Il nostro universo potrebbe esistere all’interno di un buco nero.
Questo può sembrare strano, ma potrebbe effettivamente essere la migliore spiegazione di come l’universo abbia avuto inizio, e di ciò che osserviamo oggi. È una teoria che è stata esplorata negli ultimi decenni da un piccolo gruppo di fisici.
Ci sono numerose questioni irrisolte con la teoria del Big Bang standard, che suggerisce che l’universo sia iniziato come una “singolarità” apparentemente impossibile, un punto infinitamente piccolo che contiene una concentrazione infinitamente alta di materia, espandendosi di dimensioni fino a ciò che osserviamo oggi.
La teoria dell’inflazione, un’espansione super veloce dello spazio proposta negli ultimi decenni, riempie molti dettagli importanti, come il motivo per cui i piccoli grumi nella concentrazione della materia nell’universo primitivo si sono coalizzati in grandi corpi celesti come galassie e ammassi di galassie.
Ma queste teorie lasciano domande irrisolte. Ad esempio: cosa ha dato il via al big bang? Che cosa ha causato la fine dell’inflazione? Qual è la fonte della misteriosa energia oscura che apparentemente sta causando un’accelerazione dell’espansione dell’universo?
L’idea che il nostro universo sia interamente contenuto in un buco nero fornisce risposte a questi problemi e molti altri ancora. Elimina la nozione di singolarità fisicamente impossibili nel nostro universo. E si basa su due teorie centrali in fisica.
La prima è la relatività generale, la teoria moderna della gravità. Descrive l’universo alle più grandi scale. Qualsiasi evento nell’universo si verifica come un punto nello spazio e nel tempo, o nello spazio-tempo. Un oggetto massiccio come il Sole distorce o “curva” lo spazio-tempo, come una palla da bowling appoggiata su una tela. L’ammaccatura gravitazionale del Sole altera il moto della Terra e degli altri pianeti in orbita attorno a esso. L’attrazione del sole e dei pianeti ci appare come forza di gravità.
La seconda è la meccanica quantistica, che descrive l’universo alle più piccole scale. Tuttavia, la meccanica quantistica e la relatività generale sono attualmente teorie separate; i fisici si sono sforzati di combinare le due teorie in un’unica teoria della “gravità quantistica” per descrivere adeguatamente i fenomeni importanti, ma finora non ci si è riusciti.
Un adattamento degli anni ’60 della relatività generale, chiamato teoria della gravità di Einstein-Cartan-Sciama-Kibble, tiene conto degli effetti della meccanica quantistica. Non solo fornisce un passo avanti verso la gravità quantistica, ma porta anche a un’immagine alternativa dell’universo. Questa variazione della relatività generale incorpora un’importante proprietà quantistica nota come spin. Le particelle come gli atomi e gli elettroni possiedono spin, o il momento angolare interno che è analogo a uno pattinatore che ruota su sé stesso scivolando sul ghiaccio.
Le particelle dotate di spin interagiscono con lo spaziotempo e lo dotano di una proprietà chiamata “torsione“. Per comprendere la torsione, bisogna immaginare lo spaziotempo non come una tela bidimensionale, ma come una barra flessibile e monodimensionale. Piegare l’asta corrisponde allo spazio-tempo curvo e torcere l’asta corrisponde alla torsione dello spazio-tempo. Se un’asta è sottile, puoi piegarla, ma è difficile vedere se è attorcigliata o meno.
La torsione dello spaziotempo sarebbe significativa, per non dire apprezzabile, nell’universo primordiale o nei buchi neri. In questi ambienti estremi, la torsione dello spaziotempo si manifesterebbe come una forza repulsiva che neutralizza la forza gravitazionale attraente proveniente dalla curvatura dello spazio-tempo. Come nella versione standard della relatività generale, stelle molto massicce finiscono per collassare in buchi neri: regioni dello spazio da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire.
Ecco come si sarebbe sviluppata la torsione nei momenti iniziali del nostro universo.
