il destino della costante cosmologica - Dipartimento di Fisica
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IL DESTINO DELLA<br />
COSTANTE<br />
COSMOLOGICA<br />
L’”ERRORE PIÙ GRAVE” DI<br />
EINSTEIN
La Relatività Generale<br />
Le forze <strong>di</strong> gravità sono associate a deformazioni<br />
dello spazio ed eventualmente del tempo<br />
( Lo spazio si deforma<br />
come la superficie <strong>di</strong><br />
una lamina elastica<br />
tesa orizzontalmente<br />
su cui si appoggino<br />
sferette pesanti. )
La luce che lambisce<br />
una stella viene<br />
deflessa dalla<br />
deformazione dello<br />
spazio indotta dalla<br />
stessa stella.<br />
Immagine da S. Carroll http://pancake.uchicago.edu/~carroll/grbook/
Einstein Cosmologo (1917)<br />
• L’Universo è:<br />
• 1) Isotropo (così(<br />
così appare)<br />
• 2) Omogeneo (Copernico+1(<br />
Copernico+1)<br />
• 3) Statico (Newton,(<br />
Newton, Mach,..)
Il problema <strong>della</strong> stab<strong>il</strong>tà<br />
La <strong>di</strong>stribuzione omogenea e statica delle masse stellari<br />
incurva uniformemente lo spazio. Le masse attraendosi<br />
indurrebero <strong>il</strong> collasso dell’intero Universo
Ripristino dell’equ<strong>il</strong>ibrio<br />
Einstein introdusse nelle sue equazioni un nuovo<br />
termine cosmologico matematicamente<br />
accettab<strong>il</strong>e, ma <strong>di</strong>ffic<strong>il</strong>e da interpretare sul piano<br />
fisico, corrispondente a un contributo all’energia<br />
<strong>di</strong> origine non <strong>di</strong>namica accompagnata da<br />
forze che si oppongono al collasso dell’Universo.
Conclusioni <strong>di</strong> Einstein<br />
• L’equ<strong>il</strong>ibrio <strong>di</strong> un universo statico richiede<br />
un’energia <strong>cosmologica</strong><br />
• Lo spazio tri<strong>di</strong>mensionale è sfericamente<br />
limitato ( in contrasto con l’universo<br />
Newtoniano )<br />
• Ma come mai <strong>di</strong> notte <strong>il</strong> cielo è scuro<br />
(Olbers<br />
1826)
Aleksandr A. Friedmann<br />
L’Universo potrebbe<br />
non essere statico e<br />
l’equ<strong>il</strong>ibrio potrebbe<br />
essere <strong>di</strong>namico<br />
(1922)
Einstein<br />
1922<br />
I risultati <strong>di</strong> Friedmann<br />
mi paiono sospetti..<br />
1923<br />
I risultati <strong>di</strong> Friedmann<br />
gettano nuova luce sulla<br />
cosmologia
Edwin Hubble<br />
inaugura la<br />
cosmologia<br />
osservativa<br />
(1929).
Le scoperte principali <strong>di</strong><br />
Hubble<br />
• L’Universo si estende oltre la Via<br />
Lattea<br />
• Vi sono moltissime galassie esterne<br />
alla Via Lattea che si allontanano da<br />
essa con velocità crescente con la<br />
<strong>di</strong>stanza.<br />
• La loro luce ci appare spostata verso<br />
<strong>il</strong> rosso.
La pendenza <strong>della</strong> retta viene chiamata H,<br />
la <strong>costante</strong> <strong>di</strong> Hubble<br />
(da http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm)
Il cosmo <strong>di</strong> Hubble (1929)<br />
• Omogeneo<br />
• Isotropo<br />
• In espansione<br />
• Tutto ha avuto inizio da una grande<br />
esplosione, <strong>il</strong> big bang.<br />
• Friedmann aveva ragione
Una rappresentazione dello spazio-tempo fornita da<br />
http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm
Con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> equ<strong>il</strong>ibrio<br />
(<strong>di</strong>namico)<br />
• L’energia cinetica <strong>di</strong> espansione va spesa<br />
per contrastare le forze gravitazionali<br />
attrattive dovute alla materia e alla<br />
ra<strong>di</strong>azione.<br />
• Non c’è bisogno del termine cosmologico<br />
• L’universo è spazialmente piatto se<br />
l’energia <strong>di</strong> espansione equ<strong>il</strong>ibra<br />
esattamente quella gravitazionale. (Ω=1)(
Ma H è veramente <strong>costante</strong><br />
• La densità delle masse, quella <strong>della</strong><br />
ra<strong>di</strong>azione rallentano in modo <strong>di</strong>verso<br />
l’espansione dell’Universo<br />
• Il termine cosmologico la accelera<br />
• Quin<strong>di</strong>, osservando come la <strong>costante</strong> <strong>di</strong><br />
Hubble è variata nel passato, è possib<strong>il</strong>e<br />
dedurre i valori dei vari termini.
Il satellite WMAP esplora la ra<strong>di</strong>azione <strong>di</strong><br />
fondo, residuo del Big Bang.
I risultati <strong>di</strong> WMAP in falsi colori.<br />
Mostrano notevole uniformità con piccole fluttuazioni<br />
locali che forniscono <strong>il</strong> valore <strong>della</strong> <strong>costante</strong> <strong>di</strong> Hubble<br />
al momento <strong>della</strong> formazione <strong>della</strong> ra<strong>di</strong>azione
Le osservazioni estremamente precise del<br />
Telescopio Spaziale Hubble<br />
forniscono informazioni altrettanto precise<br />
sulla velocità <strong>di</strong> espansione a tempi remoti,<br />
cioè per gran<strong>di</strong> valori dello<br />
spostamento verso <strong>il</strong> rosso.
La ricerca delle supernove I-a<br />
Il meccanismo <strong>di</strong><br />
formazione determina<br />
l’intensità dell’esplosione<br />
e quin<strong>di</strong> la quantità <strong>di</strong><br />
luce emessa.<br />
Sono ottime sorgenti<br />
campione.<br />
Da:http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/supernovae/type1.html
I risultati recenti (2003)<br />
• L’universo risulta piatto entro un margine<br />
<strong>di</strong> errore notevolmente piccolo - Newton,<br />
messo alla porta da Einstein, rientra<br />
sorprendentemente dalla finestra -<br />
• La densità <strong>di</strong> energia <strong>cosmologica</strong> vale<br />
circa <strong>il</strong> triplo <strong>di</strong> quella materiale<br />
• Il ruolo <strong>della</strong> materia stellare e quello <strong>della</strong><br />
ra<strong>di</strong>azione sono trascurab<strong>il</strong>i
Conclusioni<br />
• Le origini fisiche dell’energia cosmica e<br />
<strong>della</strong> maggior parte <strong>della</strong> materia sono<br />
ignote<br />
• Anche per questo si parla <strong>di</strong> energia<br />
oscura e <strong>di</strong> materia oscura!
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