La crisi della cosmologia

di Harry Nielsen

-Prima parte-

Le immagini riprodotte dai moderni strumenti a disposizione degli astronomi ricordano, allo scienziato così come al profano, quanto la bellezza della natura possa lasciare senza fiato. Ciò che colpisce immediatamente è la similitudine tra le forme di moto che vediamo sulla Terra e quelle che osserviamo su scala cosmica. Enormi nubi vorticose composte di gas e polveri rotolano nello spazio in mezzo a stelle e galassie. Spirali di gas ad elevata temperatura scaturiscono da ciò che resta di una stella. Ovunque nell’universo, dal nostro sistema solare fino alle galassie più remote, si notano segni evidenti di moto e di cambiamento. Cosa succede? Qual è la causa di tutto ciò?

La risposta usuale dei cosmologi moderni è che i moti attuali dei corpi celesti sono la conseguenza di una gigantesca esplosione che ebbe luogo più di 14 miliardi di anni fa. Questa è la cosiddetta “teoria del Big Bang” sulle origini dell’universo. Ma un recente flusso di dati provenienti da nuovi telescopi terrestri e spaziali ha convinto molti scienziati a mettere in discussione questo “modello cosmologico standard”.

Nascita di una stella:una piccola regione della nebulosa 
del cigno (Messier M17), distante 5500 anni luce dalla Terra,
in un'immagine dal telescopio spaziale Hubble.
Si ritiene che questa sia un'area molto attiva nella formazione di
nuove stelle. Fonte: Agenzia Spaziale Europea, NASA e J. Hester.
Tutta una serie di osservazioni recenti su strutture galattiche, età di alcune stelle, radiazioni di fondo, proporzioni tra diversi elementi dell’universo, sembrano contraddire gli sviluppi previsti dalla teoria del Big Bang. Molti scienziati evidenziano seri problemi riscontrati in questa teoria, sottolineando segnali di crisi per questo settore della scienza

L’estate scorsa a Monção, in Portogallo, un gruppo di fisici e astronomi si è riunito per discutere la situazione ed analizzare le alternative. Il convegno, “Cosmologia in crisi”, è nato per iniziativa del “gruppo per una cosmologia alternativa”, che arruola nelle sue fila tra gli altri il fisico del plasma Eric Lerner, autore del libro Il Big Bang non c’è mai stato (1). L’anno scorso il gruppo ha pubblicato sul New Scientist una lettera aperta mettendo in discussione gli assiomi fondamentali del Big Bang, sottolineando anche la mancanza di fondi dedicati a ricerche alternative (2). La conferenza portoghese è stato lo sviluppo concreto della discussione nei circoli scientifici scaturita dalla pubblicazione della lettera.

Nel libro La rivolta della ragione (3), anche Alan Woods e Ted Grant hanno sottolineato le incoerenze scientifiche e filosofiche presenti nella teoria del Big Bang e gli studi successivi, ed in particolare queste recenti osservazioni, confermano la loro analisi: la teoria del Big Bang è piena di crepe, non si concilia con una visione dialettica e materialista dell’universo e i suoi sostenitori saranno costretti ad ammettere il suo fallimento nello spiegare i dati acquisiti.

 

Inflazione e Radiazione di fondo

Uno dei presunti punti di forza della teoria del Big Bang è la spiegazione fornita riguardo la “radiazione cosmica di fondo”, osservata per la prima volta nel 1964. Si tratta di un segnale radio di bassa ampiezza d’onda, con una frequenza simile a quelle usate nei forni a microonde, che si diffonde nello spazio uniformemente ed indipendentemente dalla direzione. Secondo
i sostenitori del Big Bang è un “resto” energetico dell’esplosione iniziale.

