18 febbraio 2023.
Perché la cosmologia, l'astrofisica e la fisica teorica sono bloccate da 50 anni.
L’«attuale modello standard» funziona solo grazie a due ingredienti: la materia oscura e l’energia oscura. La materia oscura, di massa positiva, ha la funzione di garantire il confinamento delle galassie e degli ammassi di galassie, di spiegare la forma piatta delle loro curve di rotazione, in modo del tutto ad hoc. In effetti, come si determina la sua distribuzione nello spazio? Facendo in modo che essa riproduca queste curve di rotazione, semplicemente. Sono stati spesi milioni, ovunque, per tentare di catturarla, nelle miniere, nei tunnel, nello spazio. Migliaia di articoli sono stati pubblicati, su queste riviste di altissimo livello, che non sono altro che speculazioni sulla sua natura. Invano. Si è tentato di catturare il candidato considerato il più probabile, il neutralino, in un chilo di xeno, poi dieci, poi cento, poi una tonnellata, diverse tonnellate.
Non più neutralini che burro in uno spiedo.
Si è attribuita all’energia oscura un valore di energia positiva e una pressione negativa, il che può sembrare paradossale dato che una pressione (scalare) è anzitutto una densità volumetrica di energia. La legge di espansione dell’universo si deduce da una soluzione dell’equazione di campo di Einstein. La «sorgente» di questa dinamica si trova nel secondo membro. È una densità volumetrica di energia rho c^2. Si trovano quindi due termini. C’è anzitutto quello che traduce l’azione della massa, conformemente alla celebre relazione di Einstein E = mc^2. L’altro termine è la pressione. Tutto ciò è omogeneo, si misura in joule per metro cubo.
Di che cosa rende conto questo secondo termine? Nella fase materia, si tratta della densità volumetrica di energia cinetica delle masse che compongono l’universo, secondo l’equazione di stato:
Nell’era radiativa, oltre alla densità volumetrica di energia dei fotoni: h nu, moltiplicata per il numero di fotoni per metro cubo, si ha la pressione di radiazione, corrispondente alla relazione qui sotto, equivalente a «un’equazione di stato del gas di fotoni»:
Conformemente all’equazione di Einstein, base della Relatività Generale:
Una pressione positiva è sinonimo di decelerazione del moto di espansione.
Al contrario, affinché si possa rendere conto di un moto di accelerazione dell’espansione cosmica, occorre avere qualcosa associato a una pressione negativa.
Se si considera che questa pressione legata all’energia oscura sia una densità volumetrica di energia, ciò porterebbe a concludere per l’esistenza di stati di energia negativa (si vedano i lavori di Nathalie Debergh).
Ma li si elimina, con un colpo di bacchetta magica, dotando questo nuovo componente, di natura sconosciuta, di un’«equazione di stato»:
La scelta w = -1 (che nulla giustifica) permette di ottenere una densità volumetrica equivalente, in chili per metro cubo, positiva. Ciò permette allora di completare la torta che descrive il contenuto dell’universo in masse osservate, in massa non osservata, positiva, quella della materia oscura, alle quali si aggiunge poi un «equivalente-materia», che traduce (in chili per metro cubo) un misterioso potere repulsivo del vuoto, associato alla costante cosmologica Lambda.
Nel modello Janus, si interpreta ciò che provoca l’accelerazione dell’espansione cosmica come la somma di due termini:
- La densità di energia (negativa) associata alla massa, secondo E = m c^2, con E e m negativi.
- Una pressione negativa, considerata come densità di energia negativa associata all’energia cinetica, negativa, di queste stesse particelle.
Esiste allora una differenza fondamentale tra queste due interpretazioni. Come la costante cosmologica è, come il nome stesso indica, invariante nel tempo, essa corrisponde a un misterioso potere repulsivo del vuoto che si trova allora associato a una densità di energia costante, insensibile al moto di espansione e al calo della densità, legato all’espansione. Se a è il «fattore di scala», che evoca la «dimensione dell’universo», qualsiasi densità di qualcosa varierà così a priori come 1/a^3.
Il corollario è che l’universo, così propulso dalla pressione negativa, costante, associata all’ipotetica «energia del vuoto», si estende allora secondo una legge esponenziale in funzione del tempo.
