particelle sono a proprio agio con l'idea che l'energia di un particolare campo debba essere trasmessa dalla sua particella di forza invece che dal campo stesso.
Questo concetto può essere tradotto in energia oscura, con la materia oscura (l'altro 27 percento dell'universo) che è la sua particella di forza. Questa idea sembra plausibile, soprattutto perché alcune particelle di forza sono inosservabili, come il gravitone. Tuttavia, ci sono poche prove a supporto di questa teoria perché non abbiamo trovato un modo per misurare fino ad ora nessuna delle proprietà associate all'energia oscura o alla materia oscura.
4 f (R) Teorie
Le teorie f (R) sono modelli della curvatura attuale dell'universo (con la curvatura indicata con R). Nel 2007, i ricercatori dell'Università di Chicago hanno dimostrato che, con uno specifico valore di R, viene creato un modello dell'universo in cui l'energia oscura non è necessaria per spiegare l'espansione dell'universo.
Questo tipo di universo si contrappone in un modo che minimizza la sua curvatura generale mentre produce una forza extra gravitazionale che può attrarre o respingere gli oggetti, a seconda di una serie di condizioni.
I teorici dell'Università di Chicago concordano sul fatto che, per questa teoria, la forza in più deve scomparire laddove la gravità è relativamente forte (per esempio, sulla scala di pianeti e galassie) e appare solo sulla scala più grande. Una squadra di astronomi dell'Università di Pechino ha iniziato a prendere misure di cluster per vedere se questa teoria f (R) potrebbe essere una descrizione corretta del nostro universo.
3 multiversi e il principio antropico
Uno dei più grandi fallimenti della fisica moderna è la previsione del valore effettivo dell'energia oscura. La teoria quantistica predice un numero molto piccolo, ma i fisici hanno calcolato un numero oltre 10 volte più grande! (Questo valore misurato dell'energia oscura è la costante cosmologica, la stessa dal punto 10 di questa lista).
È qui che entra in gioco il principio antropico: l'idea che le costanti fondamentali della fisica e della chimica (come la velocità della luce, la costante gravitazionale, ecc.) Siano "giuste" per supportare la vita nel nostro particolare universo ma possono avere valori diversi in altri universi. In un insieme infinito di universi paralleli, non sembra improbabile che il nostro universo sia semplicemente quello con il giusto valore di energia oscura per consentire la formazione della vita.
2 particelle virtuali
La meccanica quantistica è strana. Permette alle cose di entrare e uscire dall'esistenza, distruggendo ogni concetto che apprendiamo nella fisica delle scuole superiori. ("La materia non può essere creata o distrutta", abbiamo borbottato).
Questa teoria usa l'idea di particelle virtuali: piccoli pezzi di materia che appaiono solo per piccole istanze e poi scompaiono. Questa costante apparizione e scomparsa di particelle rilascia energia perché la materia viene convertita in energia quando queste particelle scompaiono.
I fisici credono che questo sia il modo in cui lo stesso spazio può raggiungere abbastanza energia continua per creare una "pressione negativa" che causa l'espansione dell'universo. Se questa teoria è vera, lo spazio energetico ricavato da queste particelle virtuali potrebbe essere la misteriosa energia oscura e il nostro universo continuerà ad espandersi fino a quando questo processo si verifica.
1 quintessenza
Il numero di teorie in questo elenco mostra quanto siamo lontani dalla comprensione di due terzi del nostro universo. Finora, ogni teoria ha avuto enormi implicazioni per il destino dell'universo o per la povera Einstein.
Decifrare l'energia oscura potrebbe aprire le porte a un ramo completamente nuovo della fisica o potrebbe cambiare radicalmente quelli esistenti. Questo è il motivo per cui così tanti fisici e astronomi oggi stanno mettendo in discussione questa grande, misteriosa "roba oscura" che guida l'evoluzione del nostro universo.
Quest'ultima teoria dell'energia oscura è, di gran lunga, la più strana. Un universo dominato dalla "quintessenza" è uno pieno di un "fluido energetico". Altri fisici amano chiamare questa energia "energia fantasma".
L'idea alla base è che la quintessenza varia con il tempo e la posizione e che la sua densità energetica aumenta nel tempo. Questo universo incontrerebbe un destino violento che i fisici chiamano "Big Rip" (di nuovo, con la denominazione molto letterale), in cui l'universo esploderebbe letteralmente come gli atomi non riescono a stare al passo con quanto velocemente vengono separati e allungati.
Tutto dentro e fuori vista verrebbe cancellato. L'universo sarebbe uscito con un botto.