Lo studio di due preti-scienziati aiuta a capire il Big Bang

Il nuovo studio cosmologico di due ricercatori della Specola Vaticana rappresenta ulteriori progressi per lo sviluppo di un nuovo metodo matematico per la comprensione del Big Bang.

Città del Vaticano – Due cosmologi della Specola Vaticana hanno compiuto ulteriori progressi nello sviluppo di un nuovo metodo matematico per la comprensione del Big Bang. In un articolo del 2022 pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review D, padre Gabriele Gionti (S.J.) e don Matteo Galaverni (Diocesi di Reggio Emilia-Guastalla) hanno presentato un nuovo promettente strumento matematico per comprendere i primi istanti dell’universo. Il nuovo articolo è ora apparso sull’European Physical Journal C (leggi qui).

La rilevazione delle onde gravitazionali e altre misure cosmologiche ci confermano che la teoria della gravità di Albert Einstein, nota come “Relatività Generale”, è la fisica giusta per descrivere la struttura su larga scala dell’Universo di oggi.

L’idea della gravità è molto antica. Aristotele teorizzò che il motivo per cui un sasso cade a terra è che possiede la “gravità”, o “pesantezza” – una tendenza naturale e costante a muoversi verso la Terra. Isaac Newton teorizzò che la caduta del sasso è determinata da una forza “gravitazionale” presente tra tutti gli
oggetti dotati di massa, compresi il sasso e la Terra. Secondo la teoria di Einstein, il movimento del sasso è il risultato di una deformazione dello spazio e del tempo prodotta dalla massa della Terra. La teoria della gravità di Einstein ha superato i test sperimentali ed è in grado di spiegare i fenomeni osservati che la teoria di Newton non può spiegare.

Tuttavia, persistono domande sulle leggi fisiche dei primissimi istanti dell’Universo e sulla fisica della gravità su scale molto piccole. Molti ricercatori hanno proposto teorie che combinano la gravità con la meccanica quantistica (la fisica che si applica alle scale più piccole). Queste teorie alternative o modificate della gravità suggeriscono che la gravità potrebbe comportarsi in modo diverso da quanto previsto dalla Relatività Generale, anche per quanto riguarda la struttura su larga scala dell’Universo.

Queste teorie vengono inoltre invocate nel tentativo di spiegare le misteriose “materia oscura” ed “energia oscura” che, secondo gli astronomi e i cosmologi, costituiscono la stragrande maggioranza dell’universo osservabile, ma di cui si sa ancora poco. Tuttavia, la comunità scientifica è divisa su queste teorie.

Nel loro nuovo lavoro, “On the canonical equivalence between Jordan and Einstein frames”, padre Gionti e don Galaverni dimostrano di poter trasformare o “mappare” la soluzione di un problema fisico da una teoria alternativa della gravità alla Relatività Generale di Einstein attraverso un trucco matematico che consiste nell’osservare il problema attraverso due diversi “riferimenti” matematici, noti come riferimenti “Jordan” e “Einstein”. Ma le soluzioni fornite attraverso queste due riferimenti sono ugualmente applicabili al mondo reale che gli astronomi osservano?

Il lavoro dei due sacerdoti suggerisce sia promesse che limiti. “La verifica se le osservabili fisiche,”- scrivono nell’articolo – “calcolate separatamente nel riferimento di Einstein ed in quello di Jordan, riproducano o meno lo stesso risultato in entrambi i riferimenti, dovrebbe fare chiarezza sull’equivalenza fisica dei riferimenti di Jordan e di Einstein”.

Essi mostrano infine come esista un collegamento tra le teorie alternative della gravità e una teoria particolare di gravità chiamata “anti-Newtoniana” o “anti-gravità”. I due preti scienziati trovano avvincente poter studiare questa analisi matematica della gravità: “È davvero affascinante cercare di capire le leggi fisiche dei primissimi istanti dell’universo”, affermano. “La ricerca di nuove leggi fisiche e lo sforzo di comprenderle a fondo è un processo che riempie le nostre menti e i nostri cuori di stupore e di gioia”.

Anche se a volte, notano, può essere piuttosto frustrante. “È un modo per contribuire, insieme a tutta la comunità scientifica, a rispondere ad alcune domande fondamentali: chi siamo? da dove veniamo? qual è la nostra origine? Inoltre, per una persona di fede, è vi è sempre la possibilità di interpretare questa sua ricerca come la scoperta di nuove tracce, nuovi segni della bellezza e dell’eleganza di Dio nel creare l’universo… nonostante le nostre conoscenze estremamente limitate!”.

Copertina: il grafico mostra l’evoluzione dell’Universo, dal Big Bang ai giorni nostri. Indica la crescita dell’Universo attraverso l’espansione cosmica e la crescita delle galassie e degli ammassi di galassie. L’Universo ha quasi 14 miliardi di anni. Credit: ESO/M. Kornmesser

Per iscriverti al nostro canale Telegram con solo le notizie di Papa & Vaticano, clicca su questo link