Nel modello Janus, nell’era materia, la dinamica dell’espansione è imputata al contenuto maggioritario di massa negativa: questa massa negativa assume allora i due ruoli: quello giocato dalla materia oscura e quello giocato dall’energia oscura. Questa densità di energia decresce allora come 1/(a^3). Il futuro dell’universo è allora differente. Privato di questo motore nel corso del tempo, la sua espansione diventa allora quasi lineare, tende verso un’asintote.
Questi due modi di vedere le cose meriterebbero di essere messi in prospettiva. Avevamo composto un articolo, molto strutturato, inviato anzitutto a Physical Review D nel novembre 2022. Rifiuto immediato, senza sottomissione a referee, con la sola menzione «non suitable» («non adatto»). Seconda sottomissione, ad Astrophysical Journal. Stessa cosa, il 12 febbraio 2023, anche con un rifiuto di sottomissione a un referee. Leggerete i contenuti di questi messaggi di risposta che precedono l’articolo.
In effetti, le riviste rifiutano sistematicamente di sottoporre i nostri articoli a referee, da cinque anni. Ci sono quindi stati una decina di rifiuti.
Ciò segna un malfunzionamento fondamentale del sistema delle pubblicazioni scientifiche. Eppure queste rimangono aperte alla speculazione. Si possono citare due esempi. Per Physical Review D citiamo un articolo in cui questa figura della cosmologia francese, Aurélien Barrau (notate la notevole ricchezza della sua pagina su Wikipedia), figura come coautore.
Cosa propongono gli autori di questo articolo? Un modello in cui la materia oscura potrebbe costituire la «reliquia» di collisioni tra «mini-buchi neri», situati «all’epoca di Planck», cioè nello stato dell’universo più remoto (inaccessibile alla minima osservazione). Dei «mini-buchi neri» ipotetici. Traduciamo il titolo:
La materia oscura come reliquia dell’epoca planckiana, senza troppe ipotesi esotiche (...).
Test suggeriti, rispetto a possibili dati osservativi: nulla. Un’illustrazione perfetta della frase del matematico Jean-Marie Souriau:
- Una fisica senza esperienza e una matematica senza rigore.
Riguardo all’energia oscura, la comunità scientifica è in subbuglio dalla pubblicazione su Astrophysical Journal e Astrophysical Letters di due articoli.
Il primo.Il secondo. Un blogger scientifico dà qui il suo commento.
Per semplificare, nella pagina del blogger, ascoltate il suo commento vocale.
Di che cosa si tratta?
Si è visto che il proprio di questa energia oscura è di presentarsi come un componente di densità volumetrica costante, insensibile al fenomeno dell’espansione cosmica. Consideriamo allora degli oggetti che potrebbero tradurre un tale contenuto. Affinché questa densità di energia si mantenga, dovrebbe accadere che, tramite un meccanismo fisico sconosciuto, l’energia oscura che essi contengano cresca nel tempo secondo a^3.
L’articolo menzionato riporta uno studio delle masse dei «buchi neri giganti» situati al centro delle galassie ellittiche. Questo studio conclude che queste masse crescono come a^3. Con quale meccanismo? La storia non lo dice. A priori non sembra che debba essere per «accrescimento», inghiottendo le stelle circostanti. Ciò non potrebbe giustificare un tale fenomeno dato che le popolazioni delle stelle di queste galassie ellittiche restano, esse, costanti. Che bel fenomeno che sa di energia oscura! Ma, mi direte, la massa di questi buchi neri giganti è positiva. Se la loro massa cresce, si tratta... di una crescita di massa positiva, no?
Non avete capito nulla. Usate i neuroni e rivedete l’equazione di stato legata a questa energia oscura. L’incremento di energia positiva nel cuore dei buchi neri giganti comporta, di fatto, un incremento di pressione negativa. Avete capito? Chi dice massa positiva dice energia oscura positiva ma... pressione negativa. Si dispongono già di modelli di buchi neri «senza singolarità» che fanno ricorso a tutto ciò.
Sapete ora dove si trova l’energia oscura: nel cuore dei buchi neri giganti. Tutto ciò è grande astuzia e forte magia (R.Kipling, "Storie proprio così").