Morte di una stella: i resti della supernova di Tycho.
L'esplosione finale di questa stella, a 7500 anni
luce dalla Terra, fu studiata nel 1572 dall'astronomo danese
 Tycho Brahe. Questa immagine è stata ottenuta dal satellite 
a raggi X Chandra il 29 aprile 2003. Gas a temperatura 
elevatissima espulsi dall'esplosione circondati da una 
"conchiglia" di elettroni ad alta energia. 
Fonte: NASA/CXC/Rutgers/J. Warren, J. Hughes e altri.
In realtà quando la radiazione venne scoperta era incompatibile con la versione della teoria allora in voga. Questa non poteva spiegare perché la radiazione fosse uniforme nel cielo, mentre la materia nell’universo tende ad ammassarsi caoticamente in nuvole di polvere e gas, stelle e galassie. Ma i teorici del Big Bang sono stati molte volte costretti, nella storia della teoria, a rivedere le loro idee quando queste entravano in conflitto con nuovi dati. In questo caso, per spiegare la regolarità della radiazione di fondo, fu necessario inventare il concetto di “inflazione cosmica”, così definita sull’enciclopedia on-line Wikipedia:

“L’inflazione cosmica è l’idea, proposta da Alan Guth nel 1981, che il nascente universo sia passato attraverso una fase di espansione esponenziale (l’epoca inflazionaria) dominata da una densità negativa dell’energia di pressione del vuoto... Per diretta conseguenza di questa espansione, tutto l’universo osservabile ha avuto origine, con un processo sviluppatosi per causa-effetto, in una piccola regione. Le fluttuazioni quantiche all’interno di questa microscopica regione iniziale, amplificate dalle dimensioni cosmiche, hanno fornito il seme per la crescita della struttura dell’universo. La particella responsabile dell’inflazione è generalmente chiamata “inflatone”.

Si vorrebbe far passare tutto ciò come un serio tentativo di risposta a domande fondamentali sull’origine dell’universo, ma è impossibile prendere sul serio passaggi come questi. La radiazione di fondo è uniforme, perciò l’universo deve espandersi rapidamente e uniformemente, guidato da una “densità negativa dell’energia di pressione del vuoto”, ma le galassie sono ammassi irregolari, quindi ci deve essere una decelerazione perché la materia abbia il tempo di aggregarsi, ma in modo casuale, come risultato di “fluttuazioni quantiche” che in qualche modo vengono amplificate nell’universo che conosciamo. Tutto ciò grazie all’intervento dell’”inflatone”, una particella mai osservata (ma forse siamo in ritardo e l’abbiamo persa). Uno scrittore di fantascienza non avrebbe potuto fare di meglio. (4)

In ogni modo l’inflazione cosmica divenne una parte accettata della teoria del Big Bang. Preservò la teoria introducendo l’ipotesi per cui la radiazione cosmica viene resa uniforme per accordarsi con le osservazioni. Tutto ciò che si è sviluppato in seguito nella teoria è basato sul “modello inflazionario”, e l’attuale versione del Big Bang dipende da questo concetto in modo essenziale.

 

Nuove osservazioni

Nel 2003 un nuovo satellite, la Sonda anisotropa per radiazioni di fondo Wilkinson (WMAP) mise a disposizione nuovi risultati che mostravano la radiazione cosmica in modo assai più dettagliato che in precedenza. Inizialmente, e ancora nello spirito della cosmologia moderna, questi dati furono descritti come un successo per la teoria del Big Bang e “una totale conferma della teoria inflazionaria”. Tuttavia analisi successive hanno dimostrato il contrario.

Una delle conseguenze della teoria inflazionaria è che la radiazione di fondo debba essere resa uniforme tramite piccole fluttuazioni casuali. Questo assunto è presente nei libri di testo ed è difeso dai principali sostenitori della teoria del Big Bang. Attente analisi dei risultati ottenuti dal WMAP mostrano, invece, che la radiazione non è uniforme. Glen Starkman ha presentato alla conferenza portoghese risultati secondo cui non solo le fluttuazioni sono diverse da quelle predette dalla teoria del Big Bang ma sono in linea con la geometria del sistema solare. Piuttosto che essere di origine “cosmica”, cioè un “resto” energetico del Big Bang, sembra più probabile che la radiazione sia costituita di onde radio e luminose provenienti dalle stelle, sparse nello spazio da polvere e nubi, in modo che una parte della radiazione si allinei con la struttura della nostra galassia e del nostro sistema solare.

