L’azione della materia oscura è un mistero che ci accompagna da quasi un secolo, quando nel 1933 l’astronomo Fritz Zwicky studiando il moto delle galassie, in particolare negli ammassi della Chioma e quello della Vergine, fece dapprima una stima della massa delle galassie basandosi sulla luminosità, poi ricalcolò la massa basandosi sulla velocità individuale di ogni galassia, questo secondo valore risultò ben 400 volte superiore al precedente calcolo.
Stessa discordanza si ottenne negli anni 70′ con la seconda legge di Keplero, ovvero che più aumenta la distanza dal centro orbitale e meno sarà la velocità del corpo per mantenere l’orbita.
Studiando la rotazione delle Galassie, si notò come le stelle nelle regioni periferiche avessero una velocità rotazionale superiore a quella necessaria per mantenere l’orbita, tanto che la seconda legge di Keplero funzionava per il centro galattico ma non per le regioni galattiche più distanti.
Si è ipotizzato così l’esistenza di una materia non visibile che fosse in grado di giustificare queste incongruenze, da qui la nascita della materia oscura.
Di qui la comparsa di numerose teorie per spiegarne l’essenza:
- La materia oscura barionica
- La materia oscura non barionica
- Buchi neri primordiali
- Stelle brune
- Stelle solitoniche
- Stelle di bosoni
- Pepite di quark
E numerose teorie per spiegarne l’esistenza:
- Teoria modificata della gravitazione di Arrigo Finzi
- Gravitazione non simmetrica di John W. Moffatt
- Modified Newtonian Dynamics di Mordehai Milgrom
- Tensor-vector-scalar gravitation di Jacob Bekenstein
- L’illusione della polarizzazione gravitazionale di Dragan Slavkov Hajdukovic
- Buchi neri primordiali di Alexander Kashlinsky
- Osservazioni sulla radiazione cosmica di fondo di Constantinos Skordis e Tom Zlosnik
Ad oggi tuttavia ancora non si è stati in grado di costruire una teoria che avesse un supporto sperimentale certo e la ricerca continua.
La teoria della dilatazione spazio/temporale per spiegare i fenomeni della materia oscura
Iniziamo subito con il dire che la materia oscura, è tale, perché in verità non esiste nella maniera in cui viene ricercata.
Non esiste una massa aggiuntiva alla materia visibile che giustifica determinati macro comportamenti delle galassie, come la loro velocità orbitale negli ammassi o la velocità delle stelle nelle aree limitrofe della galassia o ancora le distorsioni e lenti gravitazionali, bensì tutto è giustificato da un unico fattore, ovvero l’esistenza della dilatazione spazio/temporale del nostro universo.
La realtà del nostro universo, ancora una volta si dimostra molto più elegante delle nostre capacità di pensiero.
Parliamo spesso di spazio/tempo, parliamo spesso di dilatazione temporale, ma si continua a trascurare gli effetti che la forza gravitazionale ha sullo spazio e non solo sulla materia.
Qui voglio introdurre il concetto dell’effetto della forza gravitazionale sullo spazio in termini di dilatazione o compressione di quest’ultimo.
Esempio dell’universo suddiviso in unità spazio/temporali
Da un punto di vista puramente teorico per semplicità esprimiamo il concetto attraverso un esempio semplificato.
Immaginiamo dapprima l’Universo come un sistema infinito a piano bidimensionale, dove in condizioni di equilibrio assoluto, possiamo suddividere l’intero sistema in settori quadrati di spazio/tempo di 1000m x 1000m, ottenendo così una infinita maglia uniforme a scacchiera.
Applichiamo ora a questa maglia in pieno equilibrio, il carattere dinamico delle trasformazioni dell’universo dall’origine ad oggi, tutte le forze che vi sono state applicate, ed anche le masse presenti, tenendo conto dell’effetto che la forza gravitazionale ha sullo spazio, otteniamo così una maglia spaziale in alcuni tratti equilibrata in modo uniforme come in origine, altre aree o filoni di spazio distorte e allungate, altre ancora ove c’è maggiore massa, altamente compresse.
Insomma troveremo notevoli discordanze tra macro aree in equilibrio, macro aree dilatate testimoni di eventi passati ed altre macro aree compresse grazie all’incidenza tangibile della materia visibile, il tutto è in continuo mutamento come fossero onde di uno stagno e la materia visibile come dei sassi di pietra pomice posti in esso, e di cui noi vediamo solo una istantanea dovuta alla nostra brevità di vita rispetto a quella dell’universo stesso.
Questa distorsione fa si che i quadrati in origine di forma 1000m x 1000m, non sono più tali in ogni punto dell’universo, ma per effetto delle forze, in particolare della gravità abbiamo che in alcuni punti sono diventati di 2000m x 2000m, in altri di 10cm x 10cm, in altri 1cm x 1cm.
Avendo ora compreso come le forze dell’universo e in particolare la gravità agisce sullo spazio, possiamo affacciarci alla comprensione del perché le velocità delle galassie, presenti all’interno di un ammasso, è superiore al dovuto per il mantenimento delle orbite rispettate, così come le velocità delle stelle ai confini delle galassie è superiore al dovuto per il mantenimento delle orbite.
Facciamo un’ulteriore esempio per comprendere anche quest’ultimo aspetto della teoria.
Esempio del saltello
Dato che in ambienti ad alta gravità, come la superficie della nostra terra, i quadrati di spazio/tempo sono compressi, e quindi molto più piccoli rispetto a quelli posti nel vuoto assoluto non affetto da forze, per esemplificazione consideriamo che in tali condizioni la maglia quadrata spazio/temporale sia divenuta di 10cm x 10cm, e che invece nell’orbita terrestre i quadrati sono più dilatati fino ad essere di 1m x 1m.
Possiamo dire che sulla nostra terra, con un saltino di 30cm, abbiamo attraversato ben 3 quadrati spazio/temporali da 10cm in solo 1 secondo.
Nello spazio invece, con un saltino di 30cm abbiamo attraversato giusto 1/3 di 1 solo quadrato spazio/temporale e per attraversarne 3 come sulla terra, il nostro salto dovrà essere di ben 3 metri, dovrò quindi effettuare un movimento molto più ampio per saltare 3 quadrati e sopratutto per completarlo in 1 secondo dovrò essere molto più veloce.
Lo stesso concetto vale anche per le stelle, se al centro della galassia serve un X di velocità rotazionale per essere in orbita regolare senza perdere l’orbita, vista la maglia quadrata più compressa, nei punti più lontani dal centro della galassia, serve molta più velocità di rotazione per eguagliare l’equilibrio dell’orbita gravitazionale, visto che la maglia quadrata spazio/temporale è più dilatata.
E tale effetto gravitazionale sullo spazio è da distinguere dall’effetto gravitazionale sulle masse, sono due elementi distinti che vanno misurati allo stesso per ottenere calcoli di traiettorie ed orbite congrue.
Questo fa si che l’interazione gravitazionale per la gestione delle orbite e dei legami non è strettamente legata alla sola forza di gravità con le masse visibili, bensì anche alla dilatazione o compressione della maglia spazio/temporale.
Motivo per cui in aree a basso accesso gravitazionale, essendo le maglie spazio/temporali più dilatate, serve molta più velocità rotazionale del solito per attraversarle in equilibrio e tale fattore non dipende più quindi dal semplice concetto di gravità, bensì dovrà essere applicata una costante alle formule gravitazionali per definire bene questo comportamento, che è la costante Spisso, essa definisce la dilatazione spazio/temporale.