Bilancio della conferenza della Specola vaticana in onore di Georges Lemaître – Alle radici del cosmo

2017-05-17 L’Osservatore Romano
La conferenza Black Holes, Gravitational Waves and Space-Time Singularities in onore di monsignor Georges Lemaître, considerato il padre della teoria del Big Bang, e della sua eredità scientifica, si è svolta dal 9 al 12 maggio nella suggestiva cornice della sede della Specola vaticana di Castel Gandolfo. Trentacinque partecipanti provenienti da Africa, Asia, Europa e Stati Uniti hanno animato questo evento, sponsorizzato dall’Inaf e dall’Infn. Alla vigilia dell’inizio dei lavori, la sera dell’8 maggio, ha avuto luogo un ricevimento ufficiale cui ha partecipato, fra gli altri, il cardinale Giuseppe Bertello, presidente del Governatorato, che in un discorso ha ricordato il compianto gesuita padre William Stoeger, cosmologo della Specola vaticana.

Immagine fotografica di un buco nero

Durante tre giorni di intenso dibattito (l’ultimo giorno c’è stata l’udienza con il Papa), i partecipanti hanno avuto la possibilità non solo di esporre le loro tesi attraverso le presentazioni orali, ma anche di partecipare, alla fine di ogni giornata, a una discussione sui principali argomenti trattati. Questa formula di dibattito, unitamente alla singolare atmosfera di accoglienza e di stimolo intellettuale che è propria della Specola vaticana, ha consentito un confronto creativo e produttivo tra esponenti di diverse comunità scientifiche anche tra loro molto lontane: osservativi, teorici e storici della fisica hanno avuto la possibilità di trovare un linguaggio comune e di definire e focalizzare le sfide più importanti della cosmologia e dell’astrofisica moderna.

Un tema centrale di tutte le discussioni è stato la fisica dei buchi neri. I buchi neri, al centro anche dell’attività scientifica di monsignor Lemaître, contengono singolarità dello spazio-tempo nel cui intorno si pensa che le leggi della fisica perdano completamente di validità.

Uno dei dibattiti principali ha riguardato il problema della perdita dell’informazione (unitarietà) che avviene all’interno di un buco nero. La soluzione di tale problema, insieme a quello della singolarità dello spazio-tempo nell’istante del Big Bang, richiederebbe necessariamente, per molti scienziati, la necessità di introdurre una teoria, la gravità quantistica, che unifichi la relatività generale di Einstein, che descrive l’universo a grande scala, con la meccanica quantistica del microcosmo atomico e subnucleare. Per questo si è parlato anche dei buchi neri quantistici. Essi infatti mostrano che le loro singolarità centrali spariscono per effetti quantistici.

Vi sono almeno tre approcci alla gravità quantistica: l’Asymptotic Safety, la Loop Quantum Gravity e la teoria delle stringhe. In tutti questi approcci è emerso, dalle discussioni, che la teoria dei campi quantistici, che descrive il mondo subnucleare, non è sufficiente a descrivere anche il comportamento a piccole scale della gravità. Questi vari approcci alla gravità quantistica fanno emergere ulteriori aspetti della gravità a piccola scala che la teoria dei campi quantistica non contempla.

Una delle prove fondamentali per la teoria del Big Bang è stata la scoperta della radiazione di fondo cosmica (Cmb). Si misura che tutti i punti sulla Cmb sono alla stessa temperatura. Questo implica la necessità di introdurre un meccanismo, che si chiama inflazione cosmologica, che comporta una espansione esponenziale dell’universo subito dopo il Big Bang. L’inflazione esce dal convegno come il modello più accreditato, tuttavia alcune sue implicazioni come i multiversi, la possibilità dell’esistenza di più di un universo, sono stati seriamente messi in dubbio.

Una menzione particolare, in questo convegno, deve essere riservata al modello standard della cosmologia, che viene chiamato Acdm. La materia oscura (Cold Dark Matter) spiega la velocità radiale delle galassie, mentre l’energia oscura (rappresentata dalla costante cosmologica a) l’accelerazione dell’universo. Sicuramente è emerso che sia poco probabile che la materia oscura sia fatta da particelle che vengono dalla supersimmetria (una teoria fisica che ammette una speciale simmetria tra particelle con spin intero e semintero). Mentre ci si è seriamente posto il problema di cosa veramente sia l’energia oscura. Comunque il modello standard cosmologico rimane il modello che meglio spiega i risultati osservati. Resta tuttavia il problema del vero valore della costante di Hubble (definita come il rapporto tra la velocità di allontanamento di una data galassia e la distanza della medesima dall’osservatore). Infatti la misura della costante di Hubble fornisce valori differenti a seconda che si impieghino metodi diretti, oppure indiretti.

Una posizione decisamente originale, ma alternativa, è stata la cosmologia ciclica di Penrose. Essa cerca di risolvere il problema dell’entropia dell’universo e mostra di poter fare a meno dell’inflazione, mentre non prevede un inizio dell’universo. Tiene in considerazione la materia oscura ma prevede la perdita dell’informazione nei buchi neri.

Speciale attenzione è stata dedicata anche alla recente scoperta delle onde gravitazionali. Previste dalla teoria della relatività generale, sono state rilevate dopo un secolo di ricerche teoriche e osservative. Esse aprono una nuova finestra nel campo dei segnali astrofisici. Infatti oggi si può studiare il cosmo anche attraverso segnali gravitazionali e non solamente elettromagnetici.

Sarebbe davvero formidabile potere ripetere la straordinaria tensione creativa delle discussioni tenutesi in questi giorni e riproporre questo tipo di interrogativi in futuri workshop dedicati a questi temi. (alfio bonanno, gabriele gionti e fabio scardigli)