Nel 2015, durante un convegno sulla cosmologia teorica tenutosi all’Università di Princeton, Roger Penrose, un pioniere nel campo della fisica matematica, fu invitato ad intervenire ad un incontro circa l’origine dell’universo.
Da decenni, la teoria cosmologica principale, il modello cosmologico standard, sostiene che, durante il primo trilionesimo di un trilionesimo di nanosecondo successivo al Big Bang, ci fu un singolo momento di espansione estremamente rapida, noto come inflazione, che formò l’universo che osserviamo oggi.
Quando fu il turno di Penrose di parlare, tuttavia, disse subito di non voler far parte di quel dogma.
Invece, ribadì la sua convinzione che la teoria dell’inflazione fosse errata, sostenendo che l’universo potrebbe, invece, essere meglio descritto da una teoria alternativa, la cosmologia ciclica conforme, che postula che il nostro universo si alterna continuamente tra periodi di espansione e contrazione.
Nella formulazione di Penrose, l’universo come lo conosciamo è iniziato non tanto con un botto ma con un rimbalzo.
Come ricorda Penrose, poche persone tra il pubblico sembrava avergli prestato attenzione, e coloro che hanno reagito lo hanno fatto ridendo, mormorando la loro incredulità.
“Stavo sottolineando i principali problemi che abbiamo con la teoria dell’inflazione“, racconta. “Nessuno ha commentato“.
A quanto pare, L’inflazione si è assicurata un punto d’appoggio così forte nello zeitgeist della fisica che persino uno dei teorici più famosi del mondo non riesce più a scalfire la sua armatura.
Oggi Penrose e altri fisici che cercano di riscrivere il racconto di come l’universo è iniziato continuano ad affrontare una dura battaglia. Per molti di loro, i licenziamenti e i rifiuti sembrano più personali che scientifici, guidati da una cultura del lavoro accademico che penalizza l’assunzione di rischi.
Il timore è che, soprattutto per i più giovani, la ricerca finalizzata a svelare i misteri più profondi dell’universo primordiale finirà per sfociare in qualcosa di molto più banale: la sopravvivenza in carriera.
Per molti versi, l’inflazione è una teoria di grande successo. Concepita circa 40 anni fa da Alan Guth, un cosmologo del Massachusetts Institute of Technology (MIT), ha fornito alcune delle prime risposte plausibili ai quesiti che ci pone l’universo.
Spiega il cosiddetto problema della planarità (come l’universo finì per essere abbastanza denso da impedirsi di volare a pezzi, ma non così denso da collassare sotto la sua stessa gravità) e perché l’universo sembra uniforme anziché irregolare.
Secondo l’astrofisico dell’Università di Oxford Jamie Farnes, “puoi in qualche modo pensare all’inflazione come a tentare di rendere liscio l’universo nello stesso modo in cui fare esplodere un palloncino leviga tutte le pieghe della gomma“.
Secondo i suoi critici, tuttavia, non tutto sull’inflazione è così regolare. All’inizio del 2017, i fisici Abraham Loeb, Anna Ijjas e Paul J. Steinhardt hanno sostenuto su Scientific American che i sostenitori dell’inflazione stanno essenzialmente giocando questo modo: ogni volta che un’osservazione astronomica non è d’accordo con una delle previsioni della teoria, i teorici aggiungono semplicemente nuove variabili ai loro modelli per adattarli ai dati.
Con ogni nuova variabile, la teoria diviene più complicata e, agli occhi di Loeb e della compagnia, meno plausibile. “L’inflazione è un’idea così flessibile che qualsiasi risultato è possibile“, hanno scritto, concludendo, definendola una “teoria vuota“.
Alcuni mesi dopo, Guth e altri 32 importanti fisici, tra cui il defunto Stephen Hawking, pubblicarono una confutazione, difendendo l’inflazione come una teoria verificabile, basata sull’evidenza, che aveva prodotto numerose previsioni di successo.
Ma questo non ha convinto i critici.
Tra questi critici c’è Sabine Hossenfelder, una fisica teorica dell’Istituto di studi avanzati di Francoforte in Germania. A suo avviso, molte persone vogliono che l’inflazione sia la risposta, ed è arrivata al punto in cui “le persone continuano a ripetere dichiarazioni che sono ovviamente sbagliate“.
Un esempio, dice, è l’idea che l’inflazione risolva il problema della piattezza. Hossenfelder sottolinea che non esiste una ragione matematica per cui l’universo debba essere piatto, quindi, in un certo senso, l’inflazione sta risolvendo un problema che non è mai esistito.
Dice che ci sono altre spiegazioni e che “le persone che comprendono l’inflazione lo sanno perfettamente“.
Tuttavia, Hossenfelder afferma che questo non ferma il modello “inquietante” di promozione dell’inflazione, dicendo: “Se ne parli con loro, ammettono che [questa e altre affermazioni] sono sbagliate, ma continuano a ripeterle comunque“.
Ma non tutti i sostenitori dell’inflazione sono così filosoficamente radicati. Xingang Chen, uno dei primi cosmologi, dell’Università di Harvard, iniziò la sua carriera al MIT lavorando sotto Guth, il padre dell’inflazione stessa. Ma ultimamente, ha iniziato a esplorare seriamente le teorie alternative.
