Quale sarà il destino finale dell’Universo? Big Freeze, Big Crunch, Big Rip: le ipotesi più plausibili

Se e come l'Universo sia destinato a finire è una questione attorno a cui c'è un fervente dibattito a cavallo tra scienza, filosofia e religione. Qui ci occuperemo solamente dell'aspetto scientifico. Secondo le attuali conoscenze di fisica e di cosmologia, la fine ultima del nostro Universo non è ancora ben compresa. Possiamo tuttavia avanzare alcune ipotesi riguardo al suo destino. Per esempio, quella giudicata più verosimile per la comunità scientifica è un'infinita espansione sempre più fredda del cosmo, che gli scienziati chiamano Big Freeze. Al contrario, l'ipotesi del Big Crunch prevede che l'espansione termini fino a che il cosmo prenda a contrarsi tornando verso una singolarità finale non dissimile a quella che 13,8 miliardi di anni fa diede origine al Big Bang. Infine, esiste l'ipotesi del Big Rip, il “Grande strappo”, descritta come un'espansione sempre più accelerata dello spaziotempo in grado di smembrare e disintegrare qualunque struttura, anche quelle più microscopiche.

Un ingrediente fondamentale per capire il destino ultimo dell'Universo si cela dietro la comprensione di uno dei più grandi misteri della fisica attuale: l'energia oscura, che ha un ruolo chiave nello stabilire il tasso di espansione cosmica e la sua evoluzione nel tempo.

Visto che il destino del cosmo è una questione scientifica di frontiera, al momento non abbiamo abbastanza dati per poter dire quando l'Universo finirà: le varie ipotesi al momento sono congetture che possono variare anche drasticamente in funzione del particolare modello matematico o fisico che viene usato. Tanto per dare alcuni numeri, acuni modelli prevedono un Big Crunch tra "soli" 16,7 miliardi di anni, mentre altri prevedono per il cosmo una vita di 10¹⁰⁰ anni.

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Di Stefano Gandelli

Lo scenario più probabile: il Big Freeze

Da ormai qualche decennio i cosmologi hanno compreso che l'Universo è in una fase di espansione accelerata. L'entità fisica – la cui natura è al momento sconosciuta, e la cui esistenza non è nemmeno certa – responsabile di questo fenomeno controintuitivo è quella che gli astronomi chiamano energia oscura.  Il fatto che l'espansione cosmica acceleri nel tempo fa sì che gli oggetti astronomici lontani che osserviamo con i telescopi più potenti, come il James Webb Space Telescope, si allontanino tra loro e da noi con una rapidità sempre maggiore. Ogni galassia, ogni ammasso di galassie, diventerà sempre più isolato da tutti gli altri, e l'Universo sempre più vuoto e più freddo.

Stando alle nostre conoscenze attuali, se l'energia oscura rimane costante nel tempo (cioè, se la quantità di energia per ogni centimetro cubo di volume nell'universo rimane sempre uguale) non ci sarà niente a impedire all'espansione cosmica di proseguire all'infinito. Anche le stelle abbastanza vicine per essere ancora viste spariranno gradualmente dal nostro orizzonte, mentre altre non saranno più in grado di formarsi. Mentre tutto questo accade, l'universo si raffredda finché l'entropia non raggiungerà il suo massimo impedendo così a qualunque fenomeno di avvenire. Questa "morte fredda" è chiamata Big Freeze ("Grande congelamento") o morte termica dell'Universo.

Gli ultimi attori sul palcoscenico dell'Universo saranno molto probabilmente i buchi neri, ma anche loro non vivranno in eterno. Nonostante il loro nome, infatti, anche i buchi neri non sono del tutto neri ma emettono una flebile radiazione che li porterà in tempi molto più lunghi della vita attuale dell'Universo a scomparire. Le ultime luci che pervaderanno il cosmo potrebbero paradossalmente essere quelle degli oggetti più oscuri che lo hanno abitato.

Lo scenario del Big Rip: quando l'energia oscura aumenta nel tempo

Poiché conosciamo ancora poco sull'energia oscura, non siamo certi che il suo valore risulti costante. Al momento non possiamo escludere che aumenti sempre di più: questo porterebbe l'espansione cosmica ad accelerare in modo sempre più estremo, fino ad arrivare ad uno scenario ancora più estremo: il Big Rip, "Grande strappo".

Secondo questa ipotesi, anche gli oggetti che nello scenario del Big Freeze rimarrebbero legati gravitazionalmente (dagli ammassi di galassie in giù, per intenderci) verranno prima o poi smembrati. Le galassie si smembrerebbero, i pianeti si allontanerebbero dalle loro stelle madri, così come le lune dai loro pianeti. Piano piano anche i costituenti ultimi della materia, le molecole e gli atomi, verrebbero disgregati, rendendo l'Universo composto solamente da una “zuppa” sempre più rarefatta di particelle elementari e fotoni.

Il Big Crunch: l'Universo ricollassa su se stesso

Alcune ipotesi matematiche sulla natura dell'energia oscura sono compatibili invece con un destino per certi versi "inverso" a quello del Big Freeze o del Big Rip: il Big Crunch, in cui l'espansione dell'universo non è infinita. Una volta raggiunta la dimensione massima, la gravità vince l'antichissimo “tiro alla fune” con la spinta espansiva e porta al collasso dello spaziotempo stesso: l'Universo comincia a contrarsi, diventando sempre più denso e caldo, com'era all'inizio del tempo.

Le galassie lontane andrebbero l'una verso l'altra, scontrandosi le une con le altre. Lo stesso accadrà prima o poi su scale sempre più piccole, finché tutta la materia nel cosmo si concentrerà insieme, scomponendosi per via delle temperature sempre più alte in un mare densissimo e caldissimo di particelle elementari ed energia.

Quale sarà la fine dell'Universo?

Big Freeze, Big Rip e Big  Crunch sono solo alcuni degli scenari possibili per il futuro del nostro Universo. Un'altra ipotesi è per esempio quella del Big Bounce o Universo ciclico, che prevede un'alternanza tra fasi di espansione e fasi di collasso. Ma come possiamo capire quale delle ipotesi è corretta?

Uno degli ingredienti fondamentali sarà lo studio e la comprensione dell'energia oscura sia attraverso osservazioni cosmologiche sempre più precise, sia attraverso esperimenti di fisica fondamentale. Risulterà poi indispensabile conoscere meglio sia la fisica delle particelle elementari che la materia oscura, un altro mistero ancora oggi irrisolto.

Un ultimo ingrediente necessario sarà quello dello studio dell'Universo primordiale, possibile sia con una maggiore comprensione della radiazione cosmica di fondo che delle onde gravitazionali primordiali.

Quale sia il destino ultimo dell'Universo oggi non è possibile saperlo, ma solo migliorando i nostri dati sperimentali ed i nostri modelli teorici potremo arrivare a una maggior certezza su questa gigantesca domanda.