INTERNATIONAL SCHOOL OF COSMOLOGY AND GRAVITATION «PETER G. BERGMANN»

La Scuola di Cosmologia e Gravitazione consiste nello studio dell’universo nella sua immensa interezza. Una concezione della cosmologia vede l’universo delle galassie come una sorta di fluido diffuso in cui le galassie stesse svolgono il ruolo di particelle fondamentali. La cosmologia moderna si basa sul famoso lavoro di Einstein sulla relatività generale. I primi modelli cosmologici si basavano su questa nuova teoria della gravitazione. Einstein fu guidato nel suo lavoro dal principio di Mach, secondo cui le proprietà inerziali della materia sono determinate dal comportamento della materia su scala cosmica. Con il suo sviluppo, la cosmologia, a partire dai modelli cosmologici basati sulla teoria generale della relatività, ha continuato a crescere fino a diventare una branca della fisica più ampia e allo stesso tempo più specializzata. Dopo la scoperta di Hubble e Humanson dello spostamento verso il rosso delle linee spettrali nelle galassie lontane e la sua successiva interpretazione in termini di espansione generale dell’universo, hanno prevalso modelli dell’universo che implicano uno stato iniziale singolare. Questi modelli assicurano che è completamente privo di senso indagare il comportamento dell’universo prima di questo punto. È stata proposta anche un’ipotesi alternativa, che prevede un universo stazionario in cui si suppone che la costante creazione di materia compensi la sua dispersione durante l’espansione dell’universo. È ovvio che in questo caso non si può parlare di età dell’universo. Si può invece parlare di un’età media di una parte dell’universo. L’ipotesi dell’universo come stato stazionario sembra essere stata contraddetta da recenti scoperte e osservazioni, in particolare dall’interpretazione cosmologica dello spostamento verso il rosso dei quasar e della radiazione di fondo. L’accettazione del fatto che i grandi spostamenti verso il rosso dei quasar siano cosmologici porta alla conclusione che i quasar sono gli oggetti più lontani mai osservati. Questo porterebbe a sua volta alla conclusione che l’universo era in passato diverso dal suo stato attuale. La scoperta della radiazione di fondo nel 1965 (la sua esistenza era stata prevista da Gamow già nel 1948) sembra implicare l’esistenza di uno stato iniziale molto caldo, simile a quello ipotizzato nelle teorie del big-bang, di cui la radiazione di fondo è un residuo. Qui iniziano le speculazioni sullo stadio iniziale dell’universo, in particolare quando, come Gamow sottolineò nel 1948, la radiazione predominava sulla materia. Lo studio della radiazione di corpo nero ad alte temperature (tra 400 e 1000 MeV), dove le interazioni forti giocano un ruolo chiave tra pioni, nucleoni e antinucleoni, sembra essere di primaria importanza. A queste alte temperature, la radiazione di corpo nero è costituita da fotoni, elettroni, positroni, neutroni, muoni, pioni, nucleoni, antinucleoni e forse kaoni e iperoni. Nel discutere l’equilibrio termico in questa fase dell’universo, si deve tener conto delle interazioni forti. È facile capire il valore e l’importanza dello studio delle particelle elementari in un corso di cosmologia e di modelli cosmologici. È anche abbastanza facile capire l’importanza di studiare anche quelle fasi dello sviluppo dell’universo in cui la presenza di un’alta densità di neutrini era importante; sembra che, a causa della viscosità dei neutrini, anche un universo altamente anisotropo diventi presto isotropo. Un altro argomento molto interessante riguarda l’origine delle galassie e il problema correlato del mezzo intergalattico. Tuttavia, questo problema richiede la conoscenza della fisica del plasma. Questo aspetto della cosmologia e il relativo problema del momento angolare meritano grande attenzione. Occorre prestare attenzione anche alla scoperta delle onde gravitazionali che, per le loro implicazioni cosmologiche, consentono alcune interessanti speculazioni su ciò che accade nei nuclei delle galassie. Alcuni nuclei galattici, oltre a essere forti emettitori di radiazione infrarossa, mostrano il verificarsi di eventi estremamente violenti; tutti questi fenomeni suggeriscono che nei nuclei galattici deve esistere materia super-densa, materia collassata o buchi neri. I problemi cosmologici sollevati dalle recenti scoperte sono numerosi. Molte importanti branche delle scienze fisiche sono riunite nella cosmologia, come la fisica delle particelle elementari, le reazioni termonucleari, la materia super-densa e molti concetti fondamentali come la geometria dello spazio-tempo, il principio di Mach, la direzione del tempo e altri.