“Duello” per i tre universi

Siamo negli anni Venti del ventesimo secolo ed è in corso uno dei tanti “duelli” intellettuali e scientifici che vedranno coinvolto Albert Einstein, il padre della relatività generale. Questo in particolare è con Willem De Sitter che gli contrappone un diverso modello di universo. Di li a poco però Einstein sarà impegnato in un altro duello che lo vedrà contrapposto a un semisconosciuto geofisico sovietico, che svilupperà le equazioni della relatività generale, proponendo tre modelli diversi di universo.

Il geofisico che non ti aspetti

L’universo di De Sitter è un modello semplificato, privo di materia ordinaria e caratterizzato da una costante cosmologica positiva che ne determina il tasso di espansione (più è grande la costante cosmologica più è alto il tasso di espansione). Inoltre è caratterizzato da una legge di espansione di Hubble coerente nello spazio e anche nel tempo, soddisfacendo così il principio cosmologico perfetto, che assume isotropia e omogeneità in tutto lo spazio-tempo.

A scompaginare le carte in tavola sarà un geofisico e meteorologo sovietico Aleksandr Aleksandrovič Friedmann, nato a Pietroburgo nel 1888. La vita di questo geniale scienziato attraversa una fase storica turbolenta per la Russia e l’Europa. I suoi genitori divorziarono quando Aleksandr aveva nove anni e il ragazzo andò a vivere con il padre che morì quando ne aveva diciannove.

Combatté come volontario la prima guerra mondiale nell’esercito russo come aviatore e alla fine dello spaventoso conflitto venne nominato professore nel dipartimento di matematica e fisica all’Università di Perm’, una città a ridosso dei Monti Urali.

Nel 1920 tornerà nella città natale dove passerà gran parte della sua vita con una cattedra all’Osservatorio di Geofisica, ma assunse anche incarichi in altri istituti per sopperire ad uno stipendio estremamente risicato. Friedmann era un provetto matematico, una persona sensibile e generosa che non esitava a lodare i colleghi e aiutare gli studenti a cui insegnava.

Friedmann e la teoria della relatività generale

Aleksandr partecipò convintamente alla Rivoluzione d’Ottobre, diventando direttore di una fabbrica di aeroplani durante il governo rivoluzionario. In una Pietrogrado stremata dai lunghi anni di guerra e dalla Rivoluzione bolscevica nel frattempo arrivano le notizie e gli articoli della teoria che sta rivoluzionando la fisica, la relatività generale di Einstein.

Friedmann entusiasta ci si immerge nello studio e nel 1922 pubblica uno studio in cui classifica tutte le soluzioni dell’equazione di Einstein sotto l’ipotesi che la materia sia distribuita nell’universo in modo continuo e uniforme – così come aveva fatto Einstein – ma senza presupporre che l’universo debba essere statico. La ricerca matematica condotta dal geofisico sovietico dimostra che ci sono tre classi possibili di universi.

I tre universi

Il primo è quello degli universi chiusi quando la materia è più densa di un certo valore critico. Questo universo ha un volume finito e un tempo limitato. È descritto da una geometria sferica che nasce all’istante del Big Bang, si espande fino a raggiungere una grandezza massima e poi implode per annientarsi in un Big Crunch, una specie di Big Bang al contrario.

La seconda classe delle soluzioni di Friedmann è quella degli universi aperti, quando la materia è meno densa del valore critico. Il volume può essere infinito e il tempo illimitato. Questo universo, descritto da una geometria iperbolica, è descritto come uno spazio curvo che nasce con il Big Bang e si espande vertiginosamente. La velocità di espansione diminuisce con il passare del tempo, rallentando sempre di più, senza però mai esaurirsi del tutto.

La terza classe, si colloca in una condizione intermedia tra i due precedentemente e sommariamente descritti: l’universo piatto. Questo universo si realizza quando la densità della materia è esattamente uguale al valore critico. La geometria dello spazio è euclidea. C’è un punto in comune tra tutti e tre i modelli di universo ipotizzati da Friedmann, non possono andare infinitamente indietro nel tempo. Questo significa che per tutti esiste un momento iniziale, un origine, un Big Bang.

L’irritazione di Einstein

Si trattava di un’ipotesi sensazionale che all’epoca non trovò molti estimatori. Tra i più accesi oppositori alle teorie di Friedmann ci fu Einstein, che già infervorato per il contenzioso con De Sitter, arrivò a pubblicare un articolo in cui confutava l’esattezza dei calcoli di Friedmann.

Il geofisico sovietico scrisse una lettera molto garbata ad Einstein in cui controbatteva le affermazioni del padre della relatività generale e lo invitava, nel caso si fosse reso conto della validità delle sue equazioni, a pubblicare una rettifica. Per sei mesi il geofisico sovietico attese una risposta da Einstein, ma questi impegnato in un lungo giro di conferenze e incontri internazionali non la ricevette. Nel 1923 all’università di Leida un amico e collega di Friedmann spiegò ad Einstein le obiezioni che gli erano state mosse al suo articolo che aveva stroncato i modelli d’universo proposti dal russo.

Una scoperta dimenticata e una vita sfortunata

A malincuore Einstein dovette ammettere che le equazioni di Friedmann erano corrette e controvoglia pubblicò una rettifica. Ironia della sorte i risultati del geofisico furono dimenticati e riscoperti molti anni dopo. Lo scienziato sovietico in seguito ad una forte depressione abbandonò gli studi di cosmologia. In quel particolare momento della sua vita si era innamorato di Natalia, una giovane geofisica del suo stesso istituto ed era torturato dai sensi di colpa verso la moglie Ekaterina, che aveva sacrificato tutto per lui.

Alla fine decise comunque di divorziare e sposare Natalia, da cui ebbe un figlio che non fece in tempo a conoscere. Dopo una pericolosa missione in mongolfiera in cui aveva sfiorato la morte, Friedmann raggiunse la moglie in Crimea dove stava passando gli ultimi mesi di gravidanza. Dopo qualche giorno tornò a Leningrado, si sentì male e morì pochi giorni dopo, il 16 settembre 1924. Aveva soltanto trentasette anni.

Come accade non di rado, nella storia della scienza, Friedmann pur incassando le “scuse” di Einstein non fece in tempo a vedere apprezzate le sue intuizioni dalla comunità scientifica che finì per dimenticarlo. Soltanto diversi anni dopo la sua morte gli fu riconosciuto l’importanza che il suo studio meritava rispetto all’espansione dell’universo.

Fonti:

alcune voci di Wikipedia

Giudice, Gian Francesco. Prima del Big Bang

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