Inizialmente, l’attrazione gravitazionale dello spazio curvo avrebbe superato le forze repulsive della torsione, riuscendo a far collassare la materia in piccole regioni dello spazio. Ma alla fine la torsione sarebbe diventata molto forte imèedendo alla materia di comprimersi in un punto di densità infinita; la materia raggiungerebbe uno stato di densità estremamente grande ma finita.
Poiché l’energia può essere convertita in massa, l‘immensamente alta energia gravitazionale in questo stato estremamente denso causerebbe un’intensa produzione di particelle, aumentando notevolmente la massa all’interno del buco nero.
Il numero crescente di particelle con spin comporterebbe livelli più elevati di torsione dello spaziotempo. La torsione repulsiva fermerebbe il collasso e creerebbe un “grande rimbalzo” come un pallone da spiaggia compresso che scatta verso l’esterno. Il rapido rinculo avvenuto dopo un rimbalzo così grande potrebbe essere ciò che ha portato alla nascita del nostro universo in espansione.
Il risultato di questo rinculo corrisponde alle osservazioni della forma, della geometria e della distribuzione della massa dell’universo.
inoltre, il meccanismo di torsione suggerisce uno scenario sorprendente: ogni buco nero produrrebbe un nuovo, piccolo universo all’interno.
Se ciò fosse vero, la prima materia del nostro universo deve venire da qualche altra parte. Quindi il nostro universo potrebbe essere l’interno di un buco nero esistente in un altro universo. Proprio come non possiamo vedere cosa succede nei buchi neri nel cosmo, qualsiasi osservatore nell’universo genitore non può vedere cosa sta succedendo nel nostro.
Il moto della materia attraverso il confine del buco nero, chiamato “orizzonte degli eventi”, avverrebbe solo in una direzione, fornendo una direzione del tempo che percepiamo come andare avanti. La freccia del tempo nel nostro universo verrebbe quindi ereditata, attraverso la torsione, dall’universo genitore.
La torsione potrebbe anche spiegare lo squilibrio osservato tra materia e antimateria nell’universo. A causa della torsione, la materia decadrebbe in elettroni e quark familiari e l’antimateria decadrebbe in “materia oscura“, la misteriosa forma invisibile di materia che sembra rappresentare la maggior parte della materia nell’universo.
Infine, la torsione potrebbe essere la fonte dell'”energia oscura“, la misteriosa forma di energia che permea tutto lo spazio e accelera la velocità di espansione dell’universo. La geometria con la torsione produce naturalmente una “costante cosmologica“, una sorta di forza esterna aggiunta che è il modo più semplice per spiegare l’energia oscura. Quindi, l’espansione accelerata osservata dell’universo potrebbe finire per essere la prova più forte per la torsione.
La torsione fornisce, quindi, una base teorica per uno scenario in cui l’interno di ogni buco nero diventa un nuovo universo.
Appare anche come rimedio a diversi dei problemi principali dell’attuale teoria della gravità e della cosmologia. I fisici devono ancora fondere completamente la teoria di Einstein-Cartan-Sciama-Kibble con la meccanica quantistica in una teoria quantistica della gravità.
È anche vero che, però, la torsione mentre risolve alcune importanti domande, ne solleva di nuove. Ad esempio, cosa sappiamo dell’universo genitore e del buco nero all’interno del quale risiede il nostro stesso universo? Quanti strati di universi genitori avremmo? Come possiamo testare che il nostro universo esiste all’interno di un buco nero?
L’ultima domanda può essere potenzialmente investigata: poiché tutte le stelle, e quindi i buchi neri ruotano, il nostro universo avrebbe ereditato l’asse di rotazione del buco nero genitore come una “direzione preferita“. Ci sono alcune prove recentemente riportate da indagini su oltre 15.000 galassie che in un emisfero dell’universo la maggior parte delle galassie a spirale sono “mancine“, o ruotando in senso orario, mentre nell’altro emisfero la maggior parte sono “destrimani“, o ruotando in senso antiorario.
In ogni caso, includere la torsione nella geometria dello spaziotempo potrebbe essere un passo corretto verso una teoria della cosmologia di successo.
