REPORT - Jean-Pierre Luminet, La cosmologia del Big-Bang in crisi?
Dibattito organizzato con Centro Scienza Onlus, in partenariato con l’Institut français Italia, nell’ambito di GiovedìScienza e del ciclo Nessun uomo è un’isola.
. Moderano Piero Bianucci (scrittore scientifico) e Alberto Agliotti (divulgatore scientifico)
Jean-Pierre Luminet è un astrofisico, un cosmologo di fama internazionale, ma anche un artista, un poeta, un pittore, sceneggiatore, conferenziere, un narratore di scienza e un grande divulgatore. Il suo ultimo libro è L’Écume de l’espace-temps, Odile Jacob, 2020.
L’immagine del buco nero
Il crollo del grande radiotelescopio di Arecibo, sull’isola di Porto Rico, segna la fine di una lunga storia, durata 57 anni. È stato a lungo il più grande al mondo e ha avuto un ruolo fondamentale per la radioastronomia, che permette di studiare le radiazioni e fare moltissime scoperte.
La famosa foto del buco nero del 2019 non è stata presa da un unico telescopio, ma da una rete: tutti i radiotelescopi, distribuiti sul pianeta, e equivalenti a un telescopio di 8000 km di dimensione, hanno funzionato insieme per ottenere l’immagine. Questa immagine straordinaria è quella di un buco nero di 40 miliardi di km di diametro. Avere l’immagine del buco nero è un concetto contraddittorio: dovrebbe essere invisibile, bisogna quindi coglierne l’ombra, l’orizzonte del buco nero. Questa immagine ha avuto tanta risonanza nel mondo e Luminet era stato il primo a fare i calcoli necessari, nel 1978, per anticipare a cosa potesse somigliare. Questa “immagine virtuale” ottenuta all’epoca è quindi stata confermata dal telescopio.
La copertina di Nature sulla forma dell’universo
Conquistare la copertina di Nature è una consacrazione per un ricercatore, ed è stato il risultato di molta perseveranza, per vedere pubblicato il risultato di queste ricerche teoriche. Luminet aveva creato un gruppo internazionale di collaboratori brillanti, intorno alla questione della topologia cosmica, che si occupa di studiare la forma globale dell’universo, formulando ipotesi in un campo che fuoriesce dalla teoria della relatività di Einstein. Le prime pubblicazioni erano poco seguite dalla comunità dei ricercatori, poiché erano giudicate poco ortodosse. Nel 2003 quando arrivarono i primi risultati sperimentali grazie a un telescopio americano, si poté costatare che questi erano anomali rispetto a quello che ci si aspettava: la geometria del cosmo era strana, irregolare. Questa scoperta è l’oggetto del libro intitolato appunto L’Univers chiffonné (Gallimard, 2005) per descrivere la geometria del cosmo. Dopo ulteriori ricerche, la team di Luminet è arrivata alla conclusione che la forma dello spazio fosse dodecaedrica, ha scritto un articolo e lo ha mandato a Nature: l’articolo è stato pubblicato velocemente e ha fatto la copertina, con la domanda “è questa la forma dell’universo?”, i giornalisti lo hanno chiamato “il modello a pallone da calcio”. Questo tema, inizialmente marginale, è diventato importante nel campo della cosmologia.
La fusione tra la fisica delle particelle e l’astrofisica: dall’estremamente piccolo all’estremamente grande
Per cercare di capire l’universo bisogna parlare sia dell’infinitamente piccolo che dell’infinitamente grande: siamo fatti di particelle elementari, e gli atomi che ci costituiscono vengono dalle stelle, dal big bang. Tuttavia le conoscenze relative al molto piccolo e al molto grande sono state elaborate separatamente, dalla fisica delle particelle da una parte e dalla cosmologia, dalla teoria della gravitazione dall’altra; questi due ambiti hanno iniziato a incontrarsi negli anni 1960. Quando gli scienziati si sono accorti che la materia luminosa è solo una piccola parte dell’universo e per spiegare la materia oscura le ipotesi sono venute dalla fisica delle particelle. Invece al CERN, l’acceleratore di particelle permette di fare collisioni tra le particelle per ricostituire le condizioni del primitivo universo conosciuto. Si può così ricreare una situazione che lega infinitamente grande e piccolo ed è da questa fusione che nasce la fisica astroparticellare.
Sul big bang, viene reso un caldo omaggio ai lavori di Georges Lemaître, grande fisico belga, precursore dell’espansione dell’universo, del concetto di energia oscura, dell’idea di costante cosmologica… Le sue ricerche, in inglese, sono state prima ignorate e poi riscoperte. Questa storia del padre fondatore del big bang è stata ripercorsa da Luminet in L’invenzione del Big Bang, Dedalo, 2006.
Di seguito, il professore Luminet reagisce ai sondaggi creati dai moderatori per il pubblico e risponde alle domande che arrivano online, su vari temi e prospettive di ricerca: cosa lega i buchi neri alla materia oscura? Come dovrebbe essere revisionata l’idea del big bang? Quali sono i modelli, le teorie cosmologiche per il futuro dell’universo? Cosa succederebbe se due buchi neri fusionassero? Potremo un giorno manipolare le onde gravitazionali come manipoliamo tuttora le onde elettromagnetiche?
