Big bang ed inflazione cosmica: ecco cosa fa da ponte tra le fasi

L’universo sarebbe nato con un Big Bang. Tuttavia poco prima oppure poco dopo sarebbe avvenuto un fenomeno, denominato inflazione cosmica.

Durante l’inflazione cosmica, secondo la teoria, una “zuppa” fredda ed omogenea andò gonfiandosi esponenzialmente prima che processi stessi del big bang e della sua espansione prendessero il sopravvento.

Dove tutto è iniziato

I due processi, quello dell’inflazione cosmica e quello del Big Bang, risultano molto diversi l’uno dall’altro tanto che gli scienziati hanno sempre faticato per collegarli e per capire cosa avesse potuto fare da ponte tra queste due fasi. Secondo un nuovo studio condotto da fisici del MIT, del Kenyon College e di altri istituti, a fare da ponte tra queste due fasi sarebbe stata una terza fase nota come riscaldamento. Questa breve fase si sarebbe verificata alla fine del inflazione cosmica e in un certo senso avrebbe innescato il botto del Big Bang, come afferma David Kaiser, professore di Storia della Scienza di Germeshausen e professore di fisica al MIT. Secondo lo scienziato durante questo breve periodo della storia dell’universo si sarebbe scatenato l’inferno e la materia si sarebbe comportata in modi stranissimi che vanno al di là della nostra comprensione. Questa materia si agitava avanti indietro in maniera sincronica attraverso ampie distese di spazio e ciò portava alla produzione esplosiva di nuove particelle. Una volta che questa energia si trasferì ad una seconda forma di materia, queste oscillazioni diventarono più instabili ed irregolari nello spazio. Il ricercatore, insieme ai colleghi, ha provato a simulare al computer la fase finale dell’inflazione per capire come si sarebbe potuta sviluppare. Si sono accorti che l’energia estrema che ha scatenato l’inflazione potrebbe essere stata redistribuita in maniera molto rapida, parliamo di piccolissime frazioni di un secondo, ed in una maniera tale da produrre quelle condizioni necessarie per l’inizio del Big Bang. Questo cambiamento sarebbe risultato ancora più efficiente se si tengono di conto degli effetti quantistici: questi ultimi avrebbero modificato le modalità con le quali la zuppa di materia rispondeva alla gravità ad energie molto elevate.

Simulazione del Big Bang

L’ultima teoria di Hawking

L’ultima teoria del professor Stephen Hawking sull’origine dell’universo, su cui ha lavorato in collaborazione con il professor Thomas Hertog di KU Leuven, è stata pubblicata il 2 maggio sul Journal of High Energy Physics. La teoria, che è stata presentata per la pubblicazione prima della morte di Hawking all’inizio di quest’anno, si basa sulla teoria delle stringhe e predice che l’universo è finito e molto più semplice di quello che dicono molte teorie attuali sul Big Bang. Le teorie moderne del Big Bang predicono che il nostro universo locale è venuto alla luce con una breve esplosione di inflazione. È opinione diffusa, tuttavia, che una volta che l’inflazione abbia avuto inizio, ci sono regioni in cui non si fermi mai. Si ritiene che gli effetti quantistici possano mantenere l’inflazione in eterno in alcune regioni dell’universo, in modo che a livello globale l’inflazione sia eterna. La parte osservabile del nostro universo sarebbe quindi solo un ospitale universo tascabile, una regione in cui l’inflazione è finita e stelle e galassie si sono formate. La solita teoria dell’inflazione eterna predice che globalmente il nostro universo è come un frattale infinito, con un mosaico di diversi universi tascabili, separati da un oceano gonfiabile. Le leggi locali di fisica e chimica possono differire da un universo tascabile all’altro, che insieme formerebbero un multiverso. Ma non sono mai stato un fan del multiverso. Se la scala di universi diversi nel multiverso è grande o infinita, la teoria non può essere testata.

Il resto della teoria infinita

Nel loro nuovo articolo, Hawking e Hertog dicono che questo resoconto dell’inflazione eterna come teoria del Big Bang è sbagliato. Il problema con il solito resoconto dell’inflazione eterna è che assume un universo di fondo esistente che si evolve secondo la teoria della relatività generale di Einstein e tratta gli effetti quantistici come piccole fluttuazioni intorno a questo, riferisce Hertog. Tuttavia, le dinamiche dell’inflazione eterna spazzano via la separazione tra fisica classica e fisica quantistica. Prevedono che il nostro universo, sulle scale più grandi, sia ragionevolmente liscio e globalmente finito. Quindi non è una struttura frattale. La teoria dell’inflazione eterna proposta da Hawking e Hertog si basa sulla teoria delle stringhe: un ramo della fisica teorica che tenta di riconciliare la gravità e la relatività generale con la fisica quantistica, in parte descrivendo i costituenti fondamentali dell’universo come minuscole stringhe vibranti. Il loro approccio utilizza il concetto di teoria delle stringhe di olografia, che postula che l’universo sia un ologramma ampio e complesso: la realtà fisica in alcuni spazi può essere ridotta matematicamente a proiezioni  su una superficie. Ciò ha permesso loro di descrivere l’inflazione eterna senza dover fare affidamento sulla teoria di Einstein. Nella nuova teoria, l’inflazione eterna si riduce a uno stato senza tempo definito su una superficie spaziale all’inizio del tempo. La precedente teoria dello stato senza confini di Hawking prediceva che se si torna indietro nel tempo all’inizio dell’universo, l’universo si restringe e si chiude come una sfera, ma questa nuova teoria rappresenta un passo indietro rispetto al lavoro precedente. Hertog e Hawking hanno usato la loro nuova teoria per ricavare previsioni più affidabili sulla struttura globale dell’universo. Hanno predetto che l’universo che emerge dall’inflazione eterna sul confine passato è finito e molto più semplice della struttura infinita del frattale prevista dalla vecchia teoria dell’inflazione eterna. I loro risultati, se confermati da ulteriori lavori, avrebbero implicazioni di vasta portata per il paradigma del multiverso.

 

 

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.