Per decenni, i cosmologi hanno creduto di possedere una solida conoscenza della geometria dell’universo. Ma uno studio recente rivela che la nostra comprensione della forma del cosmo potrebbe essere fondamentalmente incompleta. L’universo potrebbe essere molto più complesso di quanto immaginato in precedenza, potenzialmente ripiegandosi su se stesso in modi che non abbiamo ancora rilevato.
Il problema della planarità
La teoria della relatività di Einstein spiega come la materia curva lo spaziotempo localmente, ma fatica a descrivere la topologia complessiva dell’universo – la sua forma globale. L’universo può essere piatto, sferico o a forma di sella, ma anche un universo piatto non significa necessariamente che si estenda all’infinito. Potrebbe ritornare su se stesso in modi che al momento ci sono invisibili.
Gli scienziati hanno cercato prove di questa curvatura nel fondo cosmico a microonde (CMB), il debole bagliore residuo del Big Bang. L’idea era che se l’universo non fosse banale (cioè avesse una forma insolita), vedremmo modelli corrispondenti di punti caldi e freddi nel cielo della CMB.
La ricerca fallita e una possibilità rinnovata
Per anni non sono stati trovati schemi del genere, il che ha portato a un consenso: se l’universo ha una forma complessa, deve essere molto più grande di ciò che possiamo osservare, rendendolo di fatto indistinguibile dall’infinito. Ma questa conclusione si basava su presupposti che ora vengono messi in discussione.
Un team della Collaboration for Observations, Models and Predictions of Anomalies and Cosmic Topology (COMPACT) ha dimostrato che i limiti sulle possibili forme cosmiche sono più deboli di quanto si credesse in precedenza. Diverse topologie una volta ritenute impossibili sono ora tornate sul tavolo.
Perché è importante
Determinare con precisione la forma dell’universo non è solo un esercizio di cartografia. Potrebbe sbloccare scoperte nel campo della gravità quantistica, rimodellare la nostra comprensione delle origini dell’universo e rivelare una fisica che non abbiamo ancora nemmeno concepito.
L’errore, a quanto pare, sta nel presupposto che se un universo avvolto in un loop è abbastanza piccolo, deve intersecare la nostra linea di vista e lasciare una traccia rilevabile sulla CMB. I cicli non devono necessariamente cooperare; possono attraversare lo spazio in modi che evitano il rilevamento, anche a dimensioni che pensavamo fossero visibili.
L’imbarazzo delle possibilità
Le implicazioni sono sconcertanti. Ciò che sembrava essere un insieme limitato di forme possibili ora si espande in un “imbarazzo di possibilità”. Solo gli spaziotempi piatti hanno 18 potenziali configurazioni – cilindri, ciambelle, bottiglie di Klein e altro – che si comportano tutte in modo identico secondo la relatività generale ma si manifestano in modo diverso nella CMB.
L’universo potrebbe essere una sala di specchi e noi abbiamo inseguito ciecamente le ombre. La CMB potrebbe non rivelare la vera forma, perché abbiamo letto le nostre ipotesi nei dati.
Il futuro della topologia cosmica
Per ora, la forma dell’universo rimane sconosciuta. I vecchi presupposti sono crollati e la mappa presenta ancora lacune. Andare avanti richiederà metodi più sofisticati per la ricerca di sottili firme della CMB o anche approcci completamente nuovi per svelare la vera forma del cosmo. L’universo è più misterioso di quanto pensassimo e il viaggio per capirlo è tutt’altro che finito.