Ma la tendenza a cercare spiegazioni in oscure teorie pare essere radicata nella cosmologia moderna. Una discussione in rete tra astrofisici che discutono i risultati del WMAP propone nuovi sbocchi:

“Ho proposto una spiegazione in termini di spazio-tempo multistrato... Leggete il mio articolo “Fluttuazioni di fondo a microonde in sostegno alla nozione di spazio-tempo multistrato”. [Matti Pitkanen]

“Ciò può essere spiegato dalla non uniforme distribuzione della massa nell’universo? Se tutta l’ipotetica materia oscura fosse all’interno di un gigantesco buco nero nascosto da qualche parte, questo potrebbe influenzare i fotoni del fondo a microonde in modo da produrre queste anomalie?” [Artem Khodush]

Una nuova mappa ad alta risoluzione della radiazione 
di fondo, ottenuta dalla sonda anisotropa (cioè in 
grado di rilevare le differenti temperature della radiazione 
di fondo secondo la direzione di propagazione) 
Wilkinson (WMAP). Fonte: Team scientifico WMAP, NASA
Il dibattito si chiude così:

“Ecco i risultati ottenuti insegnando ed approvando fantasticherie. Gli studenti entrano nella sfera di scenari fantastici (e assurdamente irreali) invece di attenersi alla fisica più rigorosa. Il fatto è che i dati indicano un contributo locale non previsto al fondo di microonde, perciò il fattore C è praticamente irrilevante in CMB (radiazioni di fondo cosmiche), il Big Bang semplicemente sbagliato e l’inflazione il sogno di un fumatore d’oppio”. [D. R. Lunsford]

 

Espansione e “red shift”

Ulteriori problemi sono emersi rispetto all’assunto teorico secondo cui l’universo si espande come risultato di un‘esplosione all’inizio del tempo.

Edward Hubble, nel 1929, è stato il primo a rendersi conto di uno strano e inaspettato comportamento della luce proveniente da oggetti lontani che interpretò come una prova dell’espansione dell’universo. Hubble vide determinati gruppi di colori nella struttura della luce che poté interpretare come appartenenti a specifici elementi. (Un gas di sodio riscaldato, per esempio, produce sempre una luce gialla, come nei lampioni da strada, così come altre sostanze generano o assorbono sempre determinati colori). Ma Hubble notò anche che questi colori erano spostati dalla loro posizione naturale verso lunghezze d’onda più grandi, quindi verso il rosso terminale dello spettro della luce. Ancora più sorprendente era il fatto che le galassie che, a giudicare dalla luminosità, dovevano essere le più lontane erano anche quelle con il maggior “spostamento verso il rosso” (in inglese “red shift” - ndt).

Questa immagine e la successiva:
strutture a guisa di colonna nella nebulosa 
Eagle, distante 6500 anni luce e di 
dimensioni dello stesso ordine di grandezza, 
ripresa dal telescopio spaziale Hubble. 
Si tratta di fenomeni legati a plasma modellato 
dall'elettromagnetismo? Fonti: a destra, NASA,
 ESA e Hubble Heritage Team; 
Hubble suppose che questa proprietà dei colori fosse dovuta al fatto che le onde luminose provenienti dalle galassie venivano “stirate” nel movimento di allontanamento dalla Terra, un effetto simile a ciò che accade quando una fonte in movimento emette luce o suono: si pensi ad un treno in moto che produce un suono acuto quando si avvicina ed uno grave quando si allontana (effetto Doppler) proprio perché la sua lunghezza d’onda prima si restringe e quindi
si fa via via maggiore. Ma questa interpretazione del red shift significava non solo che le galassie si allontanavano, ma anche che quelle più lontane lo facevano con maggior velocità. Le galassie erano nient’altro che punti su un pallone che si gonfia - l’universo si stava espandendo.

Questa fu l’osservazione cruciale che introdusse l’idea del Big Bang. Il moto delle galassie, dicono i suoi assertori, è il risultato di una grande esplosione. La materia era una tempo concentrata in un punto ed ora si allontana proprio da quel punto, dove è avvenuta l’esplosione. Questa interpretazione del red shift di Hubble in termini di espansione universale è diventata una delle pietre angolari della teoria del Big Bang.

