Democrazia su grande scala... con qualche sorpresa

Non c'è niente da fare: ogni volta che vado ad una festa tra amici, purtroppo riesco sempre a trovare un modo per dirottare una conversazione frivola su qualche tema scientifico... Se ci pensate, la cosa è pericolosa, poiché si viene trascinati in discussioni che possono durare diversi giorni, a casa di diversi amici... altre serate impegnate, altri regali da portare, ecc. Situazioni davvero poco opportune, ma ci casco sempre!

Il caso più recente si è verificato quando, per distogliere l'attenzione dalle solite discussioni politiche sulla democrazia diretta, fornii un bellissimo esempio di democrazia a livello cosmico. “Forse non lo sapete” – dissi – “ma noi viviamo in un Universo molto 'democratico' su grande scala.”

La moderna cosmologia si occupa proprio di studiare la struttura e l'evoluzione del nostro Universo nel suo insieme e, in realtà, da parecchi decenni ha molto poco di filosofico, avendo a disposizione tante misure astronomiche di rilievo che hanno permesso di comporre un quadro ben preciso.

Il primo punto fondamentale è proprio la “democrazia” a cui accennavo, noto tecnicamente come principio cosmologico. Oggi sappiamo, infatti, che su grande scala ogni punto dello spazio non ha nulla di particolare che lo distingue da un altro punto: è la proprietà di omogeneità dello spazio. Naturalmente, questo non vale affatto in tutto ciò che ci circonda da vicino: una stanza della vostra casa, per esempio, è certamente diversa da un'altra, poiché una può essere vuota e l'altra piena di mobili, ecc., per cui si può ben distinguere una stanza dall'altra. Sul nostro pianeta, dunque, non vale la proprietà di omogeneità spaziale: un certo punto della Terra è effettivamente diverso da un altro, ossia si può distinguere l'uno dall'altro. E tale proprietà non vale nemmeno per il Sistema Solare: in alcuni suoi punti si trova un pianeta (o perfino il Sole), mentre in altri c'è il vuoto (o quasi), per cui in alcune regioni c'è più materia che in altre, e le diverse regioni si possono ben distinguere le une dalle altre. Non vi è omogeneità nemmeno per le galassie (in certe regioni vi sono più stelle che in altre), ma, sorprendentemente, se si aumenta ancora di più la scala (per gli ammassi di galassie) si osserva che – su queste grandissime scale – la proprietà di omogeneità è sempre più rispettata. Evidentemente, nel suo insieme, l'Universo è omogeneo, ossia appare uguale all'osservazione in qualsiasi suo punto; ovvero, più filosoficamente, non vi è alcun luogo privilegiato rispetto ad un altro.

Se una tale conclusione può apparire la più semplice e ragionevole da ipotizzare anche a priori la prova sperimentale diretta a suo favore, di cui ora si dispone con accuratezza, è ancora più interessante, e riguarda un'altra proprietà fondamentale del nostro Universo che, oltre ad essere omogeneo su grande scala, è anche isotropo. Molto semplicemente, se non si riesce a distinguere un certo punto dello spazio da un altro, non si riesce nemmeno a distinguere una certa direzione di osservazione da un'altra. Se puntate il vostro “telescopio” (che può “vedere” fino a grandissime distanze) in una certa direzione e registrate tutta la luce che vi proviene da quella direzione, emessa dalle stelle che si trovano lungo quella direzione fino a distanze grandissime, il risultato che ottenete è lo stesso di quello che otterreste ripetendo l'esperimento con il “telescopio” puntato in una qualsiasi altra direzione dello spazio. La figura qui sotto è proprio una “fotografia” del nostro Universo effettuata con il “telescopio” WMAPseguendo la procedura descritta: ogni puntino nel grafico rappresenta la radiazione che proviene da una data direzione di osservazione su grandissime distanze...

Ora, poiché la “luce” che registrate con il vostro “telescopio” è una indicazione della presenza di materia che la emette (e, in effetti, l'unico modo che abbiamo di individuare una stella nell'Universo è di guardare alla radiazione – sotto qualunque forma – che essa emette), il grafico qui sotto è praticamente una “mappa” dell'Universo, in tutto analoga ad un comune mappamondo. Tuttavia, la cosa che si nota subito in questa mappa è che non ci sono “continenti” o cose simili (i puntini sono distribuiti più o meno uniformemente, e non riuniti in vistosi agglomerati): la quantità di materia presente lungo una certa direzione è la stessa – su grande scala – di quella presente in qualsiasi altra direzione. Contrariamente che sulla Terra, dove ci sono posti privilegiati di osservazione (un posto in mare è diverso da uno sulla terraferma), nell'Universo non vi è alcun luogo privilegiato, e neanche alcuna direzione privilegiata di osservazione: questa è l'essenza del principio cosmologico, una democrazia assoluta su grande scala...

Con il raffinarsi delle osservazioni astronomiche, negli ultimi anni si è però scoperto qualcosa di peculiare, di cui già potete accorgervi guardando attentamente la stessa “mappa” qui sopra. Sebbene non ci siano “continenti”, infatti, tuttavia si possono ben osservare delle “strutture” particolari di punti luminosi, che indicano una certa organizzazione di materia stellare. È come se in un mappamondo si osservassero delle case costruite lungo delle linee ben precise che vanno, per esempio, dalla Svezia all'Egitto, o anche più lontano: certamente sarebbe difficile immaginare che la cosa sia avvenuta casualmente, e comunque è molto improbabile che ciò avvenga su grandissime distanze. Ebbene, sulle grandissime distanze cosmologiche degli ammassi di galassie, invece, sembra proprio che sia avvenuto così.

Inspiegabile, secondo voi? In realtà... no, per nulla. Solo che a questo punto la festa organizzata da Luigi era finita, essendosi fatto troppo tardi, e tutti eravamo stanchi. Tranne, evidentemente, Maria Stella, che non mancò di invitarci tutti a casa sua la settimana successiva per continuare con... l'esplorazione dell'Universo. Alla prossima volta, dunque!

S. Esposito, fisico