Comunemente si ritiene che il Big Bang sia stato l’inizio di tutto: circa il 13,8 miliardi di anni fa, l’universo osservabile è improvvisamente esploso ed ha cominciato ad espandersi.
Ma cosa c’era prima del Big Bang?
Risposta breve: non lo sappiamo.
Risposta lunga: ci sono molte possibilità diverse, ogni mente può esprimere una propria ipotesi.
All’inizio
La prima cosa da capire è cosa sia stato in realtà il Big Bang.
“Il Big Bang è un momento nel tempo, non un punto nello spazio“, chiarisce Sean Carroll, un fisico teorico del California Institute of Technology e autore di “The Big Picture: Sulle origini della vita, del significato e dell’universo stesso” (Dutton, 2016).
Insomma, l’immagine che comunemente abbiamo del Big Bang è quella di un minuscolo e densissimo frammento di materia che, improvvisamente, esplode nel vuoto dilatandosi infinitamente.
Per prima cosa bisogna dire che l’universo al momento del Big Bang potrebbe non essere stato particolarmente piccolo, spiega Carroll.
Certo, tutta la materia osservabile oggi nell’universo – una sfera con un diametro di circa 93 miliardi di anni luce contenente almeno 2 trilioni di galassie – era compressa in uno spazio di meno di un centimetro di diametro.
Ma potrebbe esserci molto al di fuori dell’universo osservabile che noi non possiamo vedere perché è fisicamente impossibile che la luce abbia viaggiato così lontano in 13,8 miliardi di anni.
Quindi, è possibile che l’universo al momento del Big Bang fosse piccolissimo o infinitamente grande, come ci dice Carroll, ma non c’è modo di guardare indietro nel tempo cose che non possiamo osservare nemmeno oggi.
Tutto quello che sappiamo veramente è che, all’inizio, l’universo era molto, molto denso e che, poi, è diventato molto meno denso.
Come corollario, al di fuori dell’Universo non esiste un “esterno” dell’Universo, non c’è un “fuori” dell’Universo, perché l’Universo “è”, per definizione, tutto quello che esiste.
Quindi, al momento del Big Bang, tutto era più denso e più caldo di adesso, ma non c’era un “fuori“, non c’era uno spazio in cui espandersi.
Per quanto sia allettante immaginare una figura divina che sta nel vuoto a guardare il neonato universo accartocciato su sé stesso proprio prima del Big Bang, dal punto di vista scientifico sarebbe impossibile, spiega Carrol. L’universo non si è espanso nello spazio, lo spazio è l’universo e con l’universo lo spazio si è espanso.
“Non importa dove ti trovi nell’universo, se torni indietro di 14 miliardi di anni, arrivi ad un punto in cui l’universo era estremamente caldo, denso e in rapida espansione“.
Nessuno sa esattamente cosa è successo nell’universo fino a un secondo dopo il Big Bang, quando l’universo si è raffreddato abbastanza da permettere a protoni e neutroni di scontrarsi e restare uniti. Molti scienziati pensano che l’universo abbia attraversato un processo di espansione esponenziale chiamato inflazione durante quel primo secondo.
Questo evento avrebbe spianato il tessuto dello spazio-tempo, fino ad allora ripiegato su sé stesso, e spiegherebbe perché la materia è così uniformemente distribuita nell’universo oggi.
Prima del Big Bang
È possibile che prima del Big Bang l’universo fosse un tratto infinito di un qualcosa di ultraottile e denso, che persisteva in uno stato stazionario finché, per qualche motivo, non si verificò il Big Bang.
Questo universo extra-denso potrebbe essere stato governato dalla meccanica quantistica, la fisica dell’ultra piccolo, puntualizza Carroll.
Il Big Bang, quindi, rappresenterebbe il momento in cui la fisica classica assunse il ruolo di principale motore dell’evoluzione dell’universo.
Per Stephen Hawking, questo momento è tutto ciò che conta:
prima del Big Bang gli eventi non sono misurabili e quindi indefiniti. Secondo Hawking, il tempo e lo spazio sono finiti, ma non hanno confini o punti di partenza o di arrivo. “Dal momento che gli eventi prima del Big Bang non hanno conseguenze osservative, si può anche escluderli dalla teoria e dire che il tempo è iniziato con il Big Bang“, ha detto una volta in un’intervista al National Geographic “StarTalk” nel 2018.
Ma forse c’era qualcos’altro prima del Big Bang che varrebbe la pena ponderare.
Un’ipotesi è che il Big Bang non sia l’inizio del tempo, ma un momento di simmetria. In questa ipotesi, prima del Big Bang, c’era un altro universo, identico a questo, ma con un’entropia crescente verso il passato anziché verso il futuro.
L’aumento dell’entropia, o l’aumento del disordine in un sistema, rappresenta essenzialmente la freccia del tempo, quindi in questo universo dello specchio, il tempo scorrerebbe in senso opposto al tempo nell’universo in cui viviamo.
I fautori di questa teoria suggeriscono anche che altre proprietà dell’universo sarebbero ribaltate in questo universo a specchio. Per esempio, il fisico David Sloan scrisse nel Blog della scienza dell’Università di Oxford che le asimmetrie in molecole e ioni (chiamate chiralità) avrebbero orientamenti opposti a quelli del nostro universo.
Una teoria correlata sostiene che il Big Bang non fu l’inizio di tutto, ma piuttosto un momento nel tempo in cui l’universo passò da un periodo di contrazione a un periodo di espansione.
Questa idea è detta del “Big Bounce” e suggerisce che ci potrebbero essere stati infiniti Big Bang con un’universo che si espande, poi si contrae e poi si espande di nuovo in un vero e proprio loop.
Il problema con queste idee, secondo Carroll, è che non c’è alcuna spiegazione sul perché, o su come, un universo in espansione si contragga e ritorni a uno stato di bassa entropia.
Carroll e la sua collega Jennifer Chen hanno la loro visione di ciò che c’era prima del Big Bang. Nel 2004, i fisici hanno suggerito che, forse, l’universo come lo conosciamo è la progenie di un universo genitore da cui è stata strappata una parte dello spazio-tempo.
È come il decadimento di un nucleo radioattivo, disse all’epoca Carroll: quando un nucleo decade, emette una particella alfa o beta. L’universo genitore potrebbe fare la stessa cosa, tranne che invece di emettere particelle, emette nuovi universi neonati, forse infinitamente. “Una fluttuazione quantistica permetterebbe che questo accada“.
Questi universi sarebbero “universalmente paralleli”, e non interagirebbero o si influenzerebbero a vicenda.
Se tutto ciò suona piuttosto strano e complicato, non preoccupatevi, in effetti lo è.
Questo perché gli scienziati non hanno ancora un modo per guardare indietro fino all’istante del Big Bang, tanto meno per capire o vedere ciò che c’era prima del Big Bang. C’è spazio per esplorare e studiare, però.
La rilevazione delle onde gravitazionali provocate da potenti collisioni galattiche apre la possibilità che queste onde possano essere utilizzate per risolvere i misteri fondamentali sull’espansione dell’universo in quel primo secondo cruciale.
Anche i fisici teorici hanno del lavoro da fare, secondo Carroll. Ad esempio, come fare previsioni più precise su come forze come la gravità quantistica funzionino.
“Non sappiamo nemmeno cosa stiamo cercando,” ha concluso Carroll, “e non lo sapremo finché non avremo una teoria“.
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