I fisici ancora oggi non sono stati in grado di svelare il mistero dell’inflazione cosmica ha portato un seme estremamente piccolo a espandersi nell’universo attuale. In altre parole, i fisici potrebbero non essere mai in grado di realizzare un modello di inflazione usando strumenti noti.
Questa congettura, che è un’opinione fondata su informazioni incomplete, indica una caratteristica particolare dei modelli di inflazione.
Questi modelli prendono fluttuazioni molto piccole nello spaziotempo e le ingrandiscono. Purtroppo non abbiamo una teoria fisica completa che spieghi quelle piccole fluttuazioni, e quindi i modelli di inflazione cosmica che hanno quella caratteristica non funzioneranno mai. Forse per spiegare l’inflazione cosmica si dovrebbe inserire una nuova teoria, la teoria delle stringhe
Le osservazioni sulla struttura a larga scala del cosmo e della luce residua del Big Bang hanno rivelato che in principio l’universo probabilmente ha vissuto un periodo di espansione incredibilmente accelerata chiamata “inflazione cosmica”. Questo evento ha portato l’universo a diventare trilioni di trilioni di volte più grande in una piccola frazione di secondo.
L’inflazione cosmica ha introdotto alcune piccole irregolarità nell’universo. Con il dispiegarsi dell’inflazione cosmica, le più piccole fluttuazioni quantistiche casuali sono cresciute enormemente, questo ha fatto si che alcune regioni presentassero una densità maggiore di materia rispetto ad altre.
Alla fine, quelle piccole differenze crebbero fino a diventare così grandi da estendersi da un’estremità all’altra dell’universo. Miliardi di anni dopo quelle minuscole differenze di densità crebbero fino a diventare i semi di stelle, galassie e delle più grandi strutture del cosmo che oggi possiamo ammirare.
Gli astronomi pensano che qualcosa di simile all’inflazione cosmica si sia manifestata nei primi istanti dell’universo, quando aveva meno di un secondo di vita. Tuttavia, anche in questo caso non sanno cosa abbia causato l’inflazione, cosa l’ha alimentata, quanto è durata o cosa l’ha inattivata.
Nella maggior parte dei modelli di inflazione cosmica, le fluttuazioni a una scale subatomica vengono “gonfiate” diventando differenze macroscopiche. Quanto sono piccole queste fluttuazioni? Più piccole della lunghezza di Planck, che è pari a 1,6 x 10 ^ meno 35 metri.
Questa è la scala in cui la forza di gravità rivaleggia con quella delle altre tre forze fondamentali della natura. A quella scala, ci serve una nuova teoria unificata che descriva la nostra realtà.
Purtroppo una teoria del genere non è ancora stata scritta. Gran parte dei modelli di inflazione richiedono che l’universo cresca così tanto che le differenze sub-planckiane diventano macroscopiche. Ma non capiamo la fisica sub-planckiana. Quindi come potremmo costruire un modello teorico di inflazione cosmica se non comprendiamo la fisica sottostante?
Inflazione cosmica: oltre la scala di Planck
Forse non potremo mai comprendere la fisica sottostante. Questo concetto è chiamato congettura della censura trans-Planckiana, o TCC.
Robert Brandenberger, cosmologo teorico svizzero-canadese, professore alla McGill University di Montreal, in Canada, ha recentemente redatto una recensione della congettura TCC.
Secondo Brandenberger, la congettura TCC è un nuovo principio che limita le cosmologie vitali. A suo avviso, la congettura TCC implica che qualsiasi osservatore nel nostro universo a larga scala non potrà mai “osservare” ciò che accade alla piccola scala trans-planckiana.
Anche se entrassimo in possesso di una teoria della gravità quantistica, la congettura TCC sostiene che qualsiasi cosa che “vive” nel regime sub-planckiano non “passerà mai” nel mondo macroscopico.
La maggior parte delle teorie sull’inflazione cosmica sono fondate su una tecnica nota come “teoria del campo efficace”. Dal momento che non abbiamo una teoria che unisca la fisica ad alta energia e piccola scala (come l’inflazione), i fisici cercano di costruire versioni a bassa energia per fare progressi.
Tuttavia sotto la congettura TCC, quel tipo di strategia non funziona, perché quando viene utilizzata per costruire modelli di inflazione, il processo di inflazione cosmica avviene così rapidamente che “espone” il regime sub-planckiano all’osservazione macroscopica.
Davanti a questo problema, alcuni fisici si chiedono se dovremmo adottare un approccio completamente diverso nella comprensione dell’universo primordiale.
la teoria delle stringhe e l’inflazione
La cosmologia dei gas di stringa è un modello teorico dell’universo primordiale basato sulla teoria delle stringhe, che è una teoria promettente per arrivare all’unificazione della fisica. Nel modello dei gas di stringa, l’universo non subisce mai un periodo di rapida inflazione.
In questo caso il periodo di inflazione è molto lento e le fluttuazioni al di sotto della lunghezza di Planck non vengono mai “esposte” all’universo macroscopico. La fisica al di sotto della scala di Planck non cresce mai fino a diventare osservabile, quindi la congettura TCC è soddisfatta. Tuttavia, i modelli di gas di stringa non possiedono ancora dettagli sufficienti per testare le prove osservabili dell’inflazione.
La congettura TCC è correlato a un altro punto critico tra l’inflazione e le teorie della fisica unificata come la teoria delle stringhe. La teoria delle stringhe prevede un numero enorme di universi. Sembra che la maggior parte (se non tutti) i modelli di inflazione siano incompatibili con la teoria delle stringhe.
Appartengono a quella che i teorici delle stringhe chiamano la “palude” – la regione di possibili universi che non sono fisicamente realistici. La congettura TCC potrebbe essere un’espressione del rifiuto dell’inflazione nelle paludi.
Forse è ancora possibile realizzare un modello tradizionale di inflazione che soddisfi la congettura TCC; ma se la congettura TCC è vera, questo limita fortemente i tipi di modelli che i fisici possono realizzare. Se l’inflazione riesce a procedere per un periodo di tempo abbastanza breve, mentre continua creare le strutture che un giorno cresceranno fino a diventare ammassi di galassie, la teoria dell’inflazione potrebbe funzionare.
In questo momento, la congettura TCC non è stata dimostrata – è solo una congettura. Si allinea con altre idee sulla teoria delle stringhe, ma anche la teoria delle stringhe non è dimostrata. Tuttavia, idee come questa sono utili, perché i fisici non capiscono l’inflazione e tutto ciò che può portare nuove domande o gettare sguardi in altre direzioni e ben accolto.
