Materia ed Energia, Visibile e Invisibile

“Our perceptual system is our window on the world, but it’s also a conceptual prison” Donald Hoffman

“Il nostro sistema di percezione è la nostra finestra sul mondo, ma è anche una prigione concettuale” Donald Hoffman.

Questa frase di Donald Hoffman sintetizza un concetto fondamentale nella comprensione di “chi veramente siamo” nell’accezione socratica “Conosci te stesso”.

Noi siamo anche il nostro corpo fisico, ma non solo. Credo infatti che la chiave per aprire la porta alla comprensione di “chi veramente siamo” sia l’andare oltre il nostro sistema di percezione attraverso il corpo (vista, udito, odorato, tatto) poiché ciò che si vede o si sente (con i sensi appunto) non è tutto ciò che esiste! 

Le scienze oggi ci confermano che quello che vediamo con i nostri occhi o che possiamo percepire al tatto è solo una piccola parte di ciò che effettivamente esiste. 

Oggi sappiamo dalla scienza che la “realtà esistente” è costituita da una massa visibile (4%) e da una parte invisibile (96%).

La massa visibile è composta da densità di materia che emette luce. La parte invisibile invece da materia oscura per il 22% ed energia oscura per il 74%.

Negli anni ’70 infatti Vera Rubin, astronoma americana, aveva dimostrato per prima l’esistenza della materia oscura. Era arrivata a questo risultato grazie ai suoi studi pionieristici sulle curve di rotazione delle galassie. Aveva infatti scoperto che le galassie non ruotavano nelle modalità previste e che anomalie osservate fossero dovute all’attrazione esercitata dalla gravità di una forma di materia diversa da quella ordinaria e visibile. Oggi sappiamo che quest’ultima occupa appena il 4% dell’universo, mentre la materia oscura è 5 volte più abbondante. 

Vera Rubin pur non avendo ottenuto il Nobel, è stata insignita del Dickson Prize, della National Medal of Science (1993), dell’Henry Norris Russell Lectureship (1994), della Gold Medal of the Royal Astronomical Society (1996), della Bruce Medal (2003) e della James Craig Watson Medal (2004). Le è stato dedicato un asteroide, 5726 Rubin

Il cosmologo James Peebles premiato ad ottobre 2019 con il Nobel per la Fisica, ha scoperto una componente dominante di materia nell’universo, del tutto diversa dalla materia ordinaria composta di atomi. Si tratta della materia oscura ‘fredda’ (Cold Dark Matter, CDM), vale a dire un particolare nuovo tipo di materia che sarebbe alla base della formazione delle grandi strutture cosmiche (galassie, ammassi di galassie), e quindi anche della nostra vita stessa.

Negli ultimi anni inoltre il prof. Peebles ha studiato la forma di energia (che non è né materia né radiazione) che costituisce i tre quarti dell’intera energia dell’universo, l’energia oscura, indicata con la lettera greca lambda: “Da qui – ha concluso Masiero – è scaturito il modello del Big Bang chiamato Lambda-Cdm e di cui Peebles è senz’altro uno dei padri fondatori.

Scoprire la natura di materia ed energia Oscura, particelle invisibili e finora mai viste, è la grande scommessa della fisica contemporanea, sulla quale stanno indagando centinaia di ricercatori in tutto il mondo e grandi progetti, come quelli condotti dal più grande acceleratore del mondo, il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra. 

Il noto astrofisico italiano Massimo Teodorani ne “L’atomo e le particelle elementari” spiega come si è arrivati a cogliere l’esistenza di una preponderante parte invisibile facente parte della realtà stessa:

“Fino alla prima metà del Novecento si riteneva che la quasi totalità della massa dell’universo risiedesse nelle stelle e nelle galassie in cui esse sono contenute.

Bastava monitorare l’universo con i telescopi, rilevare la luce dei corpi celesti e dedurre automaticamente che solo ciò che emette luce è dotato di massa.

Poi, proprio da un’attenta analisi delle osservazioni astronomiche ci si è accorti che le cose non stanno affatto in questi termini, al punto tale che oggigiorno abbiamo un’accurata conferma che i corpi celesti luminosi rappresentano solo il 4% della massa dell’universo.”

Attraverso lo studio della rotazione delle stelle nelle galassie si è notato che le stelle più lontane al centro della propria galassia hanno una velocità di rotazione anomala (maggiore) rispetto alle leggi gravitazionali di Keplero e Newton e questo rispecchierebbe anche la rotazione delle galassie stesse all’interno di un ammasso di galassie.

“Si è dunque assodato che il rapporto tra la massa di ciò che effettivamente si vede perché emette luce e la massa relativa a ciò che non si vede deducibile dal comportamento gravitazionale anomalo dei corpi celesti è un valore compreso, a seconda dei casi, tra 200 e 400, anziché 1 se dovessimo interamente credere a Keplero e Newton.

Ciò dimostra che ben il 96% della materia che compone galassie e ammassi di galassie si trova in qualcosa di invisibile che non riusciamo a vedere direttamente, ma di cui potremmo talvolta essere in grado di misurarne gli effetti”.

Dell’esistenza di una materia oscura “invisibile” e avente effetti gravitazionali in molteplici fenomeni astronomici che non emette alcuna radiazione elettromagnetica e pertanto non individuabile dagli strumenti di analisi degli astronomi si legge anche nei testi di Vittorio Marchi in particolare in “La Scienza dell’Uno” 2007 “noi osserviamo la luce elettromagnetica che interagisce con un solo tipo di materia, quella ordinaria… la realtà dell’invisibile è ben più vasta di quella che appare ai nostri limitatissimi sensi … chi vive nel mondo di scena vede solo quel segmento discontinuo di realtà costituito dalla materia nucleare da cui partono le radiazioni elettromagnetiche che impressionano la retina dell’occhio… l’apparato visivo umano riesce a cogliere solo quelle di lunghezza d’onda compresa tra i 400 e i 700 nm”. 

Di Energia Oscura invece si è iniziato a parlare dal 1998 quando il cosmologo statunitense Michael S. Turner ne conia il termine, sebbene l’idea partì già un secolo prima con l’introduzione di Einstein della Costante Cosmologica nella teoria della relatività.  La costante cosmologica era intesa infatti come una forma di energia non rilevabile che permea lo spazio e che oggi ci aiuta a capire il comportamento dell’Energia Oscura.