Con nostro grande dispiacere, non abbiamo l'opportunità di tornare indietro nel tempo e vedere come si è sviluppato l'Universo nei primi minuti della sua vita. Utilizzando dati matematici e osservativi, le migliori menti del pianeta costruiscono i modelli più audaci. Uno di questi è l'inflazione cosmica.
La teoria inflazionistica, o modello inflazionistico dell'universo, combina idee della fisica quantistica e della fisica delle particelle per esplorare i primi momenti dell'universo subito dopo il Big Bang. Secondo lei, l'Universo si è formato in uno stato molto instabile, che ha provocato la sua rapida espansione nei primissimi momenti. Una delle conseguenze di questa espansione è che l'universo è molto più grande di quanto originariamente previsto e si estende molto più lontano di quanto i nostri telescopi possano vedere. Inoltre, questa teoria prevede alcune proprietà che non sono spiegate nel quadro della teoria del Big Bang, come la distribuzione uniforme dell'energia e la geometria spazio-temporale piatta.
La teoria di un universo inflazionistico è stata sviluppata dal fisico Alan Guth nel 1980. Oggi è considerata una parte generalmente accettata della teoria del Big Bang, anche se le idee centrali di quest'ultima sono state stabilite molto prima della formulazione della teoria inflazionistica.
Come tutto è cominciato
La teoria del Big Bang si è dimostrata molto vincente nel corso degli anni, in particolare visto che è stata confermata dalla scoperta della radiazione di fondo (fondo a microonde). Tuttavia, nonostante il grande successo di questa teoria nello spiegare la maggior parte degli aspetti osservati nell'universo, rimanevano tre problemi:
Il modello del Big Bang sembrava prevedere un universo curvo in cui l'energia era distribuita in modo non uniforme e in cui c'erano molti monopoli magnetici. Tuttavia, niente di tutto ciò corrispondeva ai dati.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Il fisico Alan Guth ha appreso per la prima volta del problema della piattezza durante una conferenza di Robert Dick alla Cornell University nel 1978. Negli anni che seguirono, Guth applicò concetti dalla fisica delle particelle a questa situazione e sviluppò un modello inflazionistico dell'universo primordiale.
Il 23 gennaio 1980, Guth ha presentato le sue scoperte in una conferenza allo SLAC National Accelerator Laboratory. La sua idea rivoluzionaria era che i principi della fisica quantistica dal cuore stesso della fisica delle particelle potessero essere applicati ai primi giorni del Big Bang. Secondo lui, l'universo avrebbe dovuto avere un'alta densità di energia. Secondo la termodinamica, la densità dell'universo avrebbe dovuto provocarne l'espansione a una velocità incredibile.
Infatti, secondo il nuovo modello di allora, l'Universo sarebbe dovuto sorgere in un "falso vuoto" e in assenza del meccanismo di Higgs (in altre parole, il bosone di Higgs non esisteva). Ha dovuto passare attraverso un processo di ipotermia alla ricerca di uno stato di bassa energia stabile (il "vero vuoto" in cui opera il meccanismo di Higgs) - e questo è ciò che ha innescato un periodo di rapida espansione.
Quanto è veloce? Secondo il modello, l'universo raddoppiava ogni 10-35 secondi. Quindi, nei primi 10-30 secondi dopo il Big Bang, sarebbe raddoppiato di dimensioni 100mila volte, e questo è più che sufficiente per spiegare il problema della piattezza. Anche se l'universo avesse una certa curvatura all'inizio, questo grado di espansione porterebbe al fatto che oggi tutto sembrerebbe piatto. (Notare che la Terra è abbastanza grande da sembrarci piatta, sebbene sappiamo che la superficie su cui ci troviamo è curva e forma un oggetto sferico.)
Le fluttuazioni quantistiche che si verificano durante l'inflazione si stanno effettivamente estendendo in tutto l'universo. Nella sua manifestazione su larga scala, l'inflazione porta al fatto che l'universo diventa piatto e perde la sua curvatura iniziale / E. Siegel / Beyond the Galaxy.
Inoltre, l'energia è distribuita in modo così uniforme a causa del fatto che all'inizio eravamo una parte molto piccola dell'Universo, che si è espanso così rapidamente che anche se ci fossero irregolarità significative nella distribuzione dell'energia, sarebbero troppo lontane da noi per noi potrebbe averli notati o sentiti. Questo, a sua volta, serve come soluzione al problema dell'omogeneità.
Sviluppo della teoria
Secondo lo stesso Alan Guth, il problema con la teoria era che una volta che l'inflazione fosse iniziata, avrebbe dovuto continuare indefinitamente. Gli scienziati non hanno visto alcun accenno a un meccanismo distinto per "disattivare" questo processo.
Inoltre, se lo spazio fosse stato in costante espansione a questo ritmo, l'idea espressa in precedenza da Sidney Coleman non avrebbe funzionato. Coleman ha previsto che piccole bolle si formassero durante le transizioni di fase nell'universo primordiale, che si sono fuse l'una con l'altra. In presenza di inflazione, le bolle si allontanerebbero troppo velocemente, senza avere il tempo di unirsi.
Il fisico sovietico Andrei Linde ha richiamato l'attenzione su questo problema. Lo ha studiato e ha scoperto che esiste un'altra interpretazione che fornisce una soluzione a questo problema. Allo stesso tempo - erano ancora gli anni '80 - dall'altra parte della cortina di ferro, Andreas Albrecht e Paul Steinhardt giunsero a una decisione simile da soli.
Andrey Linde / LA Cicero.
Il punto è che nel modello originale di Guth era consentito il sorgere di più di un'area inflazionistica che, a sua volta, poteva entrare in collisione. In questo caso, il risultato è stato uno spazio disordinato, in cui radiazione e materia hanno una densità disomogenea. Ciò non era affatto coerente con quanto osservato nella realtà. Linde, Albrecht e Steinhardt hanno cambiato l'equazione del campo scalare e tutto aveva un senso. Secondo questa soluzione, il nostro universo osservabile ha avuto origine da una singola bolla del vuoto, che si separava da altre regioni inflazionistiche dello spazio. Si tratta di distanze inimmaginabili - sotto tutti gli standard - enormi.
Una teoria dell'inflazione così diversa
La teoria inflazionistica ha diversi nomi. Ad esempio, inflazione cosmologica, inflazione cosmica, inflazione, vecchia inflazione (come viene chiamata la versione originale della teoria di Alan Guth), nuova teoria inflazionistica (il modello sviluppato da Linde, Albrecht e Steinhardt).
Ci sono anche due versioni vicine della teoria: la teoria caotica dell'inflazione e l'inflazione eterna. In queste teorie, il meccanismo di inflazione non è accaduto solo una volta - subito dopo il Big Bang - ma si verifica ancora e ancora in diverse regioni dello spazio. Questi modelli presumono un numero in rapida crescita di "universi a bolle" che fanno parte del Multiverso, o Multiverso. Alcuni fisici notano che queste previsioni sono presenti in tutte le versioni del modello inflazionistico dell'universo, e quindi non le considerano teorie differenti.
Vladimir Guillen