COMPTE-RENDU - Jean-Pierre Luminet, La cosmologie du Big-Bang en crise ?
Débat organisé avec le Centro Scienza Onlus, en partenariat avec l’Institut français Italia, dans le cadre de GiovedìScienza et du cycle Nessun uomo è un’isola. Modération: Piero Bianucci (auteur scientifique) et Alberto Agliotti (vulgarisateur scientifique)
Jean-Pierre Luminet est un astrophysicien, un cosmologue de renommée internationale, mais aussi un artiste, un poète, un peintre, un scénariste, un conférencier, un narrateur scientifique et un grand vulgarisateur. Son dernier ouvrage est L’Écume de l’espace-temps, Odile Jacob, 2020.
L’image du trou noir
L’effondrement du grand radiotélescope d’Arecibo, sur l’île de Porto Rico, marque la fin de 57 ans d’une longue histoire. Il a longtemps été le plus grand au monde et il a eu un rôle fondamental dans la radioastronomie, qui étudie les radiations et permet de faire de très nombreuses découvertes.
La célèbre photo du trou noir de 2019 n’a pas été prise par un seul télescope mais par un réseau: tous les radiotélescopes répartis sur la planète, équivalents à un télescope de 8000 km de diamètre, ont fonctionné ensemble pour obtenir cette image. Cette image extraordinaire est celle d’un trou noir de 40 milliards de km de diamètre. Avoir une image de trou noir est un concept paradoxal: il devrait être invisible, il faut donc saisir son ombre, son horizon. Cette image a eu beaucoup d’écho dans le monde et J.-P. Luminet avait été le premier à faire les calculs nécessaires, en 1978, pour prévoir ce à quoi elle pouvait ressembler. Cette “image virtuelle” obtenue à l’époque a donc été confirmée par le télescope.
La couverture de Nature sur la forme de l’univers
Figurer sur la couverture de Nature est une consécration pour un chercheur, et il s’agit du résultat de beaucoup de persévérance, pour en arriver à la publication de ces recherches théoriques. J.-P. Luminet avait monté un groupe international de brillants collaborateurs, autour de la question de la topologie cosmique, qui étudie la forme générale de l’univers en formulant des hypothèses qui prolongent la théorie de la relativité d’Einstein. Les premières publications ont été peu suivies par la communauté des chercheurs, car elles étaient considérées comme peu orthodoxes. En 2003, lorsque sont tombés les premiers résultats expérimentaux grâce à un télescope américain, on a pu constater qu’ils différaient de ce à quoi les scientifiques s’attendaient: la géométrie du cosmos était bizarre, irrégulière. Cette découverte a fait l’objet du livre justement intitulé L’Univers chiffonné (Gallimard, 2005), «chiffonné» décrivant la géométrie du cosmos. Après des recherches supplémentaires, l’équipe de J.-P. Luminet en est arrivée à la conclusion que l’espace avait une forme de dodécaèdre, ils ont écrit un article et l’ont envoyé à Nature: l’article a été publié très rapidement et il a fait la couverture, avec la question : “Is this the shape of the Universe ?”, les journalistes l’ont surnommé “le modèle en ballon de foot”. Ce sujet, initialement marginal, est devenu un champ de recherche important dans le domaine de la cosmologie.
La fusion entre la physique des particules et l’astrophysique: de l’extrêmement petit à l’extrêmement grand
Pour chercher à comprendre l’univers il faut parler à la fois de l’infiniment petit et de l’infiniment grand: nous sommes faits de particules élémentaires et les atomes qui nous composent viennent des étoiles, du big bang. Cependant les connaissances relatives au très petit et au très grand ont été élaborées séparément, par la physique des particules d’un côté et par la cosmologie, la théorie de la gravitation de l’autre ; ces deux domaines ont commencé à se croiser dans les années 1960. Lorsque les scientifiques se sont aperçus que la matière lumineuse n’est qu’une petite partie de l’univers, les hypothèses pour expliquer la matière noire sont venues de la physique des particules. Au CERN, l’accélérateur de particules permet quant à lui de créer des collisions entre particules pour reconstituer les conditions connues de l’univers primitif. On peut ainsi recréer une situation qui lie infiniment grand et petit et c’est de cette fusion que naît la physique des astroparticules.
Au sujet du big bang, J.-P. Luminet rend un hommage appuyé aux travaux de Georges Lemaître, grand physicien belge, précurseur de l’expansion de l’univers, du concept d’énergie sombre, de l’idée de constante cosmologique… Ses recherches, en anglais, ont d’abord été ignorées, puis redécouvertes. Cette histoire du père fondateur du big bang a été retracée dans L’Invention du Big Bang, Seuil, 2004.
Ensuite, le professeur Luminet réagit aux sondages proposés au public par les modérateurs et il répond aux questions qui arrivent pendant le live, sur différents thèmes et perspectives de recherche: qu’est ce qui relie les trous noirs à la matière noire? Comment faudrait-il réviser l’idée du big bang? Quels sont les modèles, les théories cosmologiques pour le futur de l’univers? Que se passerait-il si deux trous noirs fusionnaient? Pourrons-nous un jour manipuler les ondes gravitationnelles comme nous le faisons avec les ondes électromagnétiques?
(Sintesi di Julia Castiglione, lettrice di scambio La Sapienza Università di Roma / Institut français Italia)