In principio, c’era una minuscola palla di materia infinitamente densa. Poi, tutto è esploso, dando origine agli atomi, alle molecole, alle stelle e alle galassie che vediamo oggi.

O almeno, questo è quello che ci è stato detto dai fisici negli ultimi decenni.

Ma una nuova ricerca di fisica teorica ha recentemente rivelato una possibile finestra sull’universo primordiale, mostrando che potrebbe non essere “molto presto” dopo tutto. Invece potrebbe essere solo l’ultima iterazione di un ciclo bang-bounce che va avanti da … beh, almeno una volta, e forse da sempre.

Ovviamente, prima che i fisici decidano di buttare via il Big Bang in favore di un ciclo di bang-bounce, queste previsioni teoriche dovranno sopravvivere ad un assalto di test di osservazione.

Cosmologie che rimbalzano

Gli scienziati hanno un’immagine molto buona dell’universo primordiale, qualcosa che conosciamo e amiamo come la teoria del Big Bang. In questo modello, molto tempo fa l’universo era molto più piccolo, molto più caldo e molto più denso di oggi. In quel primo inferno di 13,8 miliardi di anni fa, tutti gli elementi che ci rendono ciò che siamo si sono formati nell’arco di una dozzina di minuti.

Ancora prima, secondo questo pensiero, a un certo punto il nostro intero universo – tutte le stelle, tutte le galassie, tutto – era grande come una pesca e aveva una temperatura di oltre un quadrilione di gradi.

Incredibilmente, questa storia fantastica regge a tutte le osservazioni attuali. Gli astronomi hanno fatto di tutto, dall’osservazione della radiazione elettromagnetica residua del giovane universo alla misurazione dell’abbondanza degli elementi più leggeri, e hanno scoperto che sono tutti in linea con quanto previsto dal Big Bang. Per quanto possiamo dire, questo è un ritratto accurato del nostro universo primordiale.

Ma per quanto sia buono, sappiamo che il quadro del Big Bang non è completo – manca un pezzo del puzzle, e quel pezzo sono i primi momenti dell’universo stesso.

È un pezzo piuttosto grande.

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La conflagrazione

Il problema è che la fisica che usiamo per capire l’universo primordiale (un’accozzaglia meravigliosamente complicata di relatività generale e fisica delle particelle ad alta energia) può portarci solo fino ad un certo punto prima di rompersi. Come cerchiamo di spingerci sempre più in profondità nei primi momenti del nostro cosmo, la matematica diventa sempre più difficile da risolvere, fino al punto in cui semplicemente … si ferma.

Il segno principale che abbiamo terreno ancora da esplorare è la presenza di una “singolarità”, o un punto di densità infinita, all’inizio del Big Bang. Preso al valore nominale, questo ci dice che ad un certo punto, l’universo era stipato in un punto infinitamente piccolo e infinitamente denso. Questo è ovviamente assurdo, e ciò che ci dice davvero è che abbiamo bisogno di una nuova fisica per risolvere questo problema – il nostro attuale set di strumenti non è abbastanza buono.

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Per salvare la situazione abbiamo bisogno di una nuova fisica, qualcosa che sia in grado di gestire la gravità e le altre forze, combinate, a energie altissime. Ed è esattamente ciò che la teoria delle stringhe sostiene di essere: un modello di fisica che è in grado di gestire la gravità e le altre forze, combinate, a energie altissime. Il che significa che la teoria delle stringhe sostiene di poter spiegare i primi momenti dell’universo.

Una delle prime nozioni della teoria delle stringhe è l’universo “ekpyrotic”, che deriva dalla parola greca per “conflagrazione”, o fuoco. In questo scenario, ciò che conosciamo come il Big Bang è stato innescato da qualcos’altro che è accaduto prima di esso – il Big Bang non è stato un inizio, ma una parte di un processo più ampio.

Estendere il concetto di ekpyrotic ha portato ad una teoria, sempre motivata dalla teoria delle stringhe, chiamata cosmologia ciclica. Suppongo che, tecnicamente, l’idea dell’universo che si ripete continuamente è vecchia di migliaia di anni e precede la fisica, ma la teoria delle stringhe ha dato all’idea una solida base matematica. L’universo ciclico va esattamente come si potrebbe immaginare, rimbalzando continuamente tra big bang e big crunch, potenzialmente per l’eternità indietro nel tempo e per l’eternità nel futuro.

Prima dell’inizio

Per quanto possa sembrare figo, le prime versioni del modello ciclico avevano difficoltà a corrispondere alle osservazioni – che è un grosso problema quando stai cercando di fare scienza e non solo di raccontare storie intorno al fuoco.

L’ostacolo principale era l’accordo con le nostre osservazioni del fondo cosmico a microonde, la luce fossile rimasta da quando l’universo aveva solo 380.000 anni. Mentre non possiamo vedere direttamente oltre quel muro di luce, se si inizia ad armeggiare teoricamente con la fisica del cosmo neonato, si influisce su quel modello di luce post-lampo.

E così, sembrava che un universo ciclico fosse un’idea ordinata ma sbagliata.

Ma la torcia ekpyrotic è stata tenuta accesa nel corso degli anni, e un documento pubblicato a gennaio nel database arXiv ha esplorato le rughe della matematica e scoperto alcune opportunità precedentemente mancate. I fisici, Robert Brandenberger e Ziwei Wang della McGill University in Canada, hanno scoperto che nel momento del “rimbalzo”, quando il nostro universo si riduce a un punto incredibilmente piccolo e ritorna allo stato di Big Bang, è possibile allineare tutto per ottenere il risultato corretto testato dall’osservazione.

In altre parole, la fisica complicata (e, dichiaratamente, poco compresa) di questa epoca critica può davvero consentire una visione radicalmente rivista del nostro tempo e del nostro posto nel cosmo.

Ma per testare pienamente questo modello, dovremo aspettare una nuova generazione di esperimenti di cosmologia, quindi aspettiamo a stappare lo champagne ekpyrotic.

Paul M. Sutter è un astrofisico del SUNY Stony Brook e del Flatiron Institute, conduttore di Ask a Spaceman e Space Radio, e autore di Your Place in the Universe.

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Originariamente pubblicato su Live Science.