I problemi irrisolti in astrofisica e cosmologia

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I problemi irrisolti nell'astrofisica e nella cosmologia contemporanea.

...Queste due discipline sono letteralmente sommerse dal peso dei problemi irrisolti. Storicamente, lo studio dell'universo ha attraversato diverse fasi. Non ripercorreremo qui la storia dell'astronomia. La spettroscopia ha permesso di ottenere dati importanti sulla composizione e sulla temperatura degli oggetti, mentre la misura dell'effetto Doppler ha consentito di determinare campi di velocità e di stimare le masse delle stelle, a distanze che superano di molti ordini di grandezza il diametro del sistema solare. La scoperta di standard di distanza (stelle variabili cefeidi) ha permesso di estendere queste misure fino a scale cosmologiche (50 milioni di anni luce).

...L'applicazione degli strumenti della geometria differenziale alla cosmologia (equazione di campo) ha permesso di guardare con un nuovo punto di vista a certi fenomeni (espansione cosmica, fenomeni relativistici locali).

...La scoperta della fisica dei nuclei ha permesso di costruire modelli stellari. Ma come visto in precedenza, improvvisamente la padronanza che l'uomo credeva di possedere sul funzionamento delle stelle si è trovata bruscamente messa in discussione.

...Questa stessa fisica nucleare ha permesso di risalire più indietro nel tempo ed esplorare, ad esempio, l'abbondanza dell'elio.

Ma:

• Non disponiamo di alcun modello teorico di galassia. In questo campo non si è superato lo stadio dell'empirismo.

• Non sappiamo né come si formino questi oggetti, né perché abbiano una massa piuttosto che un'altra, né come evolvano. La forma della curva di rotazione delle galassie, con una velocità periferica molto elevata, resta un mistero.

• Le teorie sulla struttura a spirale, basate esclusivamente su simulazioni numeriche, restano molto contestate.

• Esiste un notevole disaccordo tra le misure di massa e i campi di velocità osservati (fenomeno della massa mancante).

• Stessa dissonanza riguardo agli ammassi di galassie.

• Esistono numerose galassie molto irregolari, per le quali l'astronomo inglese Sir James Jeans disse: «Quando si vedono forme simili, non si può resistere all'idea che siano dovute a forze considerevoli in azione nell'universo, delle quali ignoriamo la natura».

• Sul piano cosmologico esiste un certo disaccordo tra l'età dell'universo, stimata a partire dalle stelle più vecchie della nostra galassia e a partire da misure sull'espansione (legge di Hubble, costante di Hubble).

• Non si riesce a spiegare la struttura a grande scala, lacunare, dell'universo, con le galassie distribuite attorno a enormi vuoti.

• Sono state individuate numerose coppie di galassie che violano la legge di Hubble (la più vicina ha uno spostamento verso il rosso maggiore di quella più lontana, situata sullo sfondo).

• Sono state scoperte sorgenti con uno spostamento verso il rosso molto elevato, la cui dimensione non supera quella del sistema solare, ma che emettono tanta energia quanto una galassia intera (quasar). Fonte di energia sconosciuta. Alcuni astronomi ritengono che queste sorgenti siano nuclei di «galassie attive» (galassie di Seyfert). Ma quando si chiede loro la definizione di una «galassia attiva», il cui nucleo sembra in uno stato di esplosione, rispondono: «che ospita un quasar al suo centro».

• Mediamente, gli astronomi registrano un lampo gamma al giorno. Meccanismo, distanza e natura dell'emittente: sconosciuti.

• Gli effetti di lente gravitazionale legati alle galassie e agli ammassi di galassie non corrispondono alle masse di questi oggetti.

• La teoria ha previsto l'esistenza di residui di stelle massicce, le stelle di neutroni. Di solito, quando un oggetto è stato previsto da un teorico visionario (come le supernovae dall'americano Fritz Zwicky nel 1931), ne sono state scoperte rapidamente diverse, poi centinaia: le stelle di neutroni (che, ruotando velocemente, producono ciò che si chiama pulsar). Queste sono spesso associate a un'altra stella che, inviando loro massa, deve necessariamente, di tanto in tanto, farle superare la loro «massa critica», stimata in 2,5 masse solari. In tali condizioni, i neutroni che le compongono, compressi l'uno contro l'altro, non riescono più a bilanciare la forza di gravità e l'oggetto collassa su se stesso. Non si sa descrivere questo collasso. Il modello del buco nero, chiamato in soccorso come soluzione dell'equazione di campo, presenta un difetto fastidioso. È soluzione di:

**S **= 0

cioè di un'equazione in cui T = 0, che descrive una regione dello spazio in cui la densità di energia-materia è nulla. Inoltre, ciò che va contro questo modello è la rarità dei candidati buchi neri, negli ultimi trent'anni, nonostante si usino questi oggetti, mettendoli in ogni situazione, per "spiegare" qualsiasi cosa e qualsiasi altra cosa.

• Ritornando alla cosmologia, al modello standard, detto del "Big Bang", questo non riesce a spiegare l'eccezionale omogeneità di questa traccia fossile dell'universo primitivo che è il fondo cosmico a microonde a 2,7 K. Secondo questo modello, nella giovane età dell'universo, due particelle vicine si allontanavano l'una dall'altra a una velocità superiore a c. Non potevano quindi interagire. L'universo primitivo era quindi non collisionale. Allora, perché era così omogeneo?

• È impossibile definire il tempo a partire da un certo stadio, risalendo nel passato. In ogni caso, la descrizione dell'universo nel suo stato iperdens e ipercaldo è ostacolata dalla crisi attuale in fisica delle alte energie.

• Il modello standard, fondato su una soluzione dell'equazione di Einstein, non riesce a tenere conto dei fenomeni elettromagnetici. Più in generale, non esiste un legame tra la fisica delle particelle e il comportamento a grande scala dell'universo. Nonostante esista una rivista intitolata "Classical and quantum gravity", il metodo di quantizzazione non è riuscito ad essere esteso alla gravità. Non si sa definire un eventuale gravitone.

Mezzo secolo di non-fisica.

...La crisi scientifica è in realtà totale e non si limita all'astrofisica e alla cosmologia. I successi predittivi della meccanica quantistica sono ingannevoli. Molte parti della teoria rimangono nel campo del semiemprico. Ad esempio, non abbiamo alcun mezzo per collegare le masse e le cariche elettriche delle particelle. Non sappiamo prevedere le masse delle particelle. Il modello dei quark assomiglia sgradevolmente a quello degli epicicli di Tolomeo. La meccanica quantistica è impotente a spiegare il deficit di neutrini solari.

...Anche se la maggior parte dei fisici teorici si sta attualmente dedicando al mondo delle superstringhe (per mancanza di un'idea diversa), questa "nuova disciplina" si è dimostrata incapace, da trent'anni, di rendere conto di qualsiasi osservazione o di suggerire anche solo un'esperienza. Secondo il matematico Jean-Marie Souriau (che ha una sua definizione della fisica teorica: la matematica meno la rigorosità. La fisica, meno l'esperienza), abbiamo appena vissuto "mezzo secolo di non-fisica". Ritiene che nessuna scoperta di fisica teorica degna di questo nome sia intervenuta dagli studi di Feynman, risalenti agli anni Cinquanta.

...Qualche anno fa, mostrandomi i verbali di un convegno internazionale sulle superstringhe, mi lesse un passaggio del discorso introduttivo del responsabile del convegno:

• *Sebbene la teoria delle superstringhe finora non abbia previsto alcun fenomeno né abbia permesso di interpretare alcuna esperienza o osserv...