Dai buchi neri
all’inflazione cosmologica

Nella suggestiva sede della Specola Vaticana a Castel Gandolfo, dopo sette anni dalla prima edizione tenutasi nel 2017, si è svolta la seconda conferenza Buchi neri, onde gravitazionali e singolarità spazio-temporali in onore di monsignor Georges Lemaître, considerato il padre del modello del Big-Bang, e della sua eredità scientifica. Quaranta partecipanti provenienti dall’Asia, dall’Europa e dall’America hanno animato questo secondo evento, sponsorizzato dalla Specola Vaticana insieme all’Infn (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare).

I partecipanti sono stati accolti domenica sera, 16 giugno, con un ricevimento ufficiale nella sede della Specola a cui erano presenti diverse personalità, fra cui suor Raffaella Petrini, F.S.E., Segretario Generale del Governatorato dello Stato della Città del Vaticano. I quattro giorni — giovedì 20 giugno c’è stata un’udienza privata dal Santo Padre e, successivamente, si sono visitati i Musei Vaticani — sono stati caratterizzati da un dibattito molto intenso fra i partecipanti che hanno avuto la possibilità non solo di esporre le proprie tesi durante le loro presentazioni orali, ma anche di contribuire, alla fine di ogni giornata, a una discussione approfondita sui principali argomenti di confronto emersi durante l’intera sessione giornaliera. Questa formula di dibattito, unitamente alla particolare atmosfera di accoglienza e di stimolo intellettuale che è propria della Specola Vaticana, ha consentito un confronto straordinariamente creativo e produttivo fra esponenti di diverse comunità scientifiche anche molto lontane tra loro. Scienziati specializzati nelle più recenti osservazioni, fisici teorici e storici della fisica hanno avuto la possibilità di trovare un linguaggio comune e di mettere a fuoco le sfide più importanti dell’astrofisica, della cosmologia e dalla gravità quantistica.

Uno dei temi affrontati è stato quello della cosiddetta «tensione nella misura della costante della legge di Hubble-Lemaître». Questa costante descrive la velocità di recessione delle galassie in funzione della loro distanza. Essa si può determinare con due metodi distinti: tramite lo studio delle supernove di tipo ia , oppure mediante l’analisi della radiazione di fondo cosmico, la famosa Cmb (Cosmic Microwave Background). La tensione consiste nel fatto che le due misure diano due risultati diversi, che non appaiono conciliabili tra di loro. Al momento non si riesce a spiegare questa discrepanza. Potrebbe essere un problema del modello standard della cosmologia (chiamato cCdm) o potrebbe essere un “segnale” che sia necessario un nuovo modello cosmologico. Per adesso, comunque, si tratta di ipotesi e sono necessari ulteriori studi.

Sul versante della gravità quantistica si è parlato di differenti approcci nel tentativo di unificare il campo gravitazionale classico, che determina l’attrazione di corpi massivi a grande distanza, con la meccanica quantistica, che regola i fenomeni fisici su scala atomica e subatomica. Un oggetto di riferimento standard sono i buchi neri per i quali metodi semiclassici, cioè metodi “approssimati” che uniscono ragionamenti di fisica classica e di fisica quantistica, hanno predetto avere un’entropia, che in fisica è sinonimo sia di varietà di stati microscopici sia di disordine, proporzionale all’area dell’orizzonte degli eventi.

Alla conferenza si è posta l’enfasi sul fatto che diverse considerazioni sul calcolo di tale entropia già suggeriscono che la gravità abbia una natura quantistica. Su questa “natura” ci sono stati diversi dibattiti. Alcuni hanno sostenuto che la quantizzazione debba seguire le cosiddette regole “canoniche”, cioè quelle su cui si basa usualmente la quantizzazione della meccanica e delle teorie di campo, quale ad esempio l’elettrodinamica. Questo approccio comporta un “principio di olografia”, cioè che i gradi di libertà della teoria quantizzata siano meno di quelli iniziali nella teoria classica. Su questo filone si muove anche l’approccio della teoria delle stringhe con la nuova proposta del Landscape in antitesi allo Swampland. Questo modello si prefigge di unificare tutti gli approcci esistenti di gravità quantistica che, nella versione delle teorie effettive cercano di trovare delle connessioni fra i diversi modelli di gravità quantistica e la teoria delle stringhe. Interessanti sono state anche le discussioni sul fatto che i buchi neri primordiali, presumibilmente formatisi a causa di picchi nello spettro delle perturbazioni quantistiche che comportano il collasso gravitazionale una volta rientrate nell’orizzonte cosmologico, potrebbero essere all’origine della misteriosa materia oscura, e il dibattito sulla conservazione o meno dell’informazione che deriva dall’entropia dei buchi neri.

Si è inoltre discussa la teoria dell’inflazione cosmologica che è alla base di quella fase di espansione esponenziale con cui il nostro universo avrebbe avuto inizio e si sarebbe poi espanso. In questa edizione, sono state altresì affrontate alcune tematiche che riguardano i fondamenti della meccanica quantistica connessi con la teoria dell’inflazione cosmologica e la questione che la forza gravitazionale potrebbe avere un ruolo, nella gravità quantistica, relativamente al collasso della funzione d’onda nel processo di misura.

La conferenza ha raggiunto lo scopo di far dialogare esperti di differenti settori, che solitamente non si confrontano fra di loro. A questo proposito vale la pena ricordare i dibatti, a tratti anche accesi, avvenuti sulla questione se la meccanica quantistica possa o meno essere considerata una teoria che fornisce una descrizione completa della realtà (una fondamentale questione che risale al dibattito Einstein-Bohr), sul problema del cosiddetto collasso della funzione d’onda, e la possibilità o meno di dover modificare le equazioni fondamentali per poterlo descrivere.

Ampio spazio è stato dato a come il modello fondamentale della cosmologia (Acdm) sia in accordo con i dati osservativi. Al momento sembra ancora essere — anche alla luce delle ultime osservazioni del telescopio spaziale James Webb — il modello migliore a nostra disposizione.

Per gli organizzatori della conferenza — Massimo Bianchi, Sergio Cacciatori, Matteo Galaverni, Gabriele Gionti S.J. e Fabio Scardigli — la cifra unificante di queste giornate è stata la figura di monsignor Lemaître. «È stato stimolante e illuminante saperne di più su Georges Lemaître — scrive uno dei partecipanti — e sugli ultimi sviluppi in tante aree di ricerca che discendono dalla visione e dai contributi di Lemaître. Inoltre, visitare la Specola, il Vaticano e incontrare Papa Francesco sono state esperienze stimolanti e illuminanti!... Penso che Georges Lemaître sarebbe stato molto felice di partecipare all’incontro, e infatti ho sentito la sua presenza e l’ho immaginato lì nella stanza con noi».

Gli organizzatori
della Conferenza Lemaître 2024