Gravità modificata

Gravità modificata si riferisce a teorie che modificano o estendono la di Einstein relatività generale – la nostra descrizione standard della gravità – per spiegare enigmi che la relatività generale, combinata con la materia conosciuta, non può facilmente spiegare. La relatività generale ha superato ogni test di precisione per oltre un secolo, quindi modificarla non è un’operazione alla leggera. Ma due dei più grandi misteri della fisica motivano questo sforzo.

Perché cambiare una teoria di successo?

La prima motivazione è l’accelerazione cosmica. L'espansione dell'universo sta accelerando, normalmente attribuita a energia oscura. Un’alternativa è che la gravità stessa si comporti diversamente su scala più grande, producendo accelerazione senza alcuna nuova componente energetica. La seconda motivazione è la rotazione delle galassie, solitamente spiegata con materia oscura; alcune teorie modificano invece il funzionamento della gravità a basse accelerazioni. Una motivazione più profonda è la ricerca di gravità quantistica, dove le estensioni delle equazioni di Einstein nascono naturalmente.

Tipi comuni di modifica

La maggior parte delle teorie sulla gravità modificata aggiungono nuovi ingredienti alla relatività generale in modi controllati. Teorie scalari-tensoriali aggiungi un campo extra accanto alla geometria dello spaziotempo, quindi la forza della gravità può variare nello spazio e nel tempo. f(R) gravità generalizza l’equazione che collega la curvatura all’energia. Gauss–Bonnet e le teorie di dimensione superiore aggiungono termini di curvatura aggiuntivi che diventano importanti in campi forti o dimensioni extra. Ciascuno deve ridursi alla relatività generale ordinaria nei regimi in cui è stato testato – come il Sistema Solare – mentre differisce altrove.

Come viene testata la gravità modificata

La forza della relatività generale è che fa previsioni precise e qualsiasi modifica deve corrispondere ad esse. I test includono le orbite precise dei pianeti e delle pulsar binarie, la deflessione della luce da parte delle galassie (lente gravitazionale), la velocità di onde gravitazionali – misurato nel 2017 per eguagliare la velocità della luce con una precisione straordinaria, che ha escluso molte proposte in un colpo solo – e lo schema dettagliato della struttura cosmica. Ogni nuova osservazione restringe il campo delle alternative praticabili.

Un malinteso comune

La gravità modificata non è un rifiuto di Einstein. Ogni teoria seria è costruita per riprodurre la relatività generale laddove è stata confermata e per differire solo in regimi non testati: l’universo primordiale, le scale cosmiche più grandi o i campi gravitazionali più forti. L’obiettivo non è rovesciare Einstein ma scoprire dove, se non addirittura dovunque, la sua teoria si esaurisce.