Com’è nato l’universo? Da dove vengono tutte le strutture che osserviamo e come si sono formate? Oggi possediamo un quadro abbastanza coerente dell’origine dell’universo che è iniziato a partire da uno stato altamente ordinato, molto diverso dall’universo attuale.
Il nostro universo è composto di materia (piuttosto che di antimateria), obbedisce alle stesse leggi della fisica ovunque e in ogni momento, e ha avuto inizio con un Big Bang caldo circa 13,8 miliardi di anni fa.
La legge della Relatività Generale, ci dice che si espande, si raffredda, e nuove scoperte ci hanno mostrato che è dominato dall’energia oscura (68%) e dalla materia oscura (27%), con la materia normale, i neutrini e le radiazioni che costituiscono il rimanente 5%.
Oggi l’universo è pieno di galassie, stelle, pianeti, elementi pesanti e di molecole complesse che almeno sulla Terra hanno portato alla nascita della vita.
Ma l’universo non è stato sempre come lo osserviamo, le strutture oggi esistenti si sono formate con il passare del tempo a partire da strutture estremamente semplici.
Con un notevole salto scientifico, gli scienziati del XX secolo sono stati in grado di ricostruire la linea temporale di come il nostro universo sia passato da un universo per lo più uniforme, privo di strutture complesse e costituito esclusivamente da idrogeno ed elio, all’Universo ricco di strutture che osserviamo oggi.
La vita è nata da molecole complesse, che sono sorte dagli atomi: gli ingredienti grezzi che costituiscono tutta la materia normale del’universo. Questi atomi hanno richiesto più generazioni di stelle che con i prodotti delle loro reazioni nucleari hanno dato vita a generazioni di stelle. Senza questo processo, i pianeti e la chimica complessa sarebbero impossibili.
Stelle e galassie necessitano di alcuni ingredienti fondamentali: la gravità, la materia oscura e disomogeneità nel gas primordiale per favorire la nascita dei semi che portano, con il passare del tempo, alle strutture oggi esistenti.
L’universo primordiale era composto da quantità uguali di materia ed antimateria e in qualche modo un’asimmetria a favorito una di esse, la materia. Oggi le strutture che osserviamo e la vita stessa sono composte da materia, se questa asimmetria non si fosse manifestata l’universo oggi sarebbe simmetrico ma pieno solo di energia. Le leggi della fisica così come le conosciamo sono in un certo senso simmetriche: ogni reazione che abbiamo mai creato o osservato può solo creare o distruggere materia e antimateria in quantità uguali.
Non sappiamo il perché l’universo denso e caldo del passato abbia, per cosi dire, favorito un piccolo eccesso di materia rispetto all’antimateria. Forse una qualche instabilità o disequilibrio o una qualche interazione ha portato a un eccesso di materia rispetto alla sua controparte.
Il Modello Standard funziona egregiamente con le particelle di materia normale, non fa predizioni sulla materia oscura in quanto i test finora eseguiti hanno appurato che tale materia non può essere costituita da particelle note. Esistono diverse possibili spiegazioni alla materia oscura: potrebbe essersi formata nelle prime fasi dell’universo caldo e denso, rimanendo stabile come particella supersimmetrica: oppure a partire da una transizione di fase avvenuta durante l’espansione e il conseguente raffreddamento; come una nuova forma di neutrino, che a sua volta può mescolarsi con i neutrini conosciuti (cioè un neutrino sterile), o come un neutrino pesante di mano destra che esiste in aggiunta ai neutrini convenzionali; o come un fenomeno gravitazionale che dà origine a una particella ultramassiccia (ad esempio, una WIMPzilla).
Se la materia oscura esiste realmente, da dove è venuta l’energia richiesta dagli scenari precedenti? L’energia, potrebbe essere venuta dal nulla, come afferma l’inflazione cosmica, la teoria principale sulle origini dell’universo.
In origine l’universo era denso e caldissimo e per spiegarne la sua genesi abbiamo due opzioni: O dobbiamo accettare che l’universo è nato con queste condizioni iniziali, o si devono inventare nuovi meccanismi teorici per spiegare le condizioni iniziali, estrarre previsioni concrete che differiscono dallo standard, facendo predizioni sulla teoria prevalente e poi cercare di misurare i parametri critici.
Il secondo approccio ha portato alla nascita della teoria dell’inflazione, cambiando la concezione di quello che abbiamo imparato sull’universo. L’inflazione afferma che, forse, il Big Bang caldo è stato preceduto da un periodo in cui una densità di energia estremamente grande era presente nel tessuto dello spazio stesso. A causa di questa energia l’universo si è espanso a un ritmo inflazionistico e, al termine della fase inflattiva, quell’energia è stata trasformata in materia, antimateria e radiazione, dando luogo al Big Bang caldo.
L’inflazione permette di spiegare l’uniformità di temperatura, densità e piattezza dell’universo. L’universo è quindi nato dal vuoto che conteneva una enorme quantità di energia che fluttuando, in un processo naturale, ha dato vita a tutte le strutture esistenti. Ma l’idea di ottenere un intero universo dal nulla non soddisfa tutti.
Per tante persone, un universo in cui esistono lo spazio e il tempo, le leggi della fisica, le costanti fondamentali e un’energia di campo diversa da zero, è diverso dal pensare a un luogo che emerge dal nulla. Ma cos’è il nulla?
In fisica, è impossibile dare un senso a un’idea di nulla assoluto. Cosa significa essere al di fuori dello spazio e del tempo e come possono lo spazio e il tempo emergere in modo sensato e prevedibile da uno stato di non esistenza? Come può lo spaziotempo emergere in un luogo o in un tempo particolare, quando non esiste una definizione di luogo o tempo? Da dove nascono le regole che governano i quanti, i campi e le particelle?
Il nulla presuppone che lo spazio, il tempo e le stesse leggi della fisica non siano eterne, quando in realtà potrebbero esserlo. Se accettiamo una definizione fisica di “niente”, l’universo come lo conosciamo sembrerebbe essere sorto dal nulla.
Sfortunatamente l’inflazione, per sua stessa natura, cancella qualsiasi informazione che potrebbe essere impressa da uno stato preesistente nel nostro Universo osservabile. Nonostante la natura illimitata della nostra immaginazione, possiamo solo trarre conclusioni su questioni per le quali possono essere costruiti test che coinvolgono la nostra realtà fisica. Non importa quanto logicamente possa essere qualsiasi altra considerazione, inclusa una nozione di nulla assoluto, è semplicemente un costrutto delle nostre menti.
Fonte: https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/11/27/ask-ethan-how-did-the-entire-universe-come-from-nothing/
L’universo viene dal nulla?
In principio c'era il nulla dal quale sono scaturite tutte le strutture che osserviamo e grazie alla gravità danno consistenza all'universo. Materia, materia oscura ed energia oscura si legano allo spaziotempo in un concerto che risuona da miliardi di anni.
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