“Nel sistema d'indagine della natura basato su osservazione e teoria, domanda e risposta, che gli scienziati hanno perfezionato negli ultimi quattrocento anni, il lato oscuro dell'universo è un'irruzione imprevista”.

Questo libro è una cavalcata all'interno della cosmologia. Si ripercorre la sua storia nel XX secolo. All'inizio era pura speculazione: oggi è una scienza basata sull'osservazione, a pari grado della fisica. Un traguardo ideale della disciplina è stato il conferimento del Premio Nobel per la Fisica a tre astronomi nel 2011: Saul Perlmutter, Adam Riess e Brian Schmidt.

Il racconto del libro ha due estremi. Il punto di partenza è il concetto di universo statico, così come appariva all'inizio del XX secolo: l'universo è una “natura morta”, eternamente immutabile (p. 14); il punto d'arrivo è il concetto di universo in espansione, così come lo concepiamo oggi.

Sullo sfondo, i postulati fondamentali della scienza. Uno in particolare attraversa tutto il libro: la scienza deve fare previsioni verificabili con l'osservazione, altrimenti è mera speculazione.

Ancora alla metà del XX secolo non esistevano cattedre universitarie sulla disciplina. L'inizio della cosmologia come scienza si ha quando cominciano ad essere usate le onde radio come strumento di osservazione dell'universo (p. 20).

Alla metà degli anni sessanta due esperimenti, eseguiti da due distinti gruppi di scienziati, ottennero lo stesso risultato: la scoperta della radiazione di fondo, misurata a 3 gradi Kelvin. Secondo un assunto fondamentale della scienza, “una teoria valida deve contenere almeno una previsione”. L'esperimento fu ripetuto ed i risultati furono confermati e validati.

Proprio quando la cosmologia ritenne di aver acquisito tutte le caratteristiche per essere una scienza, l'universo iniziò a presentarsi meno “statico” e meno semplice di quanto apparisse.

Osservazioni sempre più precise rilevarono delle impercettibili irregolarità nella radiazione di fondo.

Applicando il metodo della simulazione allo studio della formazione delle galassie, fu scoperta l'esistenza della “materia oscura”, una quantità di materia che non emette radiazioni. Si capì che la materia oscura era diffusa in tutto l'universo. La scienza si trovò davanti a un grande enigma: solo il 5-10% dell'universo è visibile (p. 59).

Un'altra prova del fatto che l'universo non è immutabile deriva dal seguente ragionamento sillogistico: 1. L'universo è pieno di materia; 2. la materia attrae altra materia per effetto della legge di gravità (Newton); 3. Le stelle dovrebbero convergere le une verso le altre fino a fondersi. Perché non accade?

Newton rispose (1692) che ciò è dovuto alla volontà di Dio; all'inizio del XX secolo Albert Einstein sostituì Dio introducendo nelle sue equazioni una grandezza arbitraria, che però non seppe quantificare. La rappresentò con la lettera greca Lambda. Qualche anno dopo l'astronomo Edwin Hubble fornì le prove che l'universo è in espansione. La costante di Einstein non aveva più ragione di esistere. La domanda però rimase: alla fine della sua espansione, l'universo collasserà per via della forza di gravità?

Mentre la scienza cercava la risposta a questa domanda, l'osservazione e la raccolta di dati continuava in altre direzioni. Basandosi sulla teoria della gravità universale di Newton, i cosmologi hanno cercato di misurare: a) il tasso di espansione attuale dell'universo; b) la velocità con cui rallenta. (p. 128).

La risposta alla domanda fondamentale di cui sopra fu annunciata nel 1998: l'universo si espanderà per sempre. Questa sorprendente conclusione fu raggiunta da due gruppi indipendenti di scienziati, elaborando i dati raccolti dall'osservazione delle supernove. Il primo gruppo si chiama “High-z Supernova team”, le cui figure più eminenti sono Adam Riess e Brian Schmidt, mentre il secondo “Supernova Cosmology Project”, guidato da Saul Perlmutter.

I due gruppi hanno ottenuto un risultato controintuitivo: l'universo non rallenta, ma accelera la sua espansione. Albert Einstein pensava che la costante lambda avesse valore zero. Gli esperimenti eseguiti negli anni novanta hanno dimostrato che lambda ha valore maggiore di zero.

Come si è arrivati a questa conclusione? Per spiegare come si sta espandendo l'universo bisogna introdurre un nuovo parametro: l'energia oscura. È l'energia che provoca l'accelerazione. L'universo non è abbastanza denso di materia per collassare. La quantità di materia effettivamente presente non è sufficiente per arrestare l'espansione, ma la somma di materia ed energia lo è. Secondo Einstein, materia ed energia sono equivalenti, cosicché, per quanto la massa (materia oscura o materia ordinaria) possa non raggiungere la densità critica, l'energia che provoca l'accelerazione può colmare la differenza. Una densità di massa del 40% circa più una densità di energia del 60% circa si sommano a dare il 100% della densità critica.

Che cos'è lambda, quindi? È l'energia oscura.

In base a queste rilevazioni, l'età dell'universo è stata ricalcolata in quindici miliardi di anni.