Il Big Rip e l'ipotesi della fine dell'Universo

Per decenni i cosmologi hanno avuto difficoltà a conciliare la nozione classica di viscosità, ossia quella definita su base termodinamica, con la RG di Einstein. Oggi, un team di ricercatori dell’Università di Vanderbilt ha messo a punto una nuova soluzione matematica al problema che sembra colma questa lacuna e  ha significative implicazioni per il destino ultimo dell’universo. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review D.

Come sapete la teoria del Big Bang è una delle descrizioni più accreditate sulla nascita del nostro Universo. Da un “punto” di densità infinita l’universo si sarebbe inizialmente espanso, ma il destino è crudele, miei cari. La sua avventura terminerà in un “Big Rip”, un Grande Strappo. Il Big Rip  è un’ipotesi cosmologica sul destino ultimo dell’Universo.

L’ipotesi è concorde con il framework del Big Bang e prevede una continua accelerazione dell’espansione dell’Universo. Questo modello è stato sviluppato in seguito ad osservazioni di supernovae di tipo Ia in galassie lontane che, nel lontano 1998, hanno rivelato che l’espansione dell’Universo non è affatto costante ma sta accelerando – risultato inizialmente sorprendente per molti cosmologi.

(Crediti: NASA).

Il tipo di viscosità che ha rilevanza cosmologica è molto diversa dal concetto ordinario che ne abbiamo noi, la viscosità a “ketchup” per intenderci, quella che misura la resistenza di un fluido quando cerchiamo di farlo scorrere attraverso piccole fenditure.  La viscosità cosmologica è molto diversa e, purtroppo, è anche molto meno intuitiva (i liquidi che maneggiamo nella vita di tutti i giorni si prestano davvero poco ad essere compressi o espansi). Si tratta di una forma di viscosità della massa, e misura la resistenza di una massa (fluida) all’espansione o alla contrazione Per comprendere le caratteristiche della viscosità in contesti relativistici il gruppo di ricerca coordinato da Marcelo Disconzi si è messo a studiare quella classe di oggetti astronomici che producono questo effetto: le supernovae e le stelle di neutroni.

Dopo il successo avuto nelle simulazioni sul comportamento dei fluidi ideali (quelli senza viscosità) accelerati a velocità prossime a quelle della luce, per anni i tentativi di simulare il comportamento dei fluidi reali si è scontrato con serrati paradossi. Ora, riprendendo l’approccio del matematico francese André Lichnerowicz (siamo intorno agli anni cinquanta del novecento), una classe di nuove equazioni della fluidodinamica relativistica sembra rispettare la barriera della velocità della luce.

(Crediti: NASA).

La chiave della teoria è nella quantità di energia oscura nell’Universo. Se l’energia oscura fosse superiore ad un certo valore, tutta la materia verrebbe, alla fine, fatta letteralmente a pezzi. Il valore da considerare è w ossia il rapporto tra la pressione dell’energia oscura e la sua densità. Se w < −1 l’universo non ha scampo. Oltrepassata la “barriera fantasma” l’universo verrà fatto a pezzi. Il tasso di espansione dell’universo diventa così grande che in 22 miliardi di anni gli oggetti cominceranno a cadere letteralmente a pezzi.

“E’ possibile, ma non è molto probabile, che la viscosità potrebbe spiegare del tutto l’accelerazione che è stata attribuita all’ energia oscura”, ha spiegato Disconzi. “È più probabile che una frazione significativa dell’accelerazione potrebbe essere dovuto a questa causa più prosaica. Come risultato, la viscosità può agire come un importante vincolo sulle proprietà che l’energia oscura deve necessariamente avere “. Nella formulazione Desconzi-Kephart-Scherrer, tuttavia, questa barriera fantasma non esiste. Si fornisce infatti una soluzione all’equazione di stato al di sotto -1 permettendo di ipotizzare mediante la costruzione di modelli cosa potrebbe accadere.

Ovviamente questa non è l’unica ipotesi sugli ultimi minuti dell’Universo – leggetevi Paul Davies se siete interessati. Vi dico solo che esiste un’ipotesi simmetrica al Big bang, il Big Crunch, secondo cui l’Universo si contrarrebbe, e tutta la materia e l’energia verrebbero compresse in una singolarità gravitazionale. Altrettanto nota è l’ipotesi del Big Bounce, letteralmente “Grande Rimbalzo” o universo oscillante, una teoria cosmologica elaborata dal fisico Martin Bojowald, esperto di gravità quantistica, e dal suo team della Pennsylvania State University, che è stata pubblicata nel luglio 2007 su Nature Phisics online. Naturalmente ce ne sono altre. Beh, noi certo non ci saremo durante gli ultimi tre minuti.

Paper: Marcelo M. Disconzi, New approach to cosmological bulk viscosity, in Phys. Rev. D 91, 043532 –2015: http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.91.043532

Bojowald Martin, Prima del Big Bang. Storia completa dell’Universo, Bompiani, 2011

Goldhaber, G. and Perlmutter, S, A study of 42 type Ia supernovae and a resulting measurement of Omega(M) and Omega(Lambda), in Physics Reports -Review section of Physics Letters 307 (1-4): 325-331,1998.

Fonte:http://news.vanderbilt.edu/2015/06/new-model-of-cosmic-stickiness-favors-%E2%80%9Cbig-rip%E2%80%9D-demise-of-universe/

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