Non importa quanto sia elegante la tua teoria, i dati sperimentali avranno l'ultima parola. Le osservazioni del moto retrogrado dei pianeti furono fondamentali per la rivoluzione copernicana, in cui il sole ha sostituito la Terra al centro del sistema solare. E l'insolita orbita di Mercurio ha fornito una spettacolare conferma della teoria della relatività generale. Infatti, la nostra intera comprensione dell'universo è costruita sull'osservazione, anomalie impreviste.

Ora il nostro nuovo giornale, pubblicato in Astronomia della natura , è giunto a una conclusione che potrebbe scatenare una crisi in cosmologia, se confermata. Mostriamo che la forma dell'universo può essere effettivamente curva piuttosto che piatta, come si pensava in precedenza, con una probabilità maggiore del 99%. In un universo curvo, indipendentemente dalla direzione in cui viaggi, finirai al punto di partenza, proprio come su una sfera. Sebbene l'universo abbia quattro dimensioni, compreso il tempo.

Il risultato si basava su recenti misurazioni del Fondo Cosmico a Microonde, la luce rimasta dal Big Bang, raccolti dal satellite Planck. Secondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein, la massa deforma lo spazio e il tempo attorno ad essa. Di conseguenza, i raggi di luce prendono una svolta apparente attorno a un oggetto massiccio piuttosto che viaggiare in linea retta, un effetto noto come lente gravitazionale.

C'è molta più lentezza nei dati di Planck di quanto dovrebbe esserci, il che significa che l'universo potrebbe contenere più materia oscura, una sostanza invisibile e sconosciuta, di quanto pensiamo. Nel nostro studio, abbiamo dimostrato che un universo chiuso può fornire una spiegazione fisica a questo effetto, perché è in grado di ospitare molta più materia oscura di un universo piatto. Un tale universo è perfettamente compatibile con la relatività generale.

Mal di testa maggiore

Tuttavia, non tutti i cosmologi sono convinti di un universo chiuso:studi precedenti hanno suggerito che il cosmo è davvero piatto. E se un universo sferico è una soluzione all'anomalia della lente, allora abbiamo a che fare con diverse conseguenze significative. Prima di tutto, dobbiamo rivedere una pietra angolare fondamentale della cosmologia:la teoria dell'inflazione cosmologica. L'inflazione descrive i primi istanti dopo il Big Bang, prevedere un periodo di espansione esponenziale per l'universo primordiale.

La teoria è stata sviluppata negli ultimi 40 anni per spiegare perché parti distanti dell'universo sembrano uguali e hanno la stessa temperatura, quando sono troppo distanti per essere mai stati in contatto. L'inflazione risolve il problema perché significa che regioni remote dell'universo un tempo sarebbero state collegate. Ma si pensa anche che il periodo di rapida espansione che ha spazzato via queste regioni abbia anche portato l'universo alla piattezza con squisita precisione.

Se l'universo è chiuso, l'inflazione standard è in difficoltà. E questo significa che perdiamo la nostra spiegazione standard del perché l'universo ha la struttura che ha.

Una volta che assumiamo che l'universo sia curvo, i dati di Planck sono essenzialmente in disaccordo con tutti gli altri set di dati. Tutto questo si riduce a una vera crisi per la cosmologia, come diciamo nel nostro giornale. Per queste ragioni, i cosmologi sono cauti e molti di loro preferiscono attribuire i risultati a un caso statistico che si risolverà quando saranno disponibili nuovi dati da esperimenti futuri.

Potremmo sbagliarci?

È certamente possibile che ci sbagliamo. Ma c'è una ragione principale, secondo noi, perché questa anomalia non dovrebbe essere semplicemente scartata. Nella fisica delle particelle, una scoperta dovrebbe raggiungere una precisione di almeno cinque "sigma" per essere accettata dalla comunità. Qui siamo leggermente sopra i tre sigma, quindi siamo chiaramente al di sotto di questo livello di accettazione. Ma mentre il modello standard della fisica delle particelle si basa su fisica nota e provata, il modello cosmologico standard si basa su fisica sconosciuta.

Al momento, l'evidenza fisica dei tre pilastri della cosmologia:materia oscura, l'energia oscura (che fa sì che l'universo si espanda a un ritmo accelerato) e l'inflazione, provengono esclusivamente dalla cosmologia. La loro esistenza può spiegare molte osservazioni astrofisiche.

Ma non sono previste né nel modello standard della fisica delle particelle che governa l'universo alle scale più piccole né nella teoria della relatività generale che opera sulle scale grandi. Anziché, queste sostanze appartengono all'area della fisica sconosciuta. Nessuno ha mai visto né la materia oscura, energia oscura o inflazione, in laboratorio o altrove.

Quindi, mentre un'anomalia nella fisica delle particelle può essere considerata come un suggerimento che potrebbe essere necessario inventare una fisica completamente nuova, un'anomalia in cosmologia dovrebbe essere considerata come l'unico modo che abbiamo per far luce su una fisica completamente sconosciuta.

Perciò, il risultato più interessante del nostro articolo non è che l'universo sembra essere curvo piuttosto che piatto, ma il fatto che possa costringerci a riordinare i pezzi del puzzle cosmico in un modo completamente diverso.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.