L’universo a forma di ciambella: I Simpsons ai confini della cosmologia moderna

Quando la genialità appare nei luoghi più impensabili: dietro a una battuta della amatissima serie televisiva americana si cela una delle ipotesi più controverse ed affascinanti della cosmologia, la scienza che studia l’universo nel suo insieme.

Durante una delle puntate più memorabili de “I Simpsons”, la celebre serie animata americana che parodizza sui paradossi della cultura americana,  il geniale astrofisico Stephen Hawking confessa ad Homer che “la tua teoria di un universo a forma di ciambella è intrigante Homer, forse te la rubo”. La battuta ovviamente gioca sulla assurdità della situazione e della teoria in sé, la quale però è oggi presa in seria considerazione: che Homer sia davvero riuscito a svelare i misteri arcani del cosmo?

LE VARIE IPOTESI SULLA FORMA DELL’UNIVERSO

Per andare a verificare quale sia la effettiva forma dell’universo dobbiamo analizzare la sua densità. Se essa fosse equivalente a un valore ben preciso, definito come densità critica (derivante dal modello cosmologico di Einstein-de Sitter), questo indicherebbe che il nostro universo è piatto, ovvero giacente su un piano e rispettante la geometria euclidea, destinato ad espandersi con velocità sempre minore. Nel caso la densità dell’universo fosse invece maggiore al valore critico, allora ci ritroveremmo in un universo chiuso, facilmente immaginabile come la superficie di una sfera: conviene però sperare che questa ipotesi sia errata, poichè significherebbe che il cosmo è destinato ad un terrificante collasso, causato dalla eccessiva materia presente (teoria del Big Crunch). La terza possibilità riguarda un universo aperto, la cui densità è invece inferiore al valore critico: l’universo assumerebbe in tal caso una forma “a sella” e sarebbe destinato ad espandersi a velocità sempre maggiore, raffrendandosi continuamente fino a diventare un freddo vuoto cosmico dove le particelle non sono più in grado di formare alcun elemento (teoria del Big Freeze). Ma non temete: sono possibili altri scenari, tanto assurdi quanto affascinanti.

 

I DATI CONFERMANO L’IPOTESI DI HOMER

Tra un sorso di birra Duff e l’altro con i suoi amici Lenny e Carl, Homer si è probabilmente chiesto se la densità dell’universo possa variare da luogo a luogo, introducendo nuove possibilità oltre a quelle già considerate, dove la densità veniva invece postulata come uniforme. E’ un quesito che si è posto anche la NASA, riuscendo a ottenere una risposta definitiva: nel 1989 la sonda Cosmic Background Explorer (CBE) rivelò infatti delle variazioni di temperatura all’interno della radiazione cosmica, ovvero la radiazione elettromagnetica che attraversa tutto il cosmo e che risale ai tempi del Big Bang. A queste fluttuazioni corrispondono zone di densità diversa, suggerendo la possibilità che l’universo possa possedere numerose curvature geometriche e pertanto assumere forme mai ipotizzate prima d’ora. Per approfondire la natura di queste fluttuazioni di temperatura, la NASA lanciò nel 2001 una ulteriore sonda spaziale, la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Dopo nove anni di racconta dati e rivelazioni, la sonda venne spenta e un team di cosmologi (guidati dal fisico tedesco Frank Steiner) misero immediatamente a confronto la teoria di un universo piatto ed infinito con un modello “a ciambella” adoperando le misurazioni ottenute: sorprendentemente, il secondo modello si mostrò più in sintonia con le informazioni ottenute dalla sonda spaziale.

 

COME IMMAGINARSI UN UNIVERSO A FORMA DI CIAMBELLA

Chiamato comunemente il Three-Torus Model of The Universe (il nome deriva dal toroide, una superficie a forma di ciambella), questo modello non è particolarmente facile da visualizzare. Il problema sta nel fatto che il nostro universo possiede tre dimensioni spaziali, e considerando che la superficie del toroide/ciambella è invece bidimensionale, sarebbe necessario introdurre una sorta di iperciambella con superficie tridimensionale, un vero e proprio sogno proibito di Homer! Per cercare di capire almeno intuitivamente questa ipotesi, proviamo ad assumere che l’universo possieda in realtà solamente due dimensioni, come un foglio che si allunga all’infinito.  Se arrotolate questo foglio per ottenere un cilindro, una delle due dimensioni smette di essere infinita, poiché diventa possibile girare attorno alla superficie del cilindro stesso e tornare alla posizione iniziale. Collegando poi le due estremità circolari tra di loro otterrete una vera e propria ciambella… la cui superficie è il nostro universo! Tutto ciò è molto strano e controintuitivo, ma la fisica è sempre stata maestra nel mettere in discussione la nostra visione percettiva della realtà, e il concetto stesso di “forma dell’Universo“ è quanto di più astratto e difficile ci si possa immaginare. La conseguenza più incredibile di questo modello, nel caso corrispondesse alla realtà, starebbe nel fatto che non importa quanto avanziate in una direzione qualsiasi, ad attendervi sarà proprio il luogo da cui siete partiti. Questo fenomeno è presente in alcuni videogiochi: procedendo oltre un lato dello schermo, il vostro personaggio uscirà dal lato opposto, come avviene in Super Mario o in Pac-Man.

 

 

Ovviamente questo meraviglioso modello rimane solamente una tra le miriadi di ipotesi proposte dai cosmologi. Le domande sulla topologia e sulla geometria dell’Universo sono ben lungi dall’avere una risposta definitiva, ma il fatto che Homer Simpsons potrebbe aver trovato la soluzione ad uno dei più grandi problemi scientifici di tutti i tempi è veramente esilarante. L’apparenza è davvero capace di ingannare!

Edoardo Bramini

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