Non solo una costante universale sembra fastidiosamente incostante ai margini esterni del cosmo, avviene in una sola direzione, il che è decisamente strano.

Coloro che non vedono l'ora che arrivi il giorno in cui la Grande Teoria Unificante del Tutto della scienza potrebbe essere indossata su una t-shirt potrebbe dover aspettare un po' di più poiché gli astrofisici continuano a trovare indizi che una delle costanti cosmologiche non è così costante, dopotutto.

In un articolo pubblicato su Progressi scientifici , scienziati dell'UNSW Sydney hanno riferito che quattro nuove misurazioni della luce emessa da un quasar a 13 miliardi di anni luce di distanza confermano gli studi passati che hanno trovato minuscole variazioni nella costante della struttura fine.

Il professor John Webb dell'UNSW Science afferma che la costante di struttura fine è una misura dell'elettromagnetismo, una delle quattro forze fondamentali in natura (le altre sono gravità, forza nucleare debole e forza nucleare forte).

"La costante di struttura fine è la quantità che i fisici usano come misura della forza della forza elettromagnetica, "dice il professor Webb.

"È un numero adimensionale e coinvolge la velocità della luce, una cosa chiamata costante di Planck e carica dell'elettrone, ed è un rapporto di quelle cose. Ed è il numero che i fisici usano per misurare la forza della forza elettromagnetica".

La forza elettromagnetica mantiene gli elettroni che sfrecciano attorno a un nucleo in ogni atomo dell'universo, senza di essa, tutta la materia andrebbe in pezzi. Fino a poco tempo fa, si credeva fosse una forza immutabile nel tempo e nello spazio. Ma negli ultimi due decenni, Il professor Webb ha notato anomalie nella costante di struttura fine per cui la forza elettromagnetica misurata in una particolare direzione dell'universo sembra leggermente diversa.

"Abbiamo trovato un indizio che quel numero della costante di struttura fine fosse diverso in alcune regioni dell'universo. Non solo in funzione del tempo, ma in realtà anche in direzione nell'universo, il che è davvero abbastanza strano se è corretto... ma è quello che abbiamo trovato."

Alla ricerca di indizi

sempre scettico, quando il professor Webb si imbatté per la prima volta in questi primi segni di misurazioni leggermente più deboli e più forti della forza elettromagnetica, pensava che potesse essere un difetto dell'attrezzatura, o dei suoi calcoli o di qualche altro errore che aveva portato alle letture insolite. È stato osservando alcuni dei quasar più distanti, corpi celesti massicci che emettono un'energia eccezionalmente elevata, ai margini dell'universo che queste anomalie sono state osservate per la prima volta utilizzando i telescopi più potenti del mondo.

"I quasar più distanti che conosciamo si trovano a circa 12-13 miliardi di anni luce da noi, "dice il professor Webb.

"Quindi, se puoi studiare la luce in dettaglio da quasar lontani, stai studiando le proprietà dell'universo com'era quando era nella sua infanzia, solo un miliardo di anni. L'universo allora era molto, molto diverso. Non esistevano galassie, le prime stelle si erano formate ma non c'era certamente la stessa popolazione di stelle che vediamo oggi. E non c'erano pianeti".

Dice che nello studio attuale, il team ha esaminato uno di questi quasar che ha permesso loro di risalire a quando l'universo aveva solo un miliardo di anni, cosa che non era mai stata fatta prima. Il team ha effettuato quattro misurazioni della costante fine lungo l'unica linea di vista di questo quasar. Individualmente, le quattro misurazioni non hanno fornito alcuna risposta conclusiva sull'esistenza o meno di cambiamenti percettibili nella forza elettromagnetica. Però, quando combinato con molte altre misurazioni tra noi e quasar distanti fatte da altri scienziati e non correlate a questo studio, le differenze nella costante di struttura fine sono diventate evidenti.

Uno strano universo

"E sembra supportare questa idea che potrebbe esserci una direzionalità nell'universo, il che è davvero molto strano, "dice il professor Webb.

"Quindi l'universo potrebbe non essere isotropo nelle sue leggi della fisica, una che è la stessa, statisticamente, in tutte le direzioni. Ma infatti, potrebbe esserci una direzione o una direzione preferita nell'universo in cui le leggi della fisica cambiano, ma non in direzione perpendicolare. In altre parole, l'universo in un certo senso, ha una struttura a dipolo.

