L’universo non è eterno. Si calcola sia nato circa 13,82 miliardi di anni fa, materia, energia, spazio e tempo sono emersi dal vuoto mediante un processo noto come Big Bang. L’universo in espansione si raffredda e dagli elementi prodotti nei primi minuti della sua vita si sono formate stelle e galassie.
Quando venne proposta la teoria del Big Bang, molti scienziati la ritennero pazzesca, assurda e impossibile. Con il passare del tempo sono emerse delle prove sempre più consistenti. Da quasi 100 anni sappiamo che le galassie si allontanano l’una dall’altra a velocità crescente all’aumentare della distanza,
L’universo, secondo la teoria del Big Bang, è nato a temperatura altissima dove l’energia pura produceva particelle che dopo pochi istanti si trasformavano in energia. L’universo poi si è raffreddato, ma le tracce di quel calore infernale sono ancora presenti attorno a noi.
Il bagliore residuo della nascita dell’universo non può essere osservato sotto forma di luce visibile, ma come radiazione a microonde, chiamata anche “radiazione cosmica di fondo”, scoperta dai radioastronomi nel 1963.
Dove ha avuto inizio il Big Bang?
Quando un ordigno esplode, la detonazione avviene in un punto e le schegge volano via in tutte le direzioni. Prima del Big Bang, non c’era né un centro, né uno spazio vuoto, quindi il Big Bang non è avvenuto in nessun “luogo”. Lo spaziotempo stesso è apparso e ha iniziato ad espandersi con il Big Bang.
I cosmologi spesso paragonano l’Universo a una torta che lievita, con l’uvetta che rappresenta le galassie. Man mano che la torta si gonfia, le uvette si allontanano tra loro senza allontanarsi da un centro di espansione, proprio come avviene oggi nell’espansione dell’universo causata dal Big Bang.
Il Big Bang è stato unico?
La prima fase del Big Bang era dominata dal vuoto inflazionistico. Raddoppiando il suo volume il vuoto raddoppiava l’energia, quando triplicava il suo volume, triplicava la sua energia. I fisici chiamano l’inflazione “un pasto gratis”.
Il vuoto inflazionistico si espanse sempre più velocemente. Ma essendo quantistico era ed è imprevedibile. In modo del tutto casuale, in tutto il vuoto inflazionistico, parti di esso “decadevano” nel vuoto ordinario e quotidiano.
Il vuoto inflazionistico potrebbe essere immaginato come un immenso oceano dove si formano minuscole bollicine. Ogni bollicina perde il suo stato di vuoto e la sua enorme energia si trasforma in un mare ribollente di particelle caldissime. Questo è il Big Bang e il nostro universo potrebbe essere emerso da una di queste bollicine, una tra le innumerevoli bollicine che forse hanno dato la vita ad altri universi simili al nostro, o completamente diversi perché regolati da altre leggi.
Ma cosa c’era prima del Big Bang?
Per dare vita a un universo come il nostro, era necessario un pezzo di vuoto inflazionistico di solo un chilogrammo. Incredibilmente, le leggi della teoria quantistica permettono a tutto quello che osserviamo di emergere dal nulla.
Big Bang, i problemi nascosti
L’idea che sta alla base dell’Universo caldo e denso che da quel momento in poi si è espanso e raffreddato – è incontrovertibile. Ma i cosmologi hanno dovuto apportare modifiche alla teoria, per spiegare alcune osservazioni.
Innanzitutto, nel modello standard, a prescindere di cosa c’era prima del Big Bang, le galassie crescono attirando gravitazionalmente la materia. Ma se questa fosse l’unica cosa che sta succedendo, ci vorrebbe molto più tempo di 13,82 miliardi di anni per favorire il processo. Gli astronomi risolvono questo problema postulando che le stelle e le galassie visibili siano superate di un fattore sei dalla “materia oscura” invisibile, la cui gravità extra accelera la formazione delle galassie.
In secondo luogo, il Big Bang prevede che l’attrazione gravitazionale tra le galassie agisca come una rete di espansione cosmica elastica che tende a rallentare l’espansione. Tuttavia, nel 1998, gli astronomi hanno scoperto che l’espansione dell’Universo sta accelerando. Per risolvere il problema dell’espansione accelerata è stata introdotta l’energia oscura, che permea l’universo e a differenza della gravità è repulsiva.
È necessario un ultimo ritocco alla teoria di base per spiegare perché l’Universo ha la stessa temperatura ovunque. Per tenere conto di ciò, gli astronomi pensano che l’Universo all’inizio fosse più piccolo del previsto, quindi ha subito un’espansione super rapida nella sua prima frazione di secondo – una “inflazione”. Ciò è stato guidato da un “vuoto inflazionistico”, una versione ad alta energia del vuoto che esiste oggi nello spazio.
Cosa è successo prima del Big Bang?
I pilastri della fisica moderna sono la relatività generale di Einstein e la teoria quantistica. La prima spiega l’Universo su larga scala, mentre la seconda spiega il mondo alla scala degli atomi e dei loro costituenti. Le due teorie hanno resistito per ora a ogni tentativo di “fusione” e questo è un problema.
Per capire come è nato l’universo, e cosa c’era prima del Big Bang, è essenziale unire la teoria di Einstein con la teoria quantistica.
Secondo alcuni il miglior candidato è la “teoria delle stringhe“, che vede gli elementi costitutivi alla base della realtà come minuscole stringhe di massa-energia che vibrano nello spazio-tempo a 10 dimensioni.
Solo quando avremo una teoria completa saremo in grado di rispondere a molte domande che assillano l’umanità da sempre.
