Ci sono non poche sfide per i cosmologi che cercano di scoprire prove di come fosse all’inizio della vita del nostro Universo, ma mentre lo scenario dell’Universo inflazionistico è un modello quasi universalmente accettato, ci sono ancora problemi, soprattutto per gli astrofisici osservativi che non ne condividono l’idea.
Universo: come è stata generata l’inflazione cosmica?
Quello che prima è stato accettato ha ora creato qualche dubbio, soprattutto tra i teorici più astratti. L’inflazione si basa su un’idea semplice: L’Universo ha avuto inizio in una minuscolo porzione di spazio, che a sua volta è stata dominata dall’energia potenziale di un campo scalare, una sorta di energia oscura super densa.
Questo ha permesso che la piccola porzione si espandesse a una velocità incredibilmente accelerata, attenuando la densità e diluendo eventuali strane reliquie. Col tempo, il campo scalare è decaduto in materia ordinaria e radiazione che hanno iniziato a riscaldare l’Universo portandolo a uno stato più convenzionale.
Roger Penrose ha sostenuto che un Universo come il nostro doveva iniziare in uno stato molto particolare e che l’inflazione di per sé non è la risposta finale. Ciò implica che è necessaria una teoria che indichi le ragioni per cui è iniziata l’inflazione.
Tutti i modelli che includono l’inflazione prevedono che non finirà mai del tutto. La natura mutevole delle fluttuazioni quantistiche implica addirittura che l’inflazione non risolverà tutto perfettamente.
Questo significa che in alcuni luoghi l’inflazione si ridurrà mentre in altri continuerà per sempre. Questo potrebbe portare all’inizio di un multiverso, un’amalgama caotica costituita da numerosi universi minuti separati da regioni di spaziotempo in espansione.
Se da un lato l’inflazione eterna offre soluzioni, dall’altro presenta problemi. Il più importante riguarda il problema unitario o di Liouville. Nella meccanica classica, il Teorema di Liouville afferma che se prendi un certo numero di stati di eventi e li evolvi in avanti nel tempo, ti ritroverai con l’esatto numero di stati con cui hai iniziato.
Non vengono creati nuovi stati e nessuno viene distrutto. Se ci fossero un certo numero di stati che si qualificano come condizioni iniziali necessarie per l’inflazione, l’inflazione eterna li farebbe evolvere in avanti nel tempo, e otterremmo un insieme di universi che crescerebbero nel tempo.
Sorge il problema che man mano che il fenomeno cresce, ci sarà un numero crescente di stati identici, che non sono iniziati come un unica, minuscola porzione di spazio in espansione. Quindi, anche se potrebbe essere vero che è possibile generare un numero infinito di universi, allo stesso tempo, la frazione di tali stati sviluppati in una singola zona di inflazione va rapidamente a zero.
Il secondo problema è noto come problema della misura, che tenta di calcolare le probabilità all’interno dell’insieme infinito di universi creato dall’inflazione eterna. C’è un problema di base, non sappiamo che tipo di “cose” dovremmo contare per calcolare la frazione necessaria per ottenere la probabilità, anche quando usiamo la regolarizzazione. Nel contesto di un’inflazione eterna, è difficile prevedere qualcosa.
L’ultimo problema è chiamato problema dell’olografia/complementarità, sorto quando i fisici hanno pensato all’entropia del buco nero e hanno proposto la complementarità dell’orizzonte. Questa idea ha affermato che un osservatore non poteva parlare di cose che accadevano al di fuori del proprio orizzonte. In cosmologia, significa che le cose devono essere studiate localmente, un mini-Universo alla volta, non tutti.
L’inflazione è stata inventata per spiegare un paio di caratteristiche dell’Universo che sarebbero davvero difficili da spiegare senza di essa. Il primo è che la teoria della relatività generale di Einstein fa sì che la massa pieghi lo spazio e il tempo, quindi ci si aspetterebbe che un Universo come il nostro, contenente massa, sia complessivamente curvo in qualche modo, su se stesso come una palla (curvatura “positiva” ) oppure su se stesso come una sella (curvatura “negativa”).
L’inflazione è ormai una parte integrante della nostra storia standard dell’evoluzione cosmica, ma è ancora controversa. Nel 2014, i ricercatori hanno affermato di aver visto le increspature dell’inflazione impresse sullo sfondo cosmico delle microonde .
Questo tuttavia si è rivelato sbagliato, e non è chiaro cosa avrebbe comunque fatto gonfiare l’Universo primordiale. Quel che è peggio: l’inflazione è molto difficile da fermare, poiché crea un multiverso di universi causalmente disconnessi che germogliano eternamente l’uno dall’altro.
Una via d’uscita potrebbe essere quella di indebolire la velocità costante della luce. Se la velocità della luce fosse più elevata nell’Universo primordiale, ciò spiegherebbe anche il problema della temperatura. Forse la velocità della luce sta rallentando adesso, a un ritmo impercettibile anche ai nostri rilevatori più sensibili.