In scienza ci si deve astenere dal rifiutare a priori qualsiasi cosa, soprattutto quando l’idea si appoggia su qualcosa di fattuale: la crescita della massa degli oggetti ipermassicci situati al centro delle galassie ellittiche. Un fatto osservativo di cui i teorici, in ogni caso, dovranno tenere conto. Questo fenomeno di crescita della massa dei buchi neri giganti fa luce sulla loro natura profonda. Già, i teorici faticavano a modellizzare la loro formazione per accrescimento, fusione di buchi neri stellari. Qui, lasciamo perdere il fenomeno dell’accrescimento, superato. Il problema si trova di fatto virtualmente risolto. Il meccanismo che li fa apparire, come conigli usciti dal cappello del prestigiatore, è lo stesso che assicura la loro crescita.
Si tratta semplicemente di un fenomeno sconosciuto.
Torniamo al secondo rifiuto di sottomissione a un referee del nostro articolo. La risposta di Physical Review D è, questa, senza appello. Invece l’editore di Astrophysical Journal indica che aderire ai dati dell’accelerazione dell’espansione cosmica non basta per servire da base a un modello. Occorrerebbe che questo spieghi altre cose. Prendiamo atto. Mi sono quindi messo a una nuova redazione modificando il titolo dell’articolo sottomesso, che diventerebbe allora:
The Janus Cosmological Model. Part I : alternative interpretation of the acceleration of the cosmic expansion.
Che farò seguire da un secondo articolo:
The Janus Cosmological Model. Part II : other successful comparisons to observational data.
I due articoli saranno allora sottomessi contemporaneamente. Vi terremo aggiornati.
Otterremo che questi articoli siano finalmente sottoposti a referee? Non lo so.
Cos’altro?
La registrazione della conferenza che ho tenuto a Parigi il 14 gennaio 2023 è online. Così come i 60 minuti di domande/risposte che ne sono seguiti. Una diffusione che ha preso un certo ritardo, quando abbiamo ricevuto messaggi di partecipanti che si preoccupavano di vedere i loro nomi e le loro situazioni professionali resi pubblici. Giustamente. Una massa di ricordi è allora riemersa, che evoco in questo breve video:
È quindi stato necessario sostituire i piani che mostravano gli intervenienti con piani che mostravano il conferenziere, sostituire i nomi delle unità di appartenenza con dei «bip», sfocare immagini della mia sala, dei volti. Misure che potrebbero tradurre una tendenza a vedere il male ovunque. In effetti, se si vuole pensare liberamente, al di fuori di ogni vincolo emanante da un’«inquisizione scientifica», bisogna impegnarsi in una forma di clandestinità. Ripenso a un gesto di Guglielmo da Baskerville, ruolo interpretato da Sean Connery in una scena di Il nome della rosa, quando il superiore dell’Abbazia, alias Michael Lonsdale, entra nella sua cella di monaco. Guglielmo ha allora un gesto rapido con cui ricopre furtivamente l’astrolabio posato sul suo letto.
A quell’epoca, la minima indagine scientifica disturbava, rischiando di contraddire elementi dei dogmi della chiesa e poteva condurvi al rogo. Oggi è la stessa cosa, solo che non si bruciano più gli eretici. I «dottori della Legge», i «sostenitori dell’ortodossia» sono le «star» delle discipline interessate e fissano le linee di condotta da tenere, pena l’eresia. I buchi neri esistono. La radiazione di Hawking esiste. La materia oscura e l’energia oscura fanno parte della realtà fisica. Se non si bruciano più i contestatori, dopo averli torturati, li si riduce al silenzio, in altro modo.
Chi gestisce queste «riviste di primo piano»? Ovviamente i sostenitori dell’ortodossia del momento. In questo gioco del beneficio tratto dalla pubblicazione in queste riviste di prestigio, loro e i loro allievi, i loro amici, sono i primi serviti. Le loro carriere traggono origine da queste citazioni in riviste ad alto fattore di impatto («impact factor»). Qualsiasi altro canale è immediatamente relegato al rango di «predatory journals» (spesso a giusto titolo, bisogna dirlo). Il sistema è meravigliosamente oliato: «Tu co-firmi i miei articoli, io co-firmo i tuoi. Io cito i tuoi articoli, tu citi i miei. Il robot di Google Scholar fa il resto. Celebrità perfettamente artificiali montano come albumi a neve, soufflé. Persone che non lasceranno l’ombra di una traccia nella storia delle scienze acquisiscono così celebrità planetarie. Un esempio:
In Google Scholar digitate «Juan Maldacena». Vedrete subito salire articoli come «Cool horizons for entangled black holes» (1475 citazioni) o «Towards inflation in string theory» (1474 citazioni), «A bound on chaos» (1899 citazioni). Congetture teoriche prive della minima confronto osservativo che gli sono valse un posto permanente all’Istituto di Studi Avanzati di Princeton, al quale appartennero Albert Einstein e Kurt Gödel fino alla loro scomparsa. Lavori che rievocano ancora la frase di Souriau, citata sopra. Ma questa gente fa autorità.
