Addio alla materia oscura grazie alla gravità entropica?

By | 19 dicembre 2016

Erik Verlinde è un fisico teorico dell’università di Amsterdam che nel 2010 propose una teoria della gravità completamente nuova e rivoluzionaria: secondo tale teoria, la gravità non è una forza fondamentale della natura ma un “effetto collaterale” o, usando le parole di Verlinde, un fenomeno emergente.

Le forze fondamentali, o più propriamente dette le interazioni fondamentali, sono a oggi quattro: gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole. Agiscono su diverse scale, da quella cosmica a quella subnucleare e “tengono insieme” letteralmente l’universo.

Image credits: APS/Alan Stonebraker; STScI/AURA, NASA, ESA, Hubble Heritage Team

I fenomeni emergenti invece sono proprietà tipiche di un sistema ma non delle singole parti che lo compongono. Pensiamo per esempio alle cellule nervose: una di esse può ricevere e trasmettere segnali elettrici, ma non può risolvere un’equazione o scrivere un’opera. Ma mettendo insieme miliardi di cellule nervose le cose cambiano ed ecco che compaiono personaggi come Newoton o Mozart. Nello stesso modo la gravità sarebbe una proprietà emergente dello spazio-tempo, che emerge dalle variazioni di quelli che vengono definiti come bit di informazione immagazzinati nella struttura dello spazio-tempo stesso.


Il concetto è piuttosto difficile da intuire ma allo stesso tempo talmente affascinante da surclassare qualsiasi romanzo di fantascienza: lo spazio-tempo conterrebbe informazione. Quest’idea è stata originariamente sviluppata da John Archilbald Wheeler il quale affermò che la struttura geometrica dello spazio-tempo sia un mezzo per “immagazzinare informazione” secondo il concetto magnificamente riassuntivo di “it from bit”, che si può tradurre con “materia dall’informazione”.

Il concetto di informazione ha le sue origini in Ludwig Boltzmann, Claude Shannon e John von Neumann e gli studi sull’entropia ma rischiamo di sviare l’attenzione dal discorso principale!

Essendo la gravità un effetto collaterale e non più un elemento fondamentale e fondamentante dello spazio-tempo, ne risulta che la presenza della materia oscura diventa superflua: Verlinde ha dimostrato in un suo articolo del 7 Novembre 2016 come la sua teoria predica in maniera accurata la velocità orbitale delle stelle che si muovono attorno al centro della Via Lattea, così come il moto delle stelle in altre galassie.

Non è la prima volta che viene proposta una teoria del genere: nel 1983 Mordehai Milgrom enunciò la MOdified Newtonian Dynamics (MOND) che però a differenza della gravità entropica di Verlinde aveva bisogno di essere aggiustata e ritoccata a seconda delle osservazioni eseguite.

La gravità entropica invece parte da presupposti completamente diversi e non ha bisogno di essere limata per adeguarsi alle misurazioni. Al momento sembra essere autosufficente e rispondente alle misurazioni effettuate.

I risultati, pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, suggeriscono che la teoria di Verlinde risulta in buon accordo con i dati osservativi.

La validità è stata verificata da Margot Brouwer del Leiden Observatory, in Olanda, insieme al suo gruppo di ricercatori. Gli astronomi hanno utilizzato la deformazione dello spaziotempo, prodotta dal fenomeno della lente gravitazionale, per misurare la distribuzione della gravità attorno a più di 33 mila galassie.

Erik Verlinde

La teoria di Verlinde predice gli effetti dovuti alla gravità basandosi sulla massa associata solamente alla materia visibile.

La gravità curva lo spazio in modo tale che, quando i raggi luminosi vi si propagano, essi vengono deflessi come nel caso di una lente ottica. Le immagini delle galassie di fondo, che sono molto più distanti rispetto ad una galassia vicina (la “lente”), appariranno più o meno distorte.

Questo effetto può essere misurato in modo da determinare come varia la forza di gravità attorno alla galassia che si trova interposta lungo la linea di vista.

I risultati delle misure ottenute dai ricercatori indicano che, fino a distanze dell’ordine di qualche centinaia di volte il raggio della galassia, la gravità risulta molto più forte rispetto a quanto predice la relatività generale. Per far funzionare la teoria di Einstein è stato necessario aggiungere particelle invisibili conosciute come “materia oscura”.

Brouwer e colleghi hanno perciò calcolato la variazione della forza di gravità mediante il metodo della lente gravitazionale e basandosi solo sulla massa visibile delle galassie (tralasciando quindi la materia oscura), in modo da confrontare i dati osservativi con le predizioni fornite dalla teoria di Verlinde.

I risultati sono soddisfacenti e la teoria sembrerebbe funzionare senza alcun aggiustamento (come successo per le teorie di Einstein e di Milgrom): la massa della materia oscura è un parametro libero che deve essere aggiustato rispetto alle osservazioni, la teoria della gravità entropica fornisce una predizione diretta senza richiedere la presenza di parametri liberi.

É importantissimo però evidenziare almeno due considerazioni emerse proprio in seguito ai calcoli di Brouwer: la teoria del fisico olandese è applicabile solamente a sistemi isolati, di forma sferica e statici. L’universo è un sistema incommensurabilmente più complesso e dinamico per cui molte osservazioni rimangono ancora inspiegate e la materia oscura potrebbe ancora essere in gioco.

Questo è perfettamente normale nella ricerca scientifica: ogni teoria deve essere testata minuziosamente e verificata in tutte le condizioni possibili e immaginabili e comunque c’è sempre la possibilità di una ulteriore conferma o smentita. La Scienza, ricordiamo per I più distratti, non offre mai soluzioni definitive; chi crede questa cosa sbaglia e si fa una idea completamente distorta di cosa sia e come funzioni.

La Scienza offre le ipotesi migliori, in un dato tempo e con date informazioni ed è soggetta per sua natura ad essere migliorata costantemente in un processo di raffinazione infinito, scrupoloso e amorevole. E per miglioramento intendiamo anche l’impietosa ma doverosa demolizione di quello che si è verificato essere errato.

Se la gravità entropica si dovesse rivelare incorretta, non si può e non si deve considerare un fallimento (a dispetto dei roboanti titoli dei mass media, sempre pronti a condannare o esaltare ignorantemente le notizie delle quali sono in gran parte all’oscuro) ma un passo in avanti nella conoscenza del nostro universo.

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[AG]

Picture credits: APS/Alan Stonebraker; STScI/AURA, NASA, ESA, Hubble Heritage Team

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