Un nuovo studio suggerisce che una variazione della teoria della gravità quantistica potrebbe aiutare a risolvere una delle più grandi discrepanze nella cosmologia moderna. Questa unificazione della meccanica quantistica e della relatività generale di Einstein potrebbe offrire una spiegazione per le incongruenze riscontrate nelle misurazioni del tasso di espansione dell’universo.
Da quasi un secolo, gli scienziati sono consapevoli che l’universo è in espansione. Tuttavia, negli ultimi decenni, diverse misurazioni del tasso di espansione, noto come parametro di Hubble, hanno rivelato incongruenze sconcertanti. Queste discrepanze, note come tensione di Hubble, indicano che ci potrebbero essere difetti fondamentali nella nostra comprensione dell’evoluzione dell’universo.
Un nuovo studio, pubblicato sulla rivista “Classical and Quantum Gravity”, suggerisce di incorporare gli effetti quantistici in una teoria chiave utilizzata per determinare il tasso di espansione dell’universo. “Abbiamo cercato di risolvere e spiegare la discrepanza tra i valori del parametro di Hubble ottenuti da due diversi tipi di osservazioni,” ha dichiarato PK Suresh, coautore dello studio e professore di fisica all’Università di Hyderabad in India.
Il problema dell’espansione dell’universo
L’espansione dell’universo fu identificata per la prima volta da Edwin Hubble nel 1929. Utilizzando il più grande telescopio dell’epoca, Hubble osservò che le galassie più lontane sembravano allontanarsi a velocità maggiori. Sebbene inizialmente avesse sovrastimato il tasso di espansione, misurazioni successive hanno affinato la nostra comprensione, stabilendo che l’attuale parametro di Hubble è altamente affidabile.
Verso la fine del XX secolo, gli astrofisici hanno introdotto una nuova tecnica per misurare il tasso di espansione esaminando il fondo cosmico a microonde, il residuo del Big Bang. Tuttavia, questo metodo ha prodotto un valore del parametro di Hubble inferiore di quasi il 10% rispetto a quello ottenuto dalle osservazioni astronomiche di oggetti cosmici distanti. Questo disaccordo tra le misurazioni ha portato alla tensione di Hubble, suggerendo che potrebbero esserci difetti nelle nostre teorie cosmologiche.
Una soluzione proposta: la gravità quantistica
Nel loro studio, Suresh e il suo collega B. Anupama propongono di allineare i risultati disparati rivedendo la teoria della relatività generale di Einstein per includere gli effetti quantistici. Questi effetti, intrinseci alle interazioni fondamentali, comprendono fluttuazioni casuali del campo e la creazione spontanea di particelle dal vuoto dello spazio.
Mentre gli scienziati sono riusciti a integrare gli effetti quantistici in teorie di altri campi, la gravità quantistica rimane sfuggente, rendendo i calcoli dettagliati estremamente difficili o addirittura impossibili. Inoltre, gli esperimenti per studiare questi effetti richiedono temperature o energie molto superiori a quelle attualmente ottenibili in laboratorio.
Nonostante queste sfide, Suresh e Anupama si sono concentrati sugli effetti generali della gravità quantistica comuni a molte teorie proposte. “La nostra equazione non deve tenere conto di tutto, ma ciò non ci impedisce di testare sperimentalmente la gravità quantistica o i suoi effetti,” ha affermato Suresh.
Impatti della gravità quantistica sull’espansione dell’universo
La loro esplorazione teorica ha rivelato che tenere conto degli effetti quantistici nelle interazioni gravitazionali durante la fase iniziale dell’espansione dell’universo, chiamata inflazione cosmica, potrebbe alterare le previsioni teoriche riguardo alle proprietà attuali del fondo cosmico a microonde. Questo potrebbe rendere coerenti i due tipi di misurazioni del parametro di Hubble.
Sebbene conclusioni definitive richiederanno una teoria completa della gravità quantistica, i risultati preliminari sono incoraggianti. Inoltre, il collegamento tra lo sfondo cosmico a microonde e gli effetti gravitazionali quantistici apre la strada a studi sperimentali futuri. “La gravità quantistica dovrebbe svolgere un ruolo nella dinamica dell’universo primordiale; quindi, il suo effetto può essere osservato attraverso misurazioni delle proprietà del fondo cosmico a microonde,” ha detto Suresh.
Futuri sviluppi nella ricerca della gravità quantistica
Il team sottolinea che alcune delle future missioni dedicate allo studio del fondo elettromagnetico potrebbero testare la gravità quantistica. “Ci sono future missioni altamente probabili e promettenti per studiare il fondo cosmico a microonde, che potrebbero validare i modelli inflazionistici della cosmologia insieme alla gravità quantistica,” ha aggiunto Suresh.
Gli autori ipotizzano inoltre che i fenomeni gravitazionali quantistici nell’universo primordiale potrebbero aver modellato le proprietà delle onde gravitazionali emesse durante quel periodo. Rilevare queste onde con futuri osservatori potrebbe fornire ulteriori dettagli sulle caratteristiche gravitazionali quantistiche. “Finora, sono state osservate solo onde gravitazionali provenienti da fonti astrofisiche, ma non quelle provenienti dall’universo primordiale,” ha spiegato Suresh. “Speriamo che il nostro lavoro possa aiutare a identificare il modello inflazionario corretto e a rilevare le onde gravitazionali primordiali con caratteristiche di gravità quantistica.”
Questo studio rappresenta un passo importante verso la risoluzione di uno dei più grandi enigmi della cosmologia e potrebbe aprire nuove strade per comprendere la natura fondamentale del nostro universo.