Nel regno dei ciechi, gli orbi sono re.
Da 50 anni i teorici non trovano nulla, non spiegano nulla, non concepiscono nulla che venga successivamente osservato o messo in evidenza da esperimenti. Un esempio lampante è la teoria delle stringhe. Davanti ai suoi insuccessi nel predire o spiegare qualcosa, persone come l’americano Brian Greene, autore del best seller planetario «The Elegant Universe», con la sua traduzione maldestra: «L’universo elegante», uscito nel 1999, che aveva persino ricevuto il premio Aventis, che premia il miglior libro di divulgazione scientifica, nel 2000, era arrivato persino a pretendere «che se questa teoria era così sterile era perché si riferiva a cose che sarebbero emerse solo tra diverse generazioni».
Un’evocazione che fa pensare alla favola di Hans Christian Andersen, dove dei sarti-imbroglioni vestono un re di abiti così belli che solo le persone di qualità possono vederli. E in realtà, il re è nudo.
Il sistema di esame dei lavori scientifici da parte di esperti, la cui indipendenza di giudizio è in principio garantita dalla preservazione del loro anonimato, si ritrova bloccato nella misura in cui le riviste sono gestite dai sostenitori dell’ortodossia, che è riuscita ad affermarsi come criterio di qualità dei lavori.
Quarant’anni fa esisteva una finestra, quella delle pubblicazioni ai Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris. La decisione di pubblicare era allora lasciata alla discrezione degli accademici. Grazie al fatto che il matematico André Lichnérowicz abbia presentato delle note, avevo potuto iniziare l’inizio di una teoria che conduceva a un modello di galassia, come soluzione esatta di una coppia costituita dall’equazione di Vlasov e dall’equazione di Poisson.
Ecco una di queste note. Contiene la prima, e la prima e unica soluzione non banale dell’equazione di Vlasov, cara a Cédric Villani. Ma all’improvviso questo canale di pubblicazione è scomparso, l’Accademia delle Scienze avendo installato un sistema di controllo da parte di referee anonimi. Questo potere di decisione fu immediatamente tolto a uno dei matematici più brillanti della sua generazione da giovani lupi di cui nessuno lascerà traccia su questa strada della scienza.
Allora, cosa ho fatto? Ho abbandonato direzioni di ricerca, semplicemente.
Fate il conto: erano 51 anni fa. Non male....
Qualche anno fa, dopo mesi di attesa, ho potuto avere un appuntamento con Cédric Villani, allora direttore dell’Institut Henri Poincaré, non ancora entrato in politica. È arrivato un’ora in ritardo, mi ha ascoltato distrattamente poi si è eclissato rapidamente.
Il modello Janus disturba enormemente, suscita l’aggressività di questa piaga di Internet, di quelli che si chiamano «Troll». Ma non sono solo questi personaggi che trovano, scrivendo i loro commenti (più di mille in cinque giorni!), la possibilità di esprimere le loro nevrosi, le loro frustrazioni, la loro gelosia, sotto la copertura dell’anonimato. Sembra che tra questi si trovino degli «Epistémo-Troll» che esprimono allora la loro paura di vedere il modello Janus riuscire ad affermarsi, formulando insulti che fungono da esorcismi:
- Petit è un ciarlatano, un mitomane e un truffatore!
La lotta continuerà, penosa, difficile. Ma ciò che è nuovo è la massa di persone di ogni provenienza, matematici, ricercatori, ingegneri usciti dalle grandi scuole, abilitati in matematica o fisica, insegnanti di ogni livello, che si uniscono in tutta discrezione al gruppo di persone che, preoccupate di etica e verità, desiderano trovare, lontano da tutto questo «rumore», nella calma e nella clandestinità, la possibilità di poter finalmente pensare liberamente.