L'energia della luce scompare nel vuoto dello spazio?

Immagina di lanciare una pallina colorata in un corridoio che si allunga all'infinito mentre la pallina viaggia. Cosa succederebbe al suo colore? In astronomia, succede qualcosa di simile alla luce che viaggia tra le galassie. Mentre l'universo si espande, i fotoni (le particelle di luce) subiscono un fenomeno chiamato 'redshift': la loro lunghezza d'onda si allunga e l'energia diminuisce.

Per anni abbiamo usato un modello standard, chiamato FLRW, che ci dice che l'energia dei fotoni semplicemente 'svanisce' a causa dell'espansione dello spazio. Sembra strano, vero? In fisica, l'energia di solito non sparisce nel nulla. Proprio per questo, alcuni ricercatori stanno studiando un'alternativa chiamata 'Cosmologia Conformale' (CC).

Secondo questo nuovo modello, l'energia della luce rimarrebbe conservata, cambiando solo il modo in cui percepiamo lo spazio e il tempo. La cosa più incredibile è che questo approccio potrebbe spiegare perché le galassie ruotano così velocemente senza dover inventare la misteriosa 'materia oscura'. Forse non ci manca della materia invisibile, ma abbiamo solo bisogno di un nuovo modo di guardare la geometria dell'universo!

Il dibattito tra la metrica di Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) e la Cosmologia Conformale (CC) tocca i fondamenti della relatività generale. Nella metrica FLRW, che è la base del modello $\Lambda$CDM, l'universo è considerato omogeneo e isotropo. In questo contesto, l'espansione dello spazio-tempo provoca un aumento della lunghezza d'onda dei fotoni (redshift cosmologico). Poiché l'energia di un fotone è inversamente proporzionale alla sua lunghezza d'onda ($E = hc/\lambda$), l'espansione comporta una perdita di energia che non è recuperata in alcun altro sistema, violando di fatto la conservazione dell'energia su scale cosmologiche.

La metrica della Cosmologia Conformale propone invece una trasformazione geometrica dello spazio-tempo. In questo modello, la metrica è legata a quella di Minkowski tramite un fattore di scala conformale. Questo permette di mantenere l'invarianza dell'energia dei fotoni durante il loro viaggio. Oltre alla conservazione energetica, il modello CC è particolarmente interessante perché riesce a spiegare le curve di rotazione delle galassie. Nelle galassie a spirale, le stelle esterne orbitano a velocità molto più elevate di quanto previsto dalla massa visibile; solitamente, questo gap viene colmato ipotizzando l'esistenza della materia oscura. La metrica CC suggerisce che tale anomalia sia invece un effetto della geometria dello spazio-tempo stesso, eliminando la necessità di particelle ipotetiche non rilevate. Questo approccio ridefinisce inoltre la dilatazione temporale osservata nelle supernove di tipo Ia, fornendo una descrizione coerente dei dati osservativi senza ricorrere a costanti cosmologiche aggiuntive.