La relazione presentata da Eric Lerner in Portogallo sfida apertamente questo punto di vista. Egli ha usato correttamente immagini del telescopio Hubble per esaminare la luminosità superficiale delle più distanti galassie conosciute.
La teoria in questione prevede variazioni della luminosità superficiale dei corpi che sarebbero diverse nel caso di un universo non in espansione. I risultati presentati dimostrano che la teoria del Big Bang è drammaticamente errata, le galassie più lontane sono centinaia di volte più luminose di quanto supposto:

“I dati dimostrano chiaramente che l’universo non si espande, e che lo spostamento verso il rosso della luce deve essere dovuto ad altre cause, forse a proprietà intrinseche della luce stessa. Ciò significa anche che l’universo che vediamo non è limitato in spazio o tempo, le galassie visibili più lontane hanno 70 miliardi di anni, sono quindi molto più vecchie dell’ipotetico Big Bang e certamente, con i telescopi che verranno in futuro, saremo in grado di osservarne anche di più vecchie.”

Sulla stessa falsariga è stato l’intervento di Thomas Andrews. Egli si è occupato di stime sulle distanze di due classi di corpi celesti ricavate dalle rilevazioni della loro luminosità apparente (vale a dire l’energia di radiazione ricevuta dai nostri apparecchi per centimetro quadrato al secondo - ndt): supernovae (cioè stelle giunte al loro stadio finale con enormi esplosioni in cui l’intera massa, tranne il suo nucleo più centrale, viene dispersa nello spazio - ndt) e le galassie più brillanti tra quelle inserite nei “clusters” (ammassi di galassie). Ha mostrato che i dati sono in contraddizione tra loro nell’ipotesi di universo in espansione ma che la discrepanza scomparirebbe in caso di non espansione.

 

L’età dell’universo

La teoria del Big Bang ha incontrato le maggiori difficoltà rispetto alla sua ipotesi di “inizio del tempo”, l’attimo in cui materia e movimento sono apparsi nell’universo. Diversi studi hanno dimostrato che non ci sarebbe stato abbastanza tempo dal Big Bang in avanti per consentire, negli ammassi di galassie lontane, la formazione di strutture a grande scala quali quelle osservate. Secondo i risultati di una recente ricerca illustrati da Francesco Sylos-Labini, alcune di queste hanno dimensioni di 210 milioni di anni luce; poiché la velocità delle galassie è solo 1/1500 di quella della luce, è impossibile che queste strutture si siano formate nel tempo trascorso dal Big Bang al momento della loro osservazione. Altre ricerche basate su modelli informatici hanno dimostrato che anche nelle ipotesi più favorevoli questo processo avrebbe richiesto un tempo dalle tre alle sei volte superiore rispetto a quello ipotizzato.

Fonte: Jeff Hester e Paul Scowen 
(Arizona State University) e NASA/ESA
Allo stesso modo, sono state osservate singole galassie che sarebbero più vecchie del Big Bang. L’età di una galassia è stimata sulla base del colore della luce emesso dalle sue stelle: quelle più anziane e più fredde producono una luce più rossa rispetto alle giovani. Se ne sono osservate alcune che, stante il colore emesso dalle stelle, precederebbero il Big Bang più o meno di un miliardo di anni.

La teoria del Big Bang ha sempre incontrato difficoltà nel conciliare i dati ricavati dall’osservazione diretta con le sue ipotesi circa l’età dell’universo. La “materia oscura”, mai osservata malgrado 20 anni di ricerche costosissime in fisica delle particelle, fu inventata per spiegare come le galassie avessero potuto formarsi per collasso gravitazionale, dato che apparentemente la densità della materia nell’universo era solo il 5% di quanto richiesto dalla teoria perché ciò avesse potuto verificarsi dal momento del Big Bang (e quindi si ipotizzò che la materia mancante fosse trattenuta da una eccezionale attrazione gravitazionale, che non lasciava uscire nemmeno la luce, in parti dell’universo chiamate per ciò “buchi neri” - ndt). Ma quando si scoprì che, apparentemente, l’universo era in espansione con una certa accelerazione, fu introdotta rapidamente sulla scena un’“energia oscura” che compare al momento in cui, finito il lavoro di formazione delle galassie svolto dai buchi neri, c’è bisogno di accelerazione perché le galassie stesse sviluppino il proprio moto. Ora si suggerisce che le grandi galassie si possano formare se la materia e l’energia oscura si equilibrano l’una con l’altra (anche se questo farebbe risalire l’origine dell’universo a 32 miliardi di anni invece che a 14… un piccolo dettaglio!). Eric Lerner spiega tuttavia che i ricercatori che hanno prodotto tali risultati “sono d’accordo che tale modello non è per nulla realistico”.

