Cominciamo dalla seconda parte della domanda: si è visto sperimentalmente che le parti esterne delle galassie ruotano con velocità decisamente maggiore di quanto ci si aspetterebbe dalle leggi di Keplero usando come stima della massa della galassia quella che si osserva (cioè quella che emette luce o, per dirla meglio, interagisce elettromagneticamente). Questo si spiega ipotizzando che le galassie siano circondate da aloni di “materia oscura” (dark matter) dove “oscura” significa che non interagisce elettromagneticamente. Che cosa sia poi questa materia oscura non è noto: ci sono varie ipotesi come neutrini pesanti, particelle supersimmetriche stabili (neutralini, gravitini, wimp) o altre particelle esotiche come gli assioni. Vi sono anche alcuni esperimenti in corso e in progetto per cercare di discernere queste questioni. Sta di fatto che particelle supersimmetriche non sono state prodotte negli acceleratori (a causa della loro enorme massa) per cui la situazione è piuttosto oscura (appunto). Quello che si riesce a dire con precisione è l’ammontare di questa massa: circa 5-6 volte quelle della galassia corrispondente. Come dire che la materia di cui siamo fatti noi è piccola cosa rispetto al totale (se si tiene conto della ancora più misteriosa energia oscura o, come avrai intuito, dark energy, il totale della massa-energia dell’universo rappresentato dalla comune materia tipo protoni, neutroni… non supera lo 0.05 del totale).
Passiamo ora alla prima parte della domanda sperando che riesca ad interpretarla nel modo corretto: da Newton in poi si è capito che ogni corpo attira ogni altro corpo con una forza proporzionale alle loro masse inerziali (ossia alla loro resistenza a mutare il loro stato di moto) e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa. Per oggetti di massa piccola, anche una montagna è piccola da questo punto di vista, la forza di gravità è trascurabile rispetto alla forza elettromagnetica. Se poi si considerano le particelle subatomiche non viene presa in considerazione nemmeno in linea di principio poiché l’attrazione gravitazionale di due elettroni (tanto per fare un esempio) è miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di volte più piccola di quella elettromagnetica.
Lì poi si considerano le interazioni nucleari deboli e forti che però sono a corto raggio ossia oltre una distanza dell’ordine di 10-15 metri, ossia un nucleone, non si fanno più sentire.
Diversa è la situazione dei corpi di dimensioni astronomiche dove la forza preponderante è quella di gravità poiché è solo attrattiva, mentre l’altra forza a raggio d’azione (range) infinito, la forza elettromagnetica, è repulsiva per cariche dello stesso segno e attrattiva per cariche di segno opposto e in grandi sistemi si media a zero*.
Una spiegazione più profonda della natura della forza di gravità si ha con la relatività generale di Einstein che si riduce alla teoria newtoniana nel caso di campi deboli (anche il campo del Sole è debole in questo contesto) e per corpi che si muovono lentamente rispetto alla velocità della luce.
Einstein ha interpretato la gravità come una conseguenza della distorsione dello spazio tempo dovuta alla massa-energia dei corpi. L’esempio più famoso per visualizzare questo è il telo di gomma: se metti una biglia pesante su un telo di gomma sospeso vedrai il telo incurvarsi tanto più il telo è pesante e se lanci una pallina vicino al telo la vedrai caderci dentro, non perché la biglia la attiri, ma perché lo spazio attorno alla biglia pesante è distorto in modo tale da incurvare la traiettoria della pallina verso la biglia
Come dicevo prima, poiché, gravitazionalmente parlando, “tutto attira tutto” allora si può parlare di forza multicentriche, perché vi sono tanti centri quante la particelle che compongono l’universo.
*se due persone avessero lo 0.01 delle cariche elettriche che le compongono non neutralizzate da altrettante cariche di segno opposto si attirerebbero o respingerebbero con una tale forza da poter sollevare una massa pari a quella del nostro pianeta; il fatto che questo non succeda neanche in piccola parte dà un’idea di quanto (per fortuna) è precisa la neutralizzazione delle cariche elettriche.