Il problema con la teoria del Big Bang

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Opinione di Don Lincoln

Don Lincoln è uno scienziato senior presso il Fermi National Accelerator Laboratory. È autore di numerosi libri scientifici per un pubblico generico, tra cui l’audiolibro best-seller “La teoria del tutto: la ricerca per spiegare tutta la realtà“. Produce anche una serie di video di educazione scientifica.

Forse la domanda più antica e più grande posta dall’umanità è “Come è nato l’universo?” In effetti, le risposte proposte a questo enigma si trovano in antichi testi religiosi, vecchi di alcune migliaia di anni. Nell’era moderna, tale questione è più propriamente considerata di competenza della scienza.

Tuttavia, una recente misurazione astronomica registrata in un laboratorio al Polo Sud sta inducendo gli scienziati a rivisitare le loro teorie. Mentre quelle persone che bramano la certezza nella loro vita potrebbero essere infelici a causa della nuova misurazione, è importante ricordare che non ci sono vacche sacre nella scienza e gli scienziati controllano e ricontrollano sempre anche i loro modelli universali preferiti.
Secondo l’attuale spiegazione scientifica, l’origine dell’universo può essere datata a circa 13,8 miliardi di anni fa, quando l’intero universo visibile era compresso in un volume molto più piccolo di un atomo. Qualcosa – e non capiamo ancora esattamente cosa – ne ha improvvisamente causato l’espansione in un vortice insondabilmente caldo ed esplosivo chiamato Big Bang. Da allora l’universo si è espanso, un fatto scoperto dall’astronomo Edwin Hubble nel 1929.
Nei decenni successivi, le osservazioni hanno solo rafforzato la tesi della teoria del Big Bang, ma hanno anche chiarito che la teoria è incompleta. Ad esempio, nella sua prima incarnazione, il Big Bang non riusciva a spiegare perché l’universo fosse così uniforme. Gli astronomi dell’emisfero settentrionale che guardano in profondità nello spazio vedono in media la stessa cosa di quelli che vivono nell’emisfero australe.
La tradizionale teoria del Big Bang prevede che dovrebbero esserci piccole differenze di temperatura, agglomerati di grandi ammassi di galassie e altre proprietà. Ma entrambi i lati sembrano uguali.
Tuttavia, nel 1980, il fisico Alan Guth ha proposto un’estensione della teoria che potrebbe riconciliare alcune delle incongruenze tra teoria e osservazione, inclusa l’inaspettata uniformità. La sua estensione è chiamata teoria dell’inflazione cosmica e sostiene che nei primi istanti dopo nascita l’universo si è espanso più rapidamente della velocità della luce. In una piccola frazione di secondo, l’universo visibile è cresciuto dalle dimensioni di un atomo a una sfera di circa un anno luce di diametro.
Gli astronomi successivi inventarono variazioni dell’inflazione, di vari gradi di complessità, ma tutte sostengono che l’universo primordiale si espanse a velocità insondabili.
Il principio dell’inflazione è stato a lungo considerato una componente importante della moderna teoria scientifica sull’origine dell’universo, ma non è mai stato confermato sperimentalmente, quindi rimane un’idea speculativa.
Tuttavia, se l’inflazione fosse vera, dovremmo essere in grado di dimostrarlo. Sebbene un tempo l’universo fosse incandescente, l’espansione dell’universo lo ha raffreddato e quel bagliore si è trasformato in microonde che gli astronomi sono stati in grado di rilevare dal 1964. Questa reliquia del Big Bang è chiamata fondo cosmico a microonde, o CMB.
La teoria dell’inflazione prevede che le microonde del CMB dovrebbero essere polarizzate. Proprio come la luce normale, le microonde sono solo campi elettrici e magnetici oscillanti e se le oscillazioni sono orientate in direzioni specifiche, il risultato è la polarizzazione.
Il CMB può essere polarizzato in due modi: B-modes, che sono modelli swirly, e E-modes, che sono più di un modello rettilineo. Su queste basi, se la teoria dell’inflazione fosse corretta, ci aspetteremmo di vedere un mix di B-mode ed E-mode, mentre se l’espansione dell’universo non fosse avvenuta così rapidamente come la teoria suggerisce, i ricercatori dovrebbero vedere solo le modalità E.
Questo perché i B-mode sono causati da onde gravitazionali che avrebbero scosso l’universo primordiale e sarebbero stati bloccati nel nostro universo dall’inflazione. Senza l’inflazione, non vedremmo quelle onde gravitazionali primordiali : le prove sarebbero state dissipate.
Gli astronomi hanno utilizzato un telescopio chiamato BICEP-3 (abbreviazione di Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) per studiare il CMB e la sua polarizzazione. La posizione al Polo Sud del telescopio, con la sua altitudine di quasi due miglia sul livello del mare e l’aria incredibilmente secca, è un luogo ideale per condurre questo tipo di ricerca. Gli scienziati di BICEP-3 hanno combinato i loro dati con misurazioni in altre strutture e non hanno trovato alcuna indicazione di modalità B provenienti dal CMB. Se i B-mode sono presenti nella CMB, sono molto piccoli.
Quindi, questo significa che la teoria dell’inflazione deve essere scartata? No, sebbene i dati abbiano smentito alcune delle teorie più semplici sull’inflazione, non sono abbastanza sensibili da escludere le versioni più complesse. Tuttavia, l’incapacità di osservare le modalità B della CMB è inquietante, portando alcuni scienziati a tornare alla lavagna per rifare i calcoli.
C’è chi rimane sconcertato quando una misurazione scientifica mette in discussione una teoria popolare tra i ricercatori, ma non dovrebbe esserlo. La natura autocorrettiva della scienza è in realtà la sua risorsa più forte.
Gli scienziati controllano costantemente le proprie idee e, anche se non lo fanno, altri scienziati lo fanno per loro. L’obiettivo è arrivare alla verità. In effetti, un buon scienziato non dovrebbe mai fissarsi sulle proprie idee e dovrebbe essere aperto a cambiare il proprio punto di vista man mano che arrivano più dati. Lentamente, ma sicuramente, le idee scientifiche vengono affinate da questo processo, avvicinandosi sempre di più alla verità.
Per molti versi, questo recente risultato di BICEP-3 è come la situazione all’inizio della pandemia di Covid-19 all’inizio del 2020.
Inizialmente, gli scienziati ci hanno detto che dovevamo disinfettare tutti i nostri generi alimentari e che le maschere non erano così importanti. Tuttavia, man mano che venivano eseguite ulteriori ricerche, gli scienziati hanno scoperto che il loro consiglio iniziale non era corretto. Nell’ultimo anno e mezzo circa, i medici hanno appreso e modificato il loro approccio alla malattia.
Allo stesso modo, misurazioni migliorate come quelle effettuate da BICEP-3 potrebbero un giorno confermare la teoria dell’inflazione, ma altrettanto bene quelle misurazioni future potrebbero un giorno ucciderla.
Ma va bene. Gli scienziati ci penseranno e presenteranno una teoria più nuova e migliore, e saremo più vicini alla verità. Il cambiamento è inevitabile.

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