Prima del Big Bang

Prima del big bang

Limite della conoscenza

In cosmologia, la madre di tutte le domande è la seguente: “Cosa c’era prima del Big Bang?”. Il passaggio dal nulla assoluto alla presenza di spazio, tempo e materia in un Universo primordiale che inizia la sua espansione con un’enorme esplosione è totalmente sconosciuto.

Spesso gli astronomi liquidano la questione dicendo che non ha senso porsi questa domanda, in quanto il tempo è nato con il Big Bang e pertanto è illogico pensare a un prima, ossia a un tempo precedente.

Questa presa di posizione è però scientificamente insoddisfacente (seppure può non esserlo filosoficamente). Diverse teorie tentano pertanto di affrontare la questione.

Il mistero dell’inizio

L’evoluzione dell’Universo è ben chiara a partire dal Big Bang, avvenuto 13,7 miliardi di anni fa: ma non cosa c’era prima? Quest’ultima questione viene spesso ignorata dai cosmologi perché considerata improponibile, in virtù del fatto che spazio, tempo e materia sono nati con il Big Bang.

La teoria gravitazionale che descrive l’evoluzione dell’Universo è la relatività generale di Einstein; questa però è una teoria classica (cioè in essa non sono presenti considerazioni di fisica quantistica), e andando indietro nel tempo è valida soltanto fino a un certo punto.

Oltre questo tempo l’Universo era così piccolo da dover essere descritto soltanto da una teoria quantistica della gravitazione, cioè da una teoria che unisca le leggi fisiche della relatività generale con quelle della meccanica quantistica. Ma una teoria del genere ancora non esiste.

Alla ricerca della teoria de tutto

La nostra conoscenza sull’evoluzione dell’Universo si ferma a 10–43 s dopo il Big Bang. Prima di tale tempo, detto tempo di Planck, lo spazio e il tempo diventano concetti indefiniti e vanno riconsiderati alla luce di teorie alternative che tengano conto degli effetti quantistici. 

Agli inizi del secolo scorso si pensava che l’Universo fosse statico, poi la scoperta fatta da E. Hubble nel 1929 che le galassie si stanno tutte allontanando le une dalle altre, unita ad altre evidenze sperimentali, tra cui l’esistenza di una radiazione cosmica di fondo ancora misurabile interpretata come il residuo del Big Bang, ha definitivamente sancito che questa convinzione era sbagliata.

L’Universo si sta quindi espandendo, a partire da un’epoca in cui tutta la materia era condensata in un punto a energia infinita (una situazione estrema di questo tipo, in cui le leggi della fisica non sono più valide, è detta singolarità). In questo modello di Universo in espansione l’inizio è inevitabile e la questione di capire cosa c’era prima è fondata.

Una risposta del tipo “il problema non si pone, perché spazio e tempo sono nati con il Big Bang per cui domandarsi cosa c’era prima non ha senso” sembra un modo per non affrontare la tematica.

Ipotesi ardite

Secondo alcuni studi-simulazione, prima del Big Bang c’era già un Universo in fase di contrazione caratterizzato da una geometria spaziotemporale simile a quella dell’Universo attuale.

Quando l’Universo si è contratto fino a diventare un punto, le proprietà quantistiche dello spazio-tempo hanno trasformato la gravità da forza attrattiva a forza repulsiva e l’Universo è ‘rimbalzato’ espandendosi a partire dal Big Bang, nello stato che ancora oggi osserviamo.

Questa descrizione dell’Universo prima del Big Bang s’inquadra nella cosiddetta teoria delle stringhe, secondo la quale le particelle elementari non sono da considerare puntiformi, bensì oggetti filamentosi e unidimensionali: tutte le proprietà osservate derivano dal modo con cui queste stringhe vibrano.

La teoria delle stringhe spiega anche situazioni quantistiche, come quelle dell’Universo in prossimità del Big Bang. Una particolarità delle stringhe è che esse possono ridursi di dimensione ma non annullarsi del tutto, per cui la teoria cosmologica basata su di esse esclude l’esistenza di un Universo ridotto a un punto come quello previsto dal Big Bang, considerato soltanto una fase di un Universo eterno, che nella descrizione classica consideriamo come inizio. 

L’esistenza di un Universo precedente al Big Bang e la deduzione delle sue proprietà derivano da approcci matematici in cui la struttura dello spazio-tempo è considerata discreta, continua solo in approssimazione: si tratta di un intreccio di filamenti quantistici unidimensionali. Vicino al Big Bang, questa trama è violentemente strappata e diventa importante la natura quantistica della geometria, che rende la gravità fortemente repulsiva.

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