Scienziati americani, utilizzando strumenti matematici, hanno descritto le disomogeneità della radiazione cosmica di fondo a microonde che è sorta immediatamente dopo l'origine dell'Universo. Gli autori ritengono che i loro risultati confermino la correttezza dell'ipotesi del Big Bounce, secondo la quale l'emergere del nostro universo era il risultato della disintegrazione di qualche universo "precedente". I risultati sono pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
Mentre la teoria della relatività generale di Einstein spiega un'ampia gamma di fenomeni astrofisici e cosmologici, alcune proprietà dell'universo rimangono un mistero. In particolare, non può spiegare la distribuzione irregolare delle galassie e della materia oscura nello spazio.
Dagli anni '80, i ricercatori della Penn State University hanno sviluppato un paradigma cosmologico basato sul concetto di gravità quantistica a loop. Questo paradigma, chiamato loop quantum cosmology, descrive tutte le grandi strutture moderne nell'Universo come fluttuazioni quantistiche dello spazio-tempo che hanno avuto luogo alla nascita del mondo.
Secondo la teoria generalmente accettata del Big Bang, tutto è iniziato con una singolarità, uno stato in cui tutta la materia e l'energia erano compresse in un punto. Quindi, nella prima frazione di secondo, durante un periodo chiamato inflazione, il cosmo si è gonfiato a proporzioni enormi. Ma la teoria del Big Bang non spiega cosa è successo prima della singolarità, quindi questo stato non può essere descritto in termini di leggi della fisica e della matematica.
Gli scienziati della Pennsylvania State University sostengono l'ipotesi alternativa del Big Bounce, secondo la quale l'attuale universo in espansione è nato dalla massa supercompressa dell'universo della fase precedente. Per descrivere questo stato, usano un apparato matematico universale che combina la meccanica quantistica e la teoria della relatività.
Gli autori fanno risalire l'origine della struttura dell'Universo alle più piccole disomogeneità registrate sullo sfondo della radiazione cosmica relitta a microonde, emessa quando l'Universo aveva solo 380mila anni.
Ma questa stessa radiazione ha tre misteriose anomalie difficili da spiegare usando la fisica classica. Queste deviazioni sono così gravi che molti fisici hanno iniziato a parlare di una crisi in cosmologia.
In un nuovo studio, gli scienziati sostengono che, da una prospettiva di cosmologia quantistica a ciclo, descrivere l'inflazione elimina due principali anomalie nella distribuzione CMB.
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"Utilizzando la cosmologia del ciclo quantico, abbiamo risolto naturalmente due di queste anomalie, evitando una potenziale crisi", ha detto in un comunicato stampa universitario il coautore Donghui Jeong, professore associato presso il Dipartimento di Astronomia e Astrofisica. "La presenza di queste anomalie suggerisce che viviamo in un universo eccezionale".
Gli autori ritengono che le disomogeneità del CMB siano il risultato di inevitabili fluttuazioni quantistiche nell'Universo primordiale. Durante la fase accelerata dell'espansione - l'inflazione - queste fluttuazioni inizialmente minime sono state allungate dalla gravità, riflessa nelle irregolarità osservate.
"Il paradigma inflazionistico standard, basato sulla relatività generale, vede lo spaziotempo come un continuum fluido", ha detto il primo autore dell'articolo, il professor Abhay Ashtekar, direttore del Pennsylvania Institute of Gravity and Space. - Anche il tessuto della camicia sembra una superficie bidimensionale, ma a un esame più attento puoi vedere che è tessuto da fili unidimensionali densamente imballati. Allo stesso modo, i fili quantici sono intrecciati nel tessuto dello spazio-tempo. Dati questi filoni, la cosmologia quantistica ad anello ci consente di andare oltre il continuum descritto dalla relatività generale ".
Gli scienziati sperano che nuove missioni satellitari come LiteBIRD e Cosmic Origins Explorer, volte a rilevare tracce di onde gravitazionali primarie sullo sfondo della CMB, confermeranno le loro scoperte.
