Addio Energia Oscura? Una nuova geometria dello spaziotempo potrebbe spiegare perché l’Universo accelera

L’espansione accelerata dell’universo è, da decenni, il grande “elefante nella stanza” della fisica moderna. Per far quadrare i conti, i cosmologi hanno dovuto ipotizzare l’esistenza di una forza misteriosa e invisibile, la cosiddetta Energia Oscura. Tuttavia, un recente studio condotto dall’Università di Brema (ZARM) e dall’Università della Transilvania di Brașov suggerisce che potremmo aver guardato il problema dalla prospettiva sbagliata: forse l’ingrediente segreto non è una nuova energia, ma una geometria diversa dello spaziotempo stesso.

Il problema del “fattore fudge” cosmologico

Il modello standard della cosmologia si basa sulla Relatività Generale di Einstein e sulle equazioni di Friedmann. Tutto molto elegante, ma con un difetto sostanziale: quando applichiamo queste equazioni alle osservazioni reali dei telescopi, i numeri non tornano. L’universo si espande troppo velocemente.

Per risolvere l’impasse, gli scienziati hanno dovuto inserire “a mano” un termine aggiuntivo nelle equazioni: l’Energia Oscura. È un po’ come se un contabile, non riuscendo a far quadrare il bilancio, inventasse una voce di entrata fittizia per pareggiare i conti. Funziona matematicamente, ma fisicamente nessuno sa cosa sia realmente questa energia, né da dove provenga. Un’ammissione di ignoranza mascherata da costante cosmologica.

La gravità di Finsler: estendere Einstein

I ricercatori tedeschi e rumeni hanno deciso di approcciare il problema senza aggiungere ingredienti magici, ma rivedendo le fondamenta geometriche. Hanno utilizzato un’estensione della Relatività Generale nota come gravità di Finsler.

A differenza della geometria standard, che approssima il comportamento gravitazionale in modo talvolta rigido, la gravità di Finsler offre una descrizione più ricca e sfumata dello spaziotempo, gestendo in modo più preciso il comportamento dei gas e delle particelle in movimento.

Ecco le differenze sostanziali tra i due approcci:

Che cos’è (davvero) la Geometria di Finsler?

Per capire la differenza tra la geometria di Einstein (Riemanniana) e quella di Finsler, dobbiamo abbandonare le formule e usare l’immaginazione.

1. Il modello classico (Einstein/Riemann): La mappa piatta Immagina di essere su una collina e di voler scendere a valle. Nella geometria classica che usiamo per la Relatività Generale, la distanza tra due punti è definita solo dalla posizione. È come misurare la distanza su una cartina geografica: 1 cm sulla mappa è 1 km nella realtà. Punto. Non importa se stai scendendo con gli sci, rotolando, o guidando un camion. La metrica dello spazio è “rigida” e dipende solo da dove sei.

2. Il modello nuovo (Finsler): La mappa che cambia se ti muovi La geometria di Finsler, invece, dice una cosa diversa: la distanza (e quindi la metrica dello spazio) non dipende solo da dove sei, ma anche da come ti stai muovendo (la tua velocità e direzione).

Pensa di camminare in una foresta con un forte vento contrario.

• Per Einstein: La distanza tra l’albero A e l’albero B è di 10 metri, indipendentemente dal vento.

• Per Finsler: Se cammini controvento, lo spazio ti “sembra” più lungo e faticoso. Se cammini col vento a favore, lo spazio sembra accorciarsi. La geometria stessa si deforma in base alla tua velocità e direzione.

Un risultato che nasce dal vuoto

Il risultato pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics è sorprendente nella sua pulizia teorica. Applicando la geometria di Finsler alle equazioni cosmologiche (ribattezzate equazioni di Finsler-Friedmann), l’accelerazione dell’universo emerge come una conseguenza naturale, anche nel vuoto.

Non serve inventare una forza oscura che spinge le galassie. È la struttura stessa dello spaziotempo, descritta in modo più completo, a guidare l’accelerazione.

Christian Pfeifer, fisico del ZARM, ha commentato con cauto ottimismo: “Questa è un’indicazione eccitante che potremmo essere in grado di spiegare l’espansione accelerata dell’universo, almeno in parte, senza energia oscura, sulla base di una geometria dello spaziotempo generalizzata”.

Se questa teoria dovesse trovare ulteriori conferme, ci troveremmo di fronte a una rivoluzione concettuale: non servono entità esotiche per spiegare il cosmo, ma solo una migliore comprensione delle regole geometriche che lo governano. Un po’ come scoprire che non serviva un motore più potente, ma solo disegnare meglio la strada.

Domande e risposte

Cosa è esattamente la gravità di Finsler?

La gravità di Finsler è un’estensione della Relatività Generale di Einstein. Mentre la teoria classica usa una geometria che non dipende dalla direzione della velocità dell’osservatore, la geometria di Finsler tiene conto sia della posizione che della velocità in modo più intrinseco. Immaginatela come un passaggio da una mappa bidimensionale statica a una mappa topografica che include informazioni dettagliate su come muoversi nel terreno. Questo permette di descrivere meglio il comportamento gravitazionale dei gas e la struttura dello spaziotempo su scala cosmica.

Questo studio smentisce Einstein?

Non esattamente, piuttosto lo completa. La Relatività Generale è stata ed è un successo straordinario per descrivere la gravità nel sistema solare e vicino ai buchi neri. Tuttavia, su scale cosmologiche immense, mostra dei limiti che richiedono correttivi artificiali (come l’energia oscura). La gravità di Finsler non cancella Einstein, ma generalizza la sua geometria per farla funzionare anche dove il modello standard inciampa.³ È un aggiornamento del sistema operativo, non una sua cancellazione.

Perché è importante eliminare l’Energia Oscura?

L’Energia Oscura è, ad oggi, un “segnaposto” per la nostra ignoranza. Sappiamo che l’universo accelera, ma non sappiamo perché. Inserire un termine matematico ad hoc è insoddisfacente per un fisico teorico perché non spiega il meccanismo fisico sottostante. Eliminare la necessità dell’Energia Oscura significa risolvere il problema alla radice: l’accelerazione non sarebbe causata da una sostanza misteriosa che riempie il vuoto, ma sarebbe una proprietà intrinseca della geometria dell’universo stesso. È una spiegazione più elegante e “economica”.

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