La costante cosmologica e il “più grande errore” di Einstein: una nuova spiegazione dalla Brown University
Quella che Albert Einstein definì con amarezza il suo “più grande errore” potrebbe finalmente avere una spiegazione. La costante cosmologica, quel valore misterioso che descrive l’energia responsabile dell’espansione accelerata dell’universo, è da decenni al centro di uno dei rompicapi più ostinati della fisica moderna. Un gruppo di ricercatori della Brown University ha pubblicato su Physical Review Letters uno studio che propone una soluzione tanto elegante quanto inaspettata, collegando la gravità quantistica a un fenomeno della materia condensata noto come effetto Hall quantistico.
Il problema, in parole povere, è questo. Secondo la teoria quantistica dei campi, lo spazio vuoto non è affatto vuoto: pullula di fluttuazioni quantistiche che dovrebbero produrre un’energia enorme. Così enorme che la costante cosmologica, secondo i calcoli, dovrebbe essere un numero gigantesco, quasi infinito. Eppure le osservazioni astronomiche raccontano tutt’altra storia. Il valore reale è incredibilmente piccolo. Se fosse grande quanto previsto dalla teoria, galassie, stelle, pianeti e la vita stessa non sarebbero mai potuti esistere. Qualcosa, insomma, tiene a bada quell’energia. Ma cosa?
Quando la topologia dello spaziotempo protegge l’universo
Il team guidato dal fisico Stephon Alexander, insieme ai colleghi Aaron Hui e Heliudson Bernardo, ha trovato una somiglianza matematica sorprendente tra un approccio alla gravità quantistica chiamato stato di Chern-Simons-Kodama e l’effetto Hall quantistico. Quest’ultimo è un fenomeno in cui la conduttanza elettrica assume valori estremamente precisi, che restano stabili anche in presenza di difetti nel materiale. Questa stabilità deriva dalla topologia, quella branca della matematica che si occupa della “forma” profonda di un sistema, non dei dettagli superficiali.
Ed è proprio qui che la faccenda si fa interessante. I ricercatori sostengono che una protezione topologica analoga agisca anche sulla costante cosmologica. Come la topologia blocca i valori della conduttanza nell’effetto Hall quantistico, così la struttura topologica dello spaziotempo potrebbe bloccare la costante cosmologica su valori stabili, impedendo alle fluttuazioni quantistiche di farla schizzare verso l’alto. Alexander lo ha spiegato con parole piuttosto chiare: tutte le perturbazioni quantistiche che dovrebbero far esplodere il valore della costante cosmologica vengono rese inerti dalla topologia, che ne mantiene la stabilità.
Da Einstein a oggi: un errore che torna protagonista
Vale la pena ricordare il viaggio turbolento di questa costante. Einstein la introdusse nelle sue equazioni della relatività generale perché credeva che l’universo fosse statico e gli serviva un termine per bilanciare la gravità. Poi Edwin Hubble scoprì nel 1929 che l’universo si stava espandendo, e quel termine sembrò inutile. Einstein lo rimosse, definendolo il suo errore più grande. La costante cosmologica sparì dai radar per decenni, fino al 1998, quando gli astronomi scoprirono che l’espansione dell’universo sta addirittura accelerando. A quel punto il vecchio “errore” tornò prepotentemente in gioco.
Alexander sottolinea che c’è ancora molta strada da fare prima di poter confermare definitivamente questa spiegazione topologica. Però i risultati rappresentano un passo significativo, e rafforzano la credibilità dello stato di Chern-Simons-Kodama come candidato serio per una futura teoria della gravità quantistica. Come ha detto lo stesso Alexander: hanno preso qualcosa di vecchio, un approccio conservativo alla quantizzazione della gravità, e hanno scoperto qualcosa di nuovo che era sempre stato lì, nascosto sotto gli occhi di tutti.
