Quando lanciamo un sasso verso l’alto, dopo una parabola più o meno alta, esso ricade a terra, attratto dalla forza di gravità del nostro pianeta. Quanta più energia mettiamo nel lancio, tanto più in alto esso arriva. Ci si può aspettare che con sufficiente energia, esso vada nello spazio e non ricada più. Questo è quello che succede infatti ai missili che lanciano satelliti artificiali o navette per l’esplorazione degli altri pianeti. I missili devono raggiungere la “velocità di fuga” che, come dice il suo nome, è quella velocità che permette di sfuggire alla forza di gravità di un corpo celeste. Bilanciando l’energia cinetica (di moto) di un oggetto con l’energia potenziale gravitazionale del corpo celeste da cui sfuggire si trova questa velocità. Sulla Terra, la velocità di fuga è di 11,2 km/s (=40320 km/h). Se la velocità di lancio è inferiore, il missile ricadrà al suolo; se uguale o superiore si allontanerà dalla Terra. Notate che la velocità di fuga è uguale per un missile di molte tonnellate come per un granello di sabbia; entrambi ricadono se non la raggiungono. Naturalmente, poiché l’energia di un corpo dipende dalla sua massa, ci vorrà molta più energia per sparare nello spazio un missile rispetto a un granello di sabbia. Ma non è finita; una volta nello spazio al di là della Terra, la maggior forza di gravità che si percepisce è quella del Sole, e per abbandonare il Sistema Solare partendo dalla distanza della Terra dal Sole bisogna superare i 42,1 km/s (=151560 km/h).
Ma qual è la velocità di fuga delle galassie entro il nostro orizzonte cosmico? Come il sasso o il missile, l’energia del Big Bang lancia la materia lontano, facendo espandere lo spazio-tempo. Se facciamo un disegno dell’espansione dell’Universo con lo spazio a 2 dimensioni e col tempo nell’altra dimensione, il Cosmo appare come il calice di un fiore che si allarga. Naturalmente il nostro universo è a 3 dimensioni ma l’autore del disegno (io) non sa ancora fare immagini a 4 dimensioni, né voi riuscireste a vederle. Come per il sasso, se l’energia dell’esplosione è minore dell’energia potenziale gravitazionale di tutte le galassie, dopo un allontanamento la velocità osservata delle galassie deve diminuire e tutto “ricade giù” in un Big Crunch, un grande impasto di materia ed energia, come nel disegno più a sinistra. Se le due energie si bilanciano, l’espansione è infinita e la sagoma del “calice” è una parabola (secondo disegno da sinistra) mentre se l’energia è maggiore la sagoma è un’iperbole (terzo disegno da sinistra). In tutti e tre i casi, la velocità deve diminuire ma in maniera diversa. Così gli astrofisici misurano le velocità delle galassie per calcolare la velocità media di tutta l’espansione. Poi passano questo dato agli astrofisici che si occupano di cosmologia perché ci facciano i loro modelli e le loro deduzioni. Personalmente, nella vita non mi sono mai piaciute le cose infinite (gusto mio, però!) e ho sempre sperato che si scoprisse così tanta massa da far finire l’Universo tra miliardi e miliardi di anni, e che il sasso simbolico dell’Universo lanciato dal Big Bang ricadesse giù in una fine luminosa. In effetti negli anni ’60 si sospettava già la presenza di materia non visibile, chiamata allora “eccesso del rapporto massa/luminosità”. Per la prima volta nel 1965 l’astronomo Karachentev, in uno studio di galassie in gruppi aveva fatto l’ipotesi che questo eccesso fosse causato da “materia oscura” o “materia invisibile”, ma aveva scartato questa ipotesi perché la quantità di materia oscura “sarebbe così grande da eccedere la massa delle stelle”. Si è scoperto poi che è proprio così., ma ne parleremo più avanti. Purtroppo, anche aggiungendo la materia oscura, i calcoli mostrano che l’Universo è destinato ad espandersi per sempre… e il sasso non ricade più!
