Come è nato l’universo?

È forse il più grande Grande Mistero, e la radice di tutti gli altri. Le domande più grandi dell’umanità: come ha avuto inizio la vita? Cos’è la coscienza? Cos’è la materia oscura, l’energia oscura, la gravità? – deriva da esso.

“Tutti gli altri misteri si trovano a valle di questa domanda”, ha detto Ann Druyan, l’autrice e vedova dell’astronomo Carl Sagan. “Per me è importante perché sono umano e non mi piace non sapere.”

Anche se le teorie che tentano di risolvere questo mistero diventano sempre più complesse, gli scienziati sono perseguitati dalla possibilità che alcuni degli anelli più critici nella loro catena di ragionamento siano sbagliati.

Misteri fondamentali

Secondo il modello standard del Big Bang, l’universo è nato durante un periodo di inflazione iniziato circa 13,8 miliardi di anni fa. Come un palloncino in rapida espansione, si è gonfiato da una dimensione più piccola di un elettrone a quasi la sua dimensione attuale in una piccola frazione di secondo.

Inizialmente, l’universo era permeato solo dall’energia. Parte di questa energia si è congelata in particelle, che si sono riunite in atomi leggeri come idrogeno ed elio. Questi atomi si raggrupparono prima in galassie, poi in stelle, all’interno delle cui fornaci infuocate furono forgiati tutti gli altri elementi.

Questa è l’immagine generalmente concordata delle origini del nostro universo come descritto dagli scienziati. È un modello potente che spiega molte delle cose che gli scienziati vedono quando guardano in alto nel cielo, come la notevole scorrevolezza dello spazio-tempo su grandi scale e la distribuzione uniforme delle galassie sui lati opposti dell’universo.

Ma ci sono cose su questa storia che rendono alcuni scienziati a disagio. Per cominciare, l’idea che l’universo abbia subito un periodo di rapida inflazione all’inizio della sua storia non può essere testata direttamente, e si basa sull’esistenza di una misteriosa forma di energia all’inizio dell’universo che è scomparsa da tempo.

“L’inflazione è una teoria estremamente potente, eppure non abbiamo ancora idea di cosa abbia causato l’inflazione o se sia anche la teoria corretta, anche se funziona molto bene”, ha detto Eric Agol, astrofisico presso l’Università di Washington.

Per alcuni scienziati, l’inflazione è un’aggiunta goffa al modello del Big Bang, una complessità necessaria aggiunta per adattarla alle osservazioni. Questa non sarebbe l’ultima aggiunta.

“Abbiamo anche imparato che ci deve essere materia oscura nell’universo, e ora energia oscura”, ha detto Paul Steinhardt, un fisico teorico dell’Università di Princeton. “Quindi il modo in cui il modello funziona oggi è che dici, ‘OK, prendi un po’ di Big Bang, prendi un po ‘ di inflazione, lo sintonizzi per avere le seguenti proprietà, quindi aggiