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Stabilire se quello in cui viviamo sia un universo infinito è una delle domande più spinose della cosmologia, e le misurazioni disponibili non chiudono affatto la partita. La luce antica del fondo cosmico a microonde indica che lo spazio è sorprendentemente piatto, ma questo non basta a dimostrare che si estenda senza fine. Il cosmo osservabile potrebbe essere soltanto una piccola porzione di una realtà molto più vasta e curva.
Per orientarsi in un tema così astratto la Terra offre un paragone utile. La sua superficie è finita e misurabile, e se il pianeta si espandesse quella superficie crescerebbe nel tempo. L’ipotesi più semplice è che oltre il nostro orizzonte cosmico ci sia semplicemente altro universo, con altre stelle e altre galassie. È lo stesso ragionamento di chi, da un punto qualsiasi del pianeta, dà per scontato che dietro la linea dell’orizzonte ci sia ancora Terra. Quanto sia grande il tutto però potrebbe restare per sempre fuori dalla nostra portata.
Il confine dell’universo osservabile e il trucco dei triangoli
Il limite dell’universo osservabile non coincide con la distanza massima raggiungibile dai telescopi di oggi. Rappresenta un confine più profondo, quello delle informazioni che potranno mai arrivare fino a noi. La quantità di dati accessibili è finita anche aspettando un tempo lunghissimo, e al di là di quella soglia si può solo dedurre e ipotizzare. Le strade sono due. Lo spazio può continuare all’infinito oppure essere finito. E qui nasce il dubbio più naturale, perché è difficile immaginare qualcosa di limitato che non abbia un bordo.
Anche in questo caso la risposta arriva dalla superficie terrestre, che ha un’area finita eppure non presenta alcun punto in cui il terreno finisce all’improvviso. Il motivo è la curvatura, che la riporta su se stessa. Per accorgersene non serve lasciare il pianeta, basta la matematica. Su un piano perfetto gli angoli interni di un triangolo sommano 180 gradi, come insegnava Euclide. Tracciando invece linee enormi tra tre città molto lontane la somma supera i 180 gradi. Lo stesso vale per le parallele: due viaggiatori che partono da punti diversi dell’equatore e procedono dritti verso nord finiscono per incontrarsi al Polo Nord senza aver mai sterzato.
Piatto non vuol dire per forza senza fine
Gli astronomi applicano test simili al cosmo intero grazie alla radiazione cosmica di fondo, liberata quando l’universo primordiale si raffreddò abbastanza da permettere alla luce di attraversare quello che prima era un plasma caldo e denso. La fisica dei plasmi è ben conosciuta e consente di prevedere minuscole variazioni di temperatura, che infatti vengono osservate. Se lo spazio fosse fortemente curvo quella luce, viaggiando per miliardi di anni luce, seguirebbe percorsi deviati e le macchie apparirebbero di dimensioni diverse. Invece si presentano esattamente alla scala attesa per uno spazio piatto.
Eppure un universo piatto non è automaticamente infinito. Chi provasse a misurare la curvatura terrestre restando nel proprio quartiere troverebbe tutto quasi pianeggiante, semplicemente perché l’area esaminata è troppo piccola. Con il cosmo potrebbe accadere lo stesso, con una curvatura visibile solo su scale ben più ampie di quelle accessibili. In teoria procedendo sempre nella stessa direzione si tornerebbe al punto di partenza, ma l’espansione rende irraggiungibili le regioni oltre l’orizzonte e un viaggio simile resta un esperimento mentale.
Topologia, anelli cosmici e multiverso
Le cose si complicano ancora. Un foglio arrotolato a cilindro senza strapparlo conserva una geometria piatta, eppure una direzione ora si richiude. È la differenza tra geometria e topologia, che descrive il modo in cui uno spazio è connesso. Cilindri, ciambelle, nastri di Möbius e bottiglie di Klein mostrano strutture complessive diversissime pur restando localmente piatte. In tre dimensioni i matematici hanno individuato 17 topologie distinte compatibili con uno spazio piatto, tra cui lo spazio di Hantzsche Wendt, caratterizzato da strutture ripetute legate a schemi esagonali.
Gli scienziati hanno cercato tracce di questi anelli cosmici inseguendo schemi ripetuti nella radiazione di fondo o galassie visibili in punti diversi ai lati opposti del cielo. Finora non è emersa alcuna prova convincente e l’universo appare piatto e topologicamente semplice. Se però la scala di un eventuale ripiegamento superasse l’orizzonte osservabile non sarebbe mai rilevabile. Alcune teorie cosmologiche ipotizzano poi un multiverso, in cui tutto ciò che chiamiamo universo sarebbe una sola bolla tra innumerevoli altre, in allontanamento reciproco mentre nuove regioni vivono inizi simili al Big Bang.
Fonte: TecnoAndroid
