La scienza progredisce proponendo idee e cercando poi di dimostrarne la falsità. Questo processo diventa particolarmente arduo quando si ha a che fare con l’Universo nelle sue dimensioni più vaste. L’energia oscura e la materia oscura sono tra i concetti più difficili da verificare. Le osservazioni in vaste regioni dello spazio suggeriscono chiaramente che qualcosa influenza la gravità in modi che la teoria di Einstein non spiega completamente. Eppure, all’interno del nostro sistema solare, tutto sembra comportarsi esattamente come previsto.
Un nuovo studio condotto da Slava Turyshev, fisico del Jet Propulsion Laboratory della NASA, esplora come i ricercatori potrebbero affrontare questa discrepanza. Il suo lavoro suggerisce che la chiave potrebbe risiedere nell’essere estremamente precisi e selettivi nella progettazione degli esperimenti volti a cercare segni di energia oscura e materia oscura più vicino a noi.
La “grande discrepanza” tra fisica cosmica e fisica locale.
Al centro del problema c’è quello che gli scienziati chiamano il “Grande Disallineamento”. Le leggi della fisica sembrano funzionare in modo diverso a seconda della scala di osservazione. Nelle regioni con pochissima materia (ovvero in assenza di forza gravitazionale), gli effetti legati all’energia oscura o alla gravità modificata diventano molto più evidenti. Al contrario, in ambienti densi, ricchi di materia e con una forte gravità, questi stessi effetti sembrano scomparire, almeno stando agli strumenti attualmente disponibili.
All’interno del sistema solare, tutto è in linea con le leggi della fisica tradizionale. I pianeti seguono le orbite previste. Le misurazioni dello spaziotempo intorno al Sole, inclusi i dati provenienti dai segnali delle sonde spaziali, corrispondono con precisione alle previsioni. Ogni sonda inviata attraverso il sistema solare si comporta come se agisse solo la gravità standard. Non ci sono segnali evidenti di anomalie.
Prove schiaccianti provenienti dall’universo lontano
La situazione cambia radicalmente se si guarda ben oltre il nostro vicinato galattico. Su scala galattica e oltre, l’Universo sembra espandersi. Mentre gli scienziati continuano a dibattere sull’esatto tasso di questa espansione, vi sono forti prove che qualcosa stia influenzando la gravità o lo spaziotempo in modi non pienamente compresi dalle teorie attuali.
Al momento, l’energia oscura rappresenta la migliore spiegazione per questo comportamento, sebbene la sua vera natura rimanga sconosciuta.
Effetti di proiezione e la “Quinta Forza” nascosta
Una possibile spiegazione riguarda un fenomeno noto come “schermatura”. Secondo questa teoria, qualunque cosa stia causando la discrepanza modifica il proprio comportamento a seconda dell’ambiente circostante. All’aumentare della densità, i suoi effetti si indeboliscono o diventano più difficili da rilevare.
Esistono due tipi principali di modelli di schermatura. Il primo è chiamato modello “camaleonte”. In questo scenario, una quinta forza della natura ipotetica (oltre alla gravità, all’elettromagnetismo e alle due forze nucleari) regola la sua intensità in base alla quantità di materia circostante. Nelle regioni a bassa densità, diventa forte e produce effetti associati all’energia oscura. Nelle aree dense, si indebolisce a tal punto che gli strumenti attuali non riescono a rilevarla, pur essendo ancora presente. Attorno a oggetti come il Sole, potrebbe manifestarsi solo in un sottile strato esterno, ma in linea di principio potrebbe comunque essere misurata in quella zona.
Lo schermo di Vainshtein e le forze represse
Un’altra spiegazione è il modello di schermatura di Vainshtein. In questo modello, la forza in sé non cambia. Piuttosto, la gravità circostante ne sopprime efficacemente l’influenza, facendola apparire debole. Il modello introduce il concetto di raggio di Vainshtein, che indica la distanza alla quale la forza riacquista la sua intensità normale.
Per il Sole, si stima che questo raggio si estenda per circa 400 anni luce. Tale regione comprende numerose stelle, il che significa che la forza rimarrebbe soppressa ben oltre il sistema solare e persino in vaste aree della galassia.
Perché potrebbero essere necessarie nuove missioni nel sistema solare
Entrambi i modelli di schermatura potrebbero lasciare tracce sottili nelle osservazioni su larga scala raccolte da missioni come Euclid e il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Tuttavia, queste indagini si concentrano su galassie distanti e non possono rivelare direttamente come tali forze si comportano all’interno del sistema solare.
Per testare queste idee a livello locale, gli scienziati avrebbero bisogno di una missione dedicata, progettata specificamente per tale scopo. Ancor più importante, i ricercatori avrebbero bisogno di una teoria falsificabile in grado di prevedere cosa una missione di questo tipo dovrebbe rilevare.
L’importanza delle previsioni verificabili
Il dottor Turyshev sottolinea che, senza una previsione chiara e verificabile, è improbabile che ulteriori esperimenti nel sistema solare producano nuovi risultati. Finora, le osservazioni hanno costantemente confermato la relatività generale. Continuare a condurre esperimenti simili senza una nuova guida teorica potrebbe non fornire spunti utili.
Tuttavia, se gli scienziati riusciranno a utilizzare i dati provenienti da ampie indagini cosmologiche per sviluppare ipotesi precise applicabili al sistema solare, allora sarà possibile progettare esperimenti mirati per verificarle.
Uno sguardo al futuro: costruire strumenti migliori
Potrebbe volerci del tempo per sviluppare strumenti sufficientemente sensibili da rilevare questi effetti sottili. Nel frattempo, sarà importante compiere progressi graduali, con missioni incentrate sul miglioramento progressivo delle capacità di misurazione.
Se dai dati attuali emergesse una previsione ben definita e verificabile, e se fosse realisticamente possibile realizzare un esperimento per testarla, perseguire tale opportunità potrebbe portare a una svolta epocale. Una simile scoperta ha il potenziale di rivoluzionare la nostra comprensione della gravità, dell’energia oscura e dei meccanismi fondamentali dell’Universo.
by 