All’inizio c’era una minuscola sfera di materia infinitamente densa. Poi, tutto è andato bang, dando origine agli atomi, molecole, stelle e galassie che vediamo oggi.
O almeno, questo è quello che ci è stato detto dai fisici negli ultimi decenni.
Ma nuove ricerche di fisica teorica hanno recentemente rivelato una possibile finestra nell’universo primordiale, mostrando che potrebbe non essere “molto presto” dopo tutto. Invece potrebbe essere solo l’ultima iterazione di un ciclo di bang-bounce che è andato avanti per well beh, almeno una volta, e forse per sempre.
Naturalmente, prima che i fisici decidano di lanciare il Big Bang in favore di un ciclo di bang-bounce, queste previsioni teoriche dovranno sopravvivere a un assalto di test di osservazione.
Bouncing cosmologies
Gli scienziati hanno una buona immagine dell’universo primordiale, qualcosa che conosciamo e amiamo come la teoria del Big Bang. In questo modello, molto tempo fa l’universo era molto più piccolo, molto più caldo e molto più denso di quanto lo sia oggi. In quel primo inferno di 13,8 miliardi di anni fa, tutti gli elementi che ci rendono ciò che siamo si sono formati nell’arco di circa una dozzina di minuti.
Anche prima, questo pensiero va, ad un certo punto il nostro intero universo — tutte le stelle, tutte le galassie, tutto il tutto — era delle dimensioni di una pesca e aveva una temperatura di oltre un quadrilione di gradi.
Sorprendentemente, questa storia fantastica regge a tutte le osservazioni attuali. Gli astronomi hanno fatto di tutto, dall’osservazione delle radiazioni elettromagnetiche rimanenti dal giovane universo alla misurazione dell’abbondanza degli elementi più leggeri e hanno scoperto che tutti si allineano con ciò che prevede il Big Bang. Per quanto possiamo dire, questo è un ritratto accurato del nostro universo primordiale.
Ma per quanto sia buono, sappiamo che il quadro del Big Bang non è completo — manca un pezzo del puzzle, e quel pezzo è i primi momenti dell’universo stesso.
Questo è un pezzo piuttosto grande.
Correlati: Dal Big Bang al presente: Istantanee del nostro universo attraverso il tempo
La conflagrazione
Il problema è che la fisica che usiamo per capire l’universo primordiale (un miscuglio meravigliosamente complicato di relatività generale e fisica delle particelle ad alta energia) può portarci solo così lontano prima di abbattere. Mentre cerchiamo di spingere sempre più in profondità nei primi momenti del nostro cosmo, la matematica diventa sempre più difficile da risolvere, fino al punto in cui qu si chiude.
Il segno principale che abbiamo un terreno ancora da esplorare è la presenza di una “singolarità”, o un punto di densità infinita, all’inizio del Big Bang. Preso al valore nominale, questo ci dice che a un certo punto, l’universo era stipato in un punto infinitamente piccolo, infinitamente denso. Questo è ovviamente assurdo, e ciò che ci dice davvero è che abbiamo bisogno di una nuova fisica per risolvere questo problema — il nostro attuale toolkit non è abbastanza buono.
Correlati: 8 modi in cui puoi vedere la teoria della relatività di Einstein nella vita reale
Per salvare il giorno abbiamo bisogno di una nuova fisica, qualcosa che sia in grado di gestire la gravità e le altre forze, combinate, ad altissima energia. E questo è esattamente ciò che la teoria delle stringhe afferma di essere: un modello di fisica che è in grado di gestire la gravità e le altre forze, combinate, ad energie ultraelevate. Il che significa che la teoria delle stringhe afferma che può spiegare i primi momenti dell’universo.
Una delle prime nozioni di teoria delle stringhe è l’universo “ekpyrotic”, che deriva dalla parola greca per “conflagrazione”, o fuoco. In questo scenario, quello che conosciamo come il Big Bang è stato scatenato da qualcos’altro che accadeva prima di esso — il Big Bang non era un inizio, ma una parte di un processo più ampio.
Estendere il concetto ekpyrotic ha portato ad una teoria, ancora una volta motivata dalla teoria delle stringhe, chiamata cosmologia ciclica. Suppongo che, tecnicamente, l’idea dell’universo che si ripete continuamente ha migliaia di anni e precede la fisica, ma la teoria delle stringhe ha dato all’idea una solida base matematica. L’universo ciclico va esattamente come si potrebbe immaginare, rimbalzando continuamente tra grandi scoppi e grandi scricchiolii, potenzialmente per l’eternità indietro nel tempo e per l’eternità nel futuro.
Prima dell’inizio
Per quanto possa sembrare bello, le prime versioni del modello ciclico avevano difficoltà a corrispondere alle osservazioni, il che è un grosso problema quando stai cercando di fare scienza e non solo raccontare storie intorno al fuoco.
L’ostacolo principale era concordare con le nostre osservazioni sullo sfondo delle microonde cosmiche, la luce fossile rimasta da quando l’universo aveva solo 380.000 anni. Mentre non possiamo vedere direttamente oltre quel muro di luce, se inizi teoricamente ad armeggiare con la fisica del cosmo infantile, influenzi quel modello di luce dopo il bagliore.
E così, sembrava che un universo ciclico fosse un’idea pulita ma errata.
Ma la torcia ekpyrotic è stata mantenuta accesa nel corso degli anni, e un documento pubblicato a gennaio al database arXiv ha esplorato le rughe nella matematica e ha scoperto alcune opportunità precedentemente mancate. I fisici, Robert Brandenberger e Ziwei Wang della McGill University in Canada, hanno scoperto che nel momento del “rimbalzo”, quando il nostro universo si restringe a un punto incredibilmente piccolo e ritorna a uno stato di Big Bang, è possibile allineare tutto per ottenere il risultato corretto osservato.
In altre parole, la fisica complicata (e, certamente, poco conosciuta) di questa epoca critica può effettivamente consentire una visione radicalmente rivista del nostro tempo e del nostro luogo nel cosmo.
Ma per testare completamente questo modello, dovremo aspettare una nuova generazione di esperimenti di cosmologia, quindi aspettiamo di scoppiare lo champagne ekpyrotic.
Paul M. Sutter è un astrofisico al SUNY Stony Brook e al Flatiron Institute, ospite di Ask a Spaceman e Space Radio, e autore di Your Place in the Universe.
- I più grandi misteri irrisolti della fisica
- I 12 oggetti più strani dell’universo
- Big Bang to civilization: 10 incredibili eventi di origine
Originariamente pubblicato su Live Science.
OFFERTA: Risparmia il 45% su ‘Come funziona ”Tutto sullo spazio ‘e’Tutto sulla storia’!
Per un periodo di tempo limitato, puoi sottoscrivere un abbonamento digitale a una delle nostre riviste scientifiche più vendute per soli $2,38 al mese, o 45% di sconto sul prezzo standard per i primi tre mesi.Visualizza l’offerta
Notizie recenti