Le domande nel titolo di solito non sono discusse dai fisici, poiché non esiste una teoria generalmente accettata in grado di rispondere a loro. Tuttavia, recentemente, nell'ambito della gravità quantistica a loop, è stato ancora possibile tracciare l'evoluzione di un modello semplificato dell'Universo indietro nel tempo, fino al momento del Big Bang, e persino guardare oltre. Lungo la strada, è diventato chiaro come appare il tempo in questo modello. Le osservazioni dell'Universo mostrano che anche sulle scale più grandi non è affatto stazionario, ma si evolve nel tempo.
Se, sulla base delle teorie moderne, questa evoluzione viene fatta risalire indietro nel tempo, si scopre che la parte dell'Universo attualmente osservata era prima più calda e più compatta di quanto non sia ora, ed è stata avviata dal Big Bang - un certo processo di emersione dell'Universo da una singolarità: una situazione speciale per la quale le leggi moderne i fisici non sono applicabili.
I fisici non sono contenti di questo stato di cose: vogliono capire il processo del Big Bang stesso. Questo è il motivo per cui vengono ora fatti numerosi tentativi per costruire una teoria che sarebbe applicabile a questa situazione. Poiché la gravità era la forza principale nei primi istanti dopo il Big Bang, si ritiene che questo obiettivo possa essere raggiunto solo nell'ambito della teoria quantistica della gravità, che non è stata ancora costruita.
Un tempo, i fisici avevano sperato che la gravità quantistica fosse descritta in termini di teoria delle superstringhe, ma la recente crisi delle teorie delle superstringhe ha scosso questa fiducia. In una tale situazione, maggiore attenzione ha iniziato ad attirare altri approcci alla descrizione dei fenomeni gravitazionali quantistici e, in particolare, la gravità quantistica ad anello.
È nell'ambito della gravità quantistica a loop che recentemente è stato ottenuto un risultato molto impressionante. Si scopre che la singolarità iniziale scompare a causa degli effetti quantistici. Il Big Bang cessa di essere un punto speciale, ed è possibile non solo tracciarne il corso, ma anche esaminare ciò che era prima del Big Bang.
La gravità quantistica ad anello è fondamentalmente diversa dalle teorie fisiche convenzionali e persino dalla teoria delle superstringhe. Gli oggetti della teoria delle superstringhe, ad esempio, sono varie stringhe e membrane multidimensionali, che però volano nello spazio e nel tempo preparate per loro in anticipo. La questione di come sia nato esattamente questo spazio-tempo multidimensionale non può essere risolta in una tale teoria.
Nella teoria dei cicli della gravità, gli oggetti principali sono piccole cellule quantistiche dello spazio, collegate tra loro in un certo modo. La legge della loro connessione e il loro stato sono governati da un campo che esiste in loro. L'ampiezza di questo campo è per queste cellule una sorta di "tempo interno": il passaggio da un campo debole a un campo più forte sembra esattamente come se ci fosse una sorta di "passato" che influenzerebbe un certo "futuro". Questa legge è disposta in modo tale che per un universo sufficientemente grande con una bassa concentrazione di energia (cioè lontano dalla singolarità), le cellule sembrano “fondersi” tra loro, formando lo spazio-tempo “continuo” a noi familiare.
Gli autori dell'articolo sostengono che tutto questo è già sufficiente per risolvere il problema di ciò che accade all'universo quando ci si avvicina alla singolarità. Le soluzioni delle equazioni da loro ottenute hanno mostrato che sotto l'estrema “compressione” dell'universo, lo spazio “si sgretola”, la geometria quantistica non permette di ridurne il volume a zero, inevitabilmente si verifica un arresto e l'espansione ricomincia. Questa sequenza di stati può essere tracciata sia in avanti che all'indietro nel "tempo", il che significa che in questa teoria, prima del Big Bang, c'è inevitabilmente un "Big Bang" - il collasso dell'universo "precedente". Inoltre, le proprietà di questo universo precedente non si perdono nel processo di collasso, ma vengono trasferite in modo inequivocabile al nostro universo.
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I calcoli descritti si basano, tuttavia, su alcune ipotesi semplificative sulle proprietà del campo universale. Apparentemente, le conclusioni generali saranno preservate anche senza tali ipotesi, ma questo deve ancora essere verificato. Sarà estremamente interessante seguire l'ulteriore sviluppo di queste idee.