"In una direzione particolare, possiamo guardare indietro di 12 miliardi di anni luce e misurare l'elettromagnetismo quando l'universo era molto giovane. Mettendo insieme tutti i dati, l'elettromagnetismo sembra aumentare gradualmente man mano che si guarda, mentre verso la direzione opposta, diminuisce gradualmente. In altre direzioni nel cosmo, la costante della struttura fine rimane proprio quella:costante. Queste nuove misurazioni molto distanti hanno spinto le nostre osservazioni più lontano di quanto sia mai stato raggiunto prima".

In altre parole, in quella che si pensava fosse una diffusione arbitrariamente casuale di galassie, quasar, buchi neri, stelle, nuvole di gas e pianeti - con la vita che prospera in almeno una piccola nicchia di esso - l'universo sembra improvvisamente avere l'equivalente di un nord e un sud. Il professor Webb è ancora aperto all'idea che in qualche modo queste misurazioni effettuate in fasi diverse utilizzando tecnologie diverse e da luoghi diversi sulla Terra siano in realtà una massiccia coincidenza.

"Questo è qualcosa che viene preso molto sul serio ed è considerato, giustamente con scetticismo, anche da me, anche se ho fatto il primo lavoro con i miei studenti. Ma è qualcosa che devi testare perché è possibile che viviamo in uno strano universo".

Ma aggiungendo al lato dell'argomento che dice che questi risultati sono più di una semplice coincidenza, un team negli Stati Uniti che lavora in modo completamente indipendente e sconosciuto al professor Webb, fece osservazioni sui raggi X che sembravano allinearsi con l'idea che l'universo abbia una sorta di direzionalità.

"Non sapevo nulla di questo documento fino a quando non è apparso in letteratura, " lui dice.

"E non stanno testando le leggi della fisica, stanno testando le proprietà, le proprietà dei raggi X di galassie e ammassi di galassie e distanze cosmologiche dalla Terra. Hanno anche scoperto che le proprietà dell'universo in questo senso non sono isotrope e c'è una direzione preferita. Ed ecco, la loro direzione coincide con la nostra".

Vita, l'universo e tutto

Pur volendo ancora vedere test più rigorosi delle idee secondo cui l'elettromagnetismo può fluttuare in alcune aree dell'universo per dargli una forma di direzionalità, Il professor Webb dice che se questi risultati continueranno ad essere confermati, possono aiutare a spiegare perché il nostro universo è così com'è, e perché c'è vita in esso.

"Per molto tempo, si è pensato che le leggi della natura appaiano perfettamente sintonizzate per creare le condizioni affinché la vita fiorisca. La forza della forza elettromagnetica è una di quelle quantità. Se fosse solo una piccola percentuale diversa dal valore che misuriamo sulla Terra, l'evoluzione chimica dell'universo sarebbe completamente diversa e la vita potrebbe non essere mai andata avanti. Sorge una domanda allettante:questa "situazione di Riccioli d'Oro, dove le quantità fisiche fondamentali come la costante di struttura fine sono "giuste" per favorire la nostra esistenza, applicare in tutto l'universo?"

Se c'è una direzionalità nell'universo, Il professor Webb sostiene, e se si dimostra che l'elettromagnetismo è leggermente diverso in certe regioni del cosmo, i concetti più fondamentali alla base di gran parte della fisica moderna avranno bisogno di una revisione.

"Il nostro modello standard di cosmologia si basa su un universo isotropo, uno che è lo stesso, statisticamente, in tutte le direzioni, " lui dice.

"Quello stesso modello standard è costruito sulla teoria della gravità di Einstein, che essa stessa assume esplicitamente la costanza delle leggi della Natura. Se tali principi fondamentali si rivelano solo buone approssimazioni, le porte sono aperte ad alcuni molto eccitanti, nuove idee in fisica."

Il team del professor Webb crede che questo sia il primo passo verso uno studio molto più ampio che esplori molte direzioni nell'universo, utilizzando i dati provenienti da nuovi strumenti sui più grandi telescopi del mondo. Stanno emergendo nuove tecnologie per fornire dati di qualità superiore, e nuovi metodi di analisi dell'intelligenza artificiale aiuteranno ad automatizzare le misurazioni e ad eseguirle più rapidamente e con maggiore precisione.