Sfidare la teoria della relatività generale La scoperta riguardo all’accelerazione dell’espansione dell’universo potrebbe richiedere un riesame della teoria della relatività generale. Tuttavia, per averne la certezza occorre eseguire alcune prove su scala cosmologica. Spazio © stockphoto-graf, Shutterstock La teoria della relatività generale di Einstein ha rappresentato per lungo tempo lo standard per descrivere la gravitazione all’interno del sistema solare. Eppure, non prende in considerazione l’universo nel suo insieme. «Nel 1998, alcuni astronomi fecero una scoperta sorprendente secondo cui l’espansione dell’universo stesse accelerando anziché rallentare», afferma Kazuya Koyama, professore di cosmologia presso l’Università di Portsmouth. Secondo Koyama, questa accelerazione tardiva dell’universo costituisce il problema più impegnativo nell’ambito della fisica teorica, arrivando a mettere in discussione il principio della relatività generale. «Il modello standard della cosmologia si basa su una grande estrapolazione delle nostre conoscenze limitate sulla gravità», spiega. «Questa scoperta potrebbe richiedere di rivedere la teoria della gravità e il modello standard della cosmologia basata sulla relatività generale.» Grazie al sostegno del progetto CosTesGrav, finanziato dall’UE, Koyama sta lavorando per colmare questa lacuna di conoscenze. «L’obiettivo di questo progetto è l’elaborazione di prove di gravità cosmologiche e l’individuazione di soluzioni per spiegare l’origine dell’espansione accelerata dell’universo osservata, sfidando la relatività generale tradizionale», aggiunge Koyama. Cominciare in piccolo per arrivare al cosmologico L’obiettivo principale del progetto CosTesGrav consisteva nella realizzazione di quadri e strumenti teorici per analizzare la fisica gravitazionale su scala cosmologica. Per farlo, i ricercatori hanno iniziato in piccolo. «Abbiamo sviluppato diversi strumenti teorici per fornire previsioni delle osservazioni cosmologiche su piccola scala in modelli della gravità modificati», osserva Koyama. «Sono disponibili molte informazioni riguardo alla piccola scala, ed è fondamentale fornire previsioni teoriche su queste scale per ottimizzare il ritorno sulle rilevazioni cosmologiche future.» Per illustrare l’impatto sortito da questo approccio su piccola scala, è necessario considerare l’operato del progetto nel contesto della teoria generale scalare-tensoriale, un ampliamento della relatività generale che contempla un campo scalare. «Abbiamo contribuito in maniera considerevole allo sviluppo di teorie dscalari-tensoriali di carattere più generale, spingendoci oltre la teoria originale pubblicata negli anni settanta», osserva Koyama. Come chiarisce Koyama, sviluppi del genere non hanno un impatto solo sullo studio delle teorie gravitazionali, ma offrono anche le basi per verificare la gravità su scala cosmologica all’interno di un quadro generale. «Abbiamo creato teorie della gravità modificata come opzione alternativa alle teorie dell’energia oscura tradizionali e abbiamo esaminato i meccanismi di screening per ripristinare la relatività generale su scale in cui è ben verificata», afferma. «In seguito abbiamo elaborato quadri teorici migliori per eseguire prove cosmologiche della gravità che comprendono scale non lineari sfruttando le nostre conoscenze teoriche dei modelli e le nostre simulazioni all’avanguardia.» Grandi traguardi all’orizzonte Nonostante i notevoli sforzi compiuti, il progetto deve ancora trovare un’alternativa valida alla relatività generale che sia in grado di spiegare l’accelerazione tardiva dell’universo. «Il vincolo sulla velocità di propagazione delle onde gravitazionali risultante da una fusione di stelle di neutroni risalente al 2018 ha cambiato nettamente il panorama delle teorie superando la relatività generale», osserva Koyama. «Ciò ci ha dimostrato che, a volte, le osservazioni conducono a regioni inesplorate dello spazio della teoria, sottolineando che è importante mantenere una mente aperta quando si sviluppano modelli teorici.» Detto ciò, gli strumenti realizzati da questo progetto sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, svolgeranno un ruolo determinante nella prova di modelli cosmologici non standard avvalendosi delle future rilevazioni astronomiche, quali quelle che saranno condotte dalla missione Euclide dell’Agenzia spaziale europea. «Presto si darà il via a nuovi esperimenti cosmologici entusiasmanti e non vedo l’ora di applicare le tecniche sviluppate durante questo progetto ai dati attuali e di effettuare prove della relatività generale su scala cosmologica», conclude Koyama. Parole chiave CosTesGrav, teoria della relatività generale, universo, gravitazione, cosmologia, fisica teorica, gravità, missione Euclide
