Nuove teorie sostengono il collasso dell’Universo in una singolarità

Il mondo scientifico è sempre alla ricerca di un modello che possa spiegare le origini e l'evoluzione dell'universo. Uno di questi è il modello ekpirotico

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Chi di noi, almeno una volta, non si è posto la domanda: l’universo esiste da sempre? Se così fosse, starebbe rimbalzando avanti e indietro in un ciclo continuo di big bang, nei quali, a un’emissione di materia da una singolarità, seguirebbero dei big crunches, dove tutto verrebbe nuovamente inghiottito per generare quel punto denso da dove rinascerebbe nuovamente l’universo. E questo ciclo non avrebbe fine.

Il fondamento matematico di queste teorie, però, non è stato finora capace di spiegare se il nostro universo è ciclico o ha un inizio e una fine. Recentemente però, un gruppo di scienziati teorici ha utilizzato la teoria delle stringhe per risolvere alcuni enigmi fondamentali dell’universo primordiale. Il risultato dovrebbe fornire la spinta teorica necessaria per costruire un universo da zero, e supportare quindi la visione di un universo che si ripete.

Ognuno di noi può costruirsi il proprio modello teorico dell’universo, purché però tale modello rispetti le regole imposte dall’universo stesso. Questo significa che, qualunque cosa contenga il modello proposto, esso deve confrontarsi con delle regole ferree.

Per esempio, si sa che viviamo in un universo in espansione, nel quale le galassie e le stelle si allontanano da noi con una velocità sempre crescente. Gli scienziati possono affermare ciò utilizzando diversi tipi di tecniche per calcolare quanto velocemente si stanno allontanando le galassie distanti da noi. Abbiamo anche costruito un’immagine dell’universo primordiale, quando aveva appena 380.000 anni, un’età che lo rende baby rispetto all’età corrente, di circa 13,8 miliardi di anni!

Nell’ambito di questa descrizione dell’universo primordiale, è possibile individuare degli schemi interessanti – piccole macchie che rivelano l’esistenza di leggere differenze di temperatura e di pressione in quell’universo giovane.

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Siamo in grado di spiegare tutte queste osservazioni con quella che è definita la cosmologia del Big Bang, con l’aggiunta del concetto di inflazione, ovvero quel processo che supponiamo si sia verificato istantaneamente dopo l’origine dell’universo. Durante questo processo (la cui durata non è stata superiore a un secondo), l’universo è diventato molto più ampio, rendendo sempre più grandi le differenze quantistiche. Queste differenze sono successivamente cresciute, poiché le macchie più dense hanno assunto una maggiore gravità, che appunto le ha rese più ampie. Con il passare del tempo, quelle differenze sono diventate abbastanza grandi da imprimersi come segni distintivi nella descrizione dell’universo primordiale.

Qualcuno oggi potrebbe anche contestare la teoria del Big Bang e costruirsi una propria versione della cosmologia. È tutto ammissibile, ma questa nuova cosmologia dovrà spiegare alcune cose come l’espansione dell’universo e le macchie presenti nella descrizione dell’universo primordiale. In altre parole, la nuova teoria deve essere in grado di spiegare l’universo in maniera più efficace rispetto a quanto non faccia oggi l’inflazione.

Vediamo quali sono le difficoltà nel procedere in questo senso. Le differenze di pressione, di temperatura e di densità sono state sempre una spina nel fianco per tutte le cosmologie alternative, compresa la teoria nota con il nome di universo ekpirotico. Il termine ekpirotico deriva dal greco e si riferisce a un antico concetto filosofico di universo che si ripete costantemente.

Nella prospettiva ekpirotica, ci troveremmo in un continua fase di bang, che alla fine rallenterà, si fermerà, tornerà indietro e si ridurrà a temperature e pressioni molto elevate. Quindi, l’universo si riprenderà (in qualche modo) e si riaccenderà in una nuova fase di big bang.

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Il problema è che, nella descrizione ekpirotica dell’universo, è difficile replicare le macchie presenti nella descrizione dello stesso universo primordiale. Quando si cerca di costruire una vaga idea di fisica per spiegare il ciclo crunch – rimbalzo – bang (il termine vago è appropriato perché questi processi coinvolgono delle energie e delle scale che con le attuali nozioni di fisica non saremmo in grado di comprendere), viene fuori un risultato..molto piatto! Non si riscontrano urti, né movimenti; nessuna macchia, né tanto meno differenze di temperatura, di pressione o di densità.

Ciò non significa che le teorie non si allineano con le osservazioni dell’universo primordiale. Semplicemente, queste cosmologie non portano a un universo nel quale sono presenti galassie, stelle e persino persone.

Negli ultimi anni l’obiettivo delle teorie ekpirotiche è stato quello di cercare di trovare gli stessi risultati forniti dalla teoria dell’inflazione. In un recente tentativo per superare questi ostacoli e rendere la cosmologia ekpirotica, se non del tutto attendibile, almeno rispettabile, un gruppo di ricercatori ha pensato di fare riferimento al concetto di S-brane.

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Vediamo di cosa si tratta. Abbiamo più volte sentito parlare della teoria delle stringhe. Quel settore della fisica fondamentale dove ogni particella è considerata come una piccola corda vibrante. Di recente, alcuni teorici si sono accorti che queste stringhe non devono essere unidimensionali. E quindi hanno scelto un nome particolare per queste stringhe multidimensionali: brane.

Rimane da comprendere il perché del prefisso S. Nella teoria delle stringhe, la maggior parte delle brane può vagare liberamente nello spazio e nel tempo, ma l’ipotetica S-brane può esistere solo in un istante di tempo e sotto condizioni molto speciali.

In questo nuovo scenario ekpirotico, quando l’universo si è trovato nella sua più piccola e più densa configurazione possibile, è apparsa una S-brane, innescando la riespansione di un cosmo pieno di materia e radiazione (un big bang) e con piccole variazioni di temperatura e di pressione (facendo nascere le famose macchie viste nella descrizione dell’universo primordiale).

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Non si può sapere se questa idea sia corretta. Recentemente la teoria delle stringhe si è un po’ arenata, poiché gli esperimenti come quelli condotti al Large Hadron Collider non hanno trovato alcun indizio sulla teoria della supersimmetria, che rappresenta una base importante per la teoria delle stringhe. E, nell’ambito della comunità che sostiene la teoria delle stringhe, lo stesso concetto delle S-branes risulta molto controverso, in quanto non si sa esattamente quali siano le condizioni che permettono alle branes di esistere solo in un determinato momento.

Vi è anche il fatto che non solo l’universo, come lo conosciamo noi, si sta espandendo, ma questa espansione sta subendo un’accelerazione; e non ci sono segnali che lasciano pensare a un rallentamento. È molto complicato capire cosa possa frenare l’universo e invertire il suo corso.

Tuttavia, vale la pena esplorare le idee ekpirotiche, così come molte altre, perché i primi momenti dell’universo forniscono alcune delle domande più enigmatiche e stimolanti alla fisica moderna.

Fonte: livescience.com