Tra loro ci sono una classe di teorie cicliche dell’universo – modelli basati sul Big Bounce, incluso quello che Penrose ha proposto a Princeton. Introdotte negli anni ’50, le teorie del Big Bounce precedono l’inflazione e sono oggi sostenute da importanti fisici come Steinhardt e Neil Turok.
Un altro contendente è la cosmologia dei gas di stringa, proposta negli anni ’80 dai cosmologi Robert Brandenberger e Cumrun Vafa, che tenta di spiegare l’espansione dell’universo primordiale usando le equazioni della teoria delle stringhe.
Chiedi a Chen, e ti dirà che anche queste teorie alternative non sono perfette. Per dirne una, sono più complicate e meno eleganti della teoria dell’inflazione.
E in fisica, il rasoio di Occam – l’idea che risposte più semplici abbiano più probabilità di essere corrette – generalmente domina.
Chen crede ancora che l’inflazione sia la teoria più plausibile su come l’universo è diventato. Ma allo stesso tempo, riconosce che teorie alternative come i modelli basati sul Big Bounce e sui gas di stringa possono spiegare tutte le stesse osservazioni che spiega l’inflazione. A rigor di termini, non c’è niente di speciale nell’inflazione.
E, tuttavia, regna l’inflazione.
Su ArXiv, il principale repository di articoli di ricerca sulla fisica, gli articoli che menzionano l’inflazione cosmologica superano quelli che menzionano la cosmologia ciclica e la cosmologia dei gas di stringa di circa 14 a 1.
Una ricerca di un sito Web della National Science Foundation garantisce che, dei circa 2000 progetti attivamente finanziati nell’ambito dei programmi di fisica e astronomia dell’agenzia, tre dozzine menzionano l’inflazione cosmologica nelle descrizioni dei loro progetti.
Nessuno menziona la teoria dei gas-stringa o la cosmologia ciclica.
Secondo Hossenfelder, questa convergenza ideologica intorno all’inflazione è indicativa di una cultura che è diventata eccessivamente avversa al rischio nelle sue pratiche editoriali, di assunzione e di finanziamento.
Lei lo critica perché “hai molte persone che iniziano a produrre modelli di [inflazione] che in realtà non ti aiutano con nulla“, e lo fanno perché “puoi farlo pubblicare“.
“È diventato molto politicizzato“, afferma Hossenfelder. “Questo è particolarmente pronunciato negli Stati Uniti, dove i ricercatori sono davvero preoccupati per i loro finanziamenti“. L’ansia è evidente, dice, nel modo in cui gli scienziati parlano di assicurarsi denaro per le loro ricerche.
Penrose è d’accordo. “La competizione nelle università è orrenda“, afferma. “Oggi, le persone che vengono assunte nelle università sono quelle che credono in queste idee alla moda”.
Alla fine della giornata, dice Ijjas, sfidare il mainstream “non dovrebbe essere impossibile – ma va bene se è difficile. Perché dovrebbe essere difficile”
In effetti, i fisici teorici di oggi stanno combattendo per le briciole di una torta sempre più ridotta. Il direttore del programma NSF Dienes afferma che esiste un budget combinato per la fisica delle particelle teoriche, la cosmologia e la fisica delle alte energie, circa $ 13 milioni di dollari all’anno, che ammonta a meno dell’1 percento della dotazione totale per la ricerca in scienze matematiche e fisiche. Solo una parte di quei 13 milioni di dollari va alla cosmologia teorica.
Ijjas, un fisico teorico di Princeton e uno dei coautori del controverso articolo su Scientific American del 2017, è uno dei pochi teorici che hanno vinto finanziamenti per studiare una teoria alternativa dell’universo primordiale.
Ma il suo finanziamento proveniva dalla Simons Foundation, gestita privatamente, e anche allora solo dopo che le idee – relative ai modelli Big Bounce – erano maturate abbastanza per essere supportate da calcoli di alto livello.
Ijjas afferma che, come giovane ricercatore, deve esserci un equilibrio tra assunzione di rischi e conservatorismo. Alla fine, dice, sfidando il mainstream “non dovrebbe essere impossibile – ma va bene se è difficile. Perché dovrebbe essere difficile“.
Quando Penrose ripensa a quel 2015 a Princeton, ricorda che alla fine del panel, un collega si alzò per commentare il campo della cosmologia nel suo complesso.
Come ricorda Penrose, il messaggio del moderatore fu che “non c’è niente di nuovo” e “sappiamo davvero abbastanza bene tutto… Ci sono alcune cose che possiamo guardare, ma abbiamo il quadro generale“. Era la proiezione della certezza.
Un’affermazione che ha infastidito Penrose, che continua a sostenere che l’inflazione è “una teoria estremamente artificiale” – e che la comunità della fisica non offre lo spazio, professionale o personale, per esplorare idee alternative.
Hossenfelder cattura il sentimento in un esperimento mentale. “Immagina di voler trovare una spiegazione completamente nuova per la fisica dell’universo primordiale“, afferma. “Ciò significherebbe pensarci su per circa cinque anni, pensare molto, leggere molto, fare molti calcoli, e in questi cinque anni probabilmente non sarebbe uscito fuori molto di nuovo da quanto hai studiato“.
E poi arriva il problema, perché “se tu provassi a farlo, al massimo dopo due anni saresti disoccupato, e questa è la fine dei tentativi di sviluppare un modello cosmologico alternativo”.
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