 

Cosmologia del plasma

Astronomi e cosmologi sono sempre più consapevoli del ruolo che plasma e elettromagnetismo possono giocare in una serie di fenomeni presenti nell’universo. Una delle relazioni di Eric Lerner in Portogallo è stata una panoramica sulla cosmologia del plasma, idea sviluppata inizialmente dal fisico del plasma Hannes Alfven.

Il plasma è costituito da gas caldo “ionizzato”, in cui cioè elettroni con carica elettrica negativa si sono separati dagli atomi, divenuti quindi ioni carichi positivamente. Un esempio di questo fenomeno si ha nell’arco di un cannello di saldatura, dove ioni ed elettroni liberi nel gas caldo tra gli elettrodi permettono il passaggio di corrente che produce calore, luce e anche onde radio che possono interferire con ricevitori posti nei pressi. Si presume che il 99% della materia universale possa esistere sotto forma di plasma, sia nelle stelle che in grandi nubi di gas tra stelle e galassie.

I cosmologi del plasma ritengono che alcuni effetti dell’elettromagnetismo sul plasma, mai presi in considerazione nella cosmologia convenzionale, possano spiegare fenomeni per cui i teorici del Big Bang sono costretti ad inventare entità mai osservate quali materia e energia oscura. Correnti elettriche nei plasma interstellari ed intergalattici possono generare forze magnetiche tanto forti quanto quella gravitazionale, e ciò permette di spiegare la formazione di galassie e ammassi senza l’ausilio di materia oscura o altre assurdità. Ma la cosmologia convenzionale non va mai al di là degli effetti gravitazionali.

Molti partecipanti alla conferenza hanno fatto riferimento agli effetti correlati al plasma sia nei loro interventi che nella discussione generale. Donald Scott (5) ha sottolineato come gli astrofisici più in voga sembrino non curarsi dei fondamenti della teoria elettromagnetica e che in questo campo è necessaria la massima attenzione per sconfiggere la tendenza ad inventare una fisica falsa pur di riempire teorie lacunose. “Ultimamente gli astrofisici hanno scoperto (inventato) entità e forze ipotetiche ad un tasso sempre crescente. Hanno potuto farlo impunemente perché queste novità non sono falsificabili non essendo possibili esperimenti in loco nello spazio remoto. Ma quando si arriva al punto di ignorare o di interpretare in modo deformato leggi elettriche verificate sperimentalmente, è giunta l’ora di lanciare una sfida per iniziare un dialogo tra i due campi che possa risolvere questa contraddizione.”

Uno degli aspetti più insoliti della cosmologia del plasma è quello di prevedere una distribuzione “frattale” della materia nell’universo. I frattali sono oggetti che hanno schemi strutturali ripetuti su scale differenti dal piccolo al grande; molti interventi hanno parlato delle possibili conseguenze di questa proprietà.

Una distribuzione frattale della materia implica vuoti di materia negli spazi intergalattici su scala sempre più grande. Poiché la cosmologia del plasma non fa ipotesi sull’età dell’universo, non ci sono limiti sul tempo a disposizione per la formazione delle strutture al suo interno.

(Fine prima parte)

Note

(1) Per maggiori informazioni sul gruppo per una cosmologia alternativa e la conferenza “Cosmologia in crisi” si veda www.cosmology.info; interpretazioni di Eric Lerner sulle più recenti osservazioni cosmologiche su www.bigbangneverhappened.org

(2) Il documento è a disposizione su www.cosmologystatement.org

(3) La rivolta della ragione, Alan Woods e Ted Grant, AC Editoriale, 1997

(4) Il lavoro di Guth sull’inflazione cosmica è preceduto dalla scoperta da parte di James Blish del cosiddetto “spindizzy” di Dillon-Wagoner. Questo concetto è basato sull’equazione di Blackett-Dirac, cioè G2 = 8 P c /U , dove P è il momento magnetico del corpo, c la velocità della luce e U il momento angolare. Aumentando U per ogni particella del corpo, la costante di gravitazione viene ridotta. Il concetto è stato precedentemente descritto dall’autore nel suo romanzo Earthman Come Home (1950).

(5) Un’introduzione alla cosmologia del plasma è disponibile sul sito dell’autore www.electric-cosmos.org

 

 


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