Cercando di capire qual è la natura dell'Universo, come ha avuto origine e cosa lo attende in futuro, gli scienziati a volte costruiscono ipotesi e modelli insoliti, come, ad esempio, la teoria del Big Bounce.
L'universo è iniziato con un'esplosione, o con un rimbalzo o con qualcos'altro? La questione delle nostre origini è uno dei problemi più spinosi della fisica, con poche risposte e molte speculazioni. La teoria più popolare e generalmente accettata oggi è l'inflazione cosmica, secondo la quale, nelle prime poche frazioni di secondo dopo il Big Bang, tutto lo spazio-tempo ha attraversato un periodo di espansione incredibilmente rapida. Tuttavia, ci sono altre idee in competizione. Ad esempio, secondo il modello ciclico dell'Universo, il nostro spazio-tempo è stato preceduto da un altro, che è sopravvissuto al periodo della Grande Compressione ed è poi esploso di nuovo - lo possiamo osservare oggi. Inoltre, c'è la teoria del Big Bounce che segue il modello ciclico.
Il modello inflazionistico ha molti fan, poiché la rapida espansione che postula spiega molte delle proprietà dell'universo - come il motivo per cui appare relativamente piatto (piuttosto che curvo quando si parla di grandi scale) e uniforme in tutte le direzioni (ovunque nello spazio, in tutte le direzioni della materia sono approssimativamente le stesse). Entrambe le condizioni si sviluppano quando aree dello spazio che sono lontane l'una dall'altra erano inizialmente situate molto vicine. Tuttavia, le ultime versioni della teoria sembrano suggerire - o addirittura richiedere - che l'inflazione ha creato non solo il nostro universo, ma un paesaggio infinito di universi, su cui si sono formati tutti i possibili tipi di universi con tutti gli insiemi di leggi e proprietà fisiche. Ad alcuni scienziati piace questa ipotesi,poiché può spiegare l'esistenza del nostro Universo con condizioni apparentemente casuali, ma idealmente adattate per l'esistenza della vita. Se su un paesaggio del genere ci sono tutti i tipi di spazio immaginabili e inimmaginabili, allora non sorprende che il nostro sia tra questi. Allo stesso tempo, altri fisici considerano l'idea di un multiverso repellente, in parte perché se una teoria prevede il verificarsi di tutti i possibili eventi, non predice in modo univoco il nostro universo.se una teoria prevede il verificarsi di tutti i possibili eventi, non predice in modo univoco il nostro universo.se una teoria prevede il verificarsi di tutti gli eventi possibili, non predice in modo univoco il nostro universo.
Le teorie del Big Rebound prevedono anche lo spazio piatto e riempito in modo uniforme a causa degli effetti di levigatura che possono verificarsi quando si contrae. Tuttavia, l'ostacolo dell'idea di rimbalzo è stato a lungo considerato il passaggio dalla contrazione all'espansione, che richiede l'idea odiata di "singolarità" - il tempo in cui l'universo era un punto di densità infinita - che molti considerano un'assunzione matematicamente priva di significato che indica che il treno della teoria è sceso binari. Più recentemente, i fisici hanno iniziato a sostenere di aver trovato equazioni di rimbalzo che non contengono singolarità. Nel 2016, Neil Turok e Steffen Giehlen hanno pubblicato i loro calcoli in Physical Review Letters. Quindi Turok ha commentato questo lavoro come segue:
“Abbiamo scoperto di poter descrivere con precisione l'evoluzione quantistica dell'universo, e abbiamo scoperto che l'universo passa agevolmente attraverso la singolarità verso l'altro lato. Lo speravamo, ma prima non abbiamo ottenuto tali risultati.
Grande animazione di rimbalzo / Quanta Magazine.
Quindi, molti considerano il 2016 come la nascita del Big Rebound, anche se il concetto stesso risale ai lavori di scienziati come, in particolare, Willem de Sitter e Georgy Gamow. La svolta nello sviluppo della teoria fu dovuta a due tecniche utilizzate da Turok e Ghilen. Il primo è stato quello di utilizzare la teoria ancora incompleta della cosmologia quantistica - un misto di meccanica quantistica e relatività generale - invece di descrivere l'universo con la teoria generale classica. La seconda tecnica suggeriva che quando lo spazio era molto giovane, la materia si comportava come la luce, nel senso che le leggi della fisica che la descrivono erano indipendenti dalla scala. Ad esempio, la luce agisce allo stesso modo indipendentemente dalla sua lunghezza d'onda. Tuttavia, la fisica della materia di solito differisce a seconda delle scale in questione. Secondo i modelli moderni,Per circa i primi 50mila anni, l'Universo è stato riempito di radiazioni e oggi non c'era molta materia ordinaria osservata ovunque nello spazio. I modelli recenti del Big Rebound Universe indicano che era senza scala nelle sue fasi iniziali.
Turok e Ghilen hanno scoperto che un universo in contrazione in tali condizioni non sarebbe mai entrato in uno stato di singolarità effettiva. In effetti, "attraversa" questo punto, "saltando" dallo stato precedente a quello successivo. Anche se all'inizio questo può sembrare un espediente, è un fenomeno provato nella meccanica quantistica (tunneling quantistico). Poiché le particelle non esistono in stati assoluti, ma piuttosto sono nuvole di probabilità, c'è una piccola ma reale possibilità che "tunnel" attraverso ostacoli fisici per raggiungere luoghi inaccessibili. È come camminare attraverso i muri, solo a livello microscopico. Turk osserva che le imprecisioni nello spazio, nel tempo e nella materia indicano che è impossibile dire esattamente dove si trova l'universo in un determinato momento,che gli permette di passare attraverso la singolarità.
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Tuttavia, nel 2016, Paul Steinhardt e Anna Ijas hanno lavorato su un altro modo per dimostrare matematicamente la possibilità di rimbalzo. Hanno introdotto un tipo speciale di campo nel modello dell'Universo, in cui la compressione può espandersi prima che lo spazio diventi abbastanza piccolo da entrare in uno stato di singolarità. Nella loro ricerca, hanno usato la teoria classica della relatività generale. In altre parole, con questo lavoro, hanno dimostrato che un rimbalzo è possibile non solo dal punto di vista della meccanica quantistica, ma anche dal punto di vista della teoria della relatività.
Come altre ipotesi sull'origine e l'evoluzione dell'universo, la teoria del Big Bounce tenta di rivelare perché l'universo è esattamente come lo osserviamo. I modelli costruiti dai fisici rappresentano solo universi idealizzati, assolutamente lisci, in cui non ci sono piccole fluttuazioni di densità che portano alla formazione di stelle, galassie e spazio reale. Quindi gli scienziati devono ancora sviluppare modelli Big Bounce per sistemi più complessi.
Se l'Universo è già "rimbalzato" una volta, sorge una domanda logica: accadrà di nuovo? Comunque sia, non tutte le teorie del rimbalzo presumono che il ciclo di contrazioni ed espansioni sarà infinito, come afferma il modello ciclico dell'universo. Ad esempio, anche se il nostro universo ha subito un tale rimbalzo, non c'è ancora un indizio che stia andando alla compressione successiva. Inoltre, le osservazioni mostrano che l'energia oscura sta allungando sempre più lo spazio, portando via galassie che non sono legate gravitazionalmente l'una all'altra, sempre più lontane l'una dall'altra. La scienza non ha una risposta univoca alla domanda su cosa ci aspetta in futuro. Tuttavia, è direttamente correlato a come tutto è iniziato.
Vladimir Guillen
