Forse l’Universo non è infinito

Siamo abituati a pensare all’universo come infinito, ma potrebbe in realtà avere una topologia mappabile. Al fine di semplificare il tutto, si parla di un universo a ciambella (iperdimensionale). Ciò rappresenta però soltanto una delle tante possibilità della reale topologia del cosmo nel quale viviamo.

Riuscire a garantire una risposta che sia la più certa possibile rappresenta uno dei progetti più ambiziosi del mondo scientifico internazionale. Ecco le parole di Yashar Akrami dell’Istituto di Fisica Teorica di Madrid: “Stiamo cercando di trovare la forma dello spazio”.

In questo Akrami non è solo, anzi. Fa parte infatti di una partnership internazionale nota come Compact (Collaboration for Observations, Models and Predictions of Anomalies and Cosmic Topology). A maggio 2024 il team ha spiegato come la questione della forma dell’Universo sia più che mai aperta e non definita. Si lavora infatti per proporre prospettive differenti.

Universo a ciambella

Difficile da immaginare che l’universo possa avere una forma precisa. Nella teoria della ciambella occorre anche tener conto della curvatura. Nella teoria della relatività generale del 1916, infatti, Albert Einstein ha dimostrato come lo spazio possa essere curvato da oggetti massicci.

Immaginando lo spazio come bidimensionale, poggiando un foglio su un tavolo e fingendo rappresenti tutto il cosmo, potremmo facilmente pensare allo spazio curvo come alla superficie di una sfera (curvatura positiva) o di una sella (curvatura negativa).

Se su un foglio gli angoli di un triangolo devono sommarsi a 180 gradi, su una superficie curva non è più così. Confrontando le dimensioni reali e apparenti di oggetti come le galassie, gli astronomi sono in grado di vedere che il nostro universo somiglia a un foglio piatto con piccole fossette, laddove ogni stella deforma lo spazio che ha intorno.

“Sapendo quale sia la curvatura, si conoscono i tipi di topologie possibili”, ha spiegato Akrami. Lo spazio piatto potrebbe proseguire all’infinito, proprio come un foglio di carta senza inizio o fine. Matematicamente esistono 18 possibilità. In generale, corrispondono all’universo con un volume finito ma senza bordi: se si viaggia più lontano della scala dell’Universo, si termina al punto di partenza. Anche in questo caso, come per la ciambella, si semplifica il concetto pensando alla schermata di un videogioco che vede un personaggio svanire dalla parte destra, solo per riapparire “indietro”, nella sezione sinistra. In questo caso si può ipotizzare che lo schermo sia attorcigliato in un loop.

In 3 dimensioni, la più semplice delle topologie ipotizzate è il 3-torus: saremmo in questo caso immersi in una “scatola” dalla quale, uscendo da una qualsiasi faccia, si rientra da quella opposta.

Sulla base della topologia indicata, si evidenzia un’implicazione molto particolare. Avendo ipoteticamente la chance di guardare in tutto l’universo, si vedrebbero infinite copie di se stessi in tutte le direzioni. Una sorta infinita sala di specchi 3D.

Altre topologie risultano più complesse e sono di fatto delle variazioni sullo stesso tema. Le immagini appaiono leggermente spostate. Con riferimento alle facce della scatola, si rientra in un punto diverso o magari con rotazione tale che la destra diventi la sinistra.

La rilevazione della forma

Se l’universo fosse invece davvero immenso ma non infinito, potremmo non essere mai in grado di distinguere tra i due concetti. Se invece l’universo fosse finito, con certezza di una data lunghezza (almeno in alcune direzioni) e non molto più grande di quanto possiamo effettivamente “vedere”, dovremmo essere in grado di rilevarne la forma.

Uno dei modi migliori per farlo è osservare il fondo cosmico a microonde (CMB). Il bagliore di calore lasciato dal big bang stesso, che riempie il cosmo di radiazioni a microonde. La CMB, rilevata per la prima volta nel 1965, rappresenta una delle prove chiave dell’avvenimento effettivo del Big Bang.

Uniforme in quasi tutto l’universo ma gli astronomi, grazie allo sviluppo tecnologico dei telescopi moderni, hanno rilevato delle piccole variazioni nella “temperatura”, per quando minuscole. Si tratta di resti di differenze di “temperature” casuali nell’universo nascente. Differenze che hanno contribuito all’emergere della struttura, così che la materia non risulti distribuita uniformemente in tutto il cosmo.

La CMB garantisce dunque una sorta di mappa dell’aspetto del nostro universo in quella che era la sua prima fase, 10 miliardi di anni fa, circa. Quest’ultima è impressa nel cielo che è tutto intorno a noi. Se il cosmo avesse una topologia non banale e producesse copie in alcune direzioni o magari in tutte, o se magari il suo volume non fosse in effetti molto più grande della “sfera” su cui vediamo la proiezione della CMB, tali copie dovrebbero lasciare tracce nelle variazioni di temperatura. La nostra chance per ottenere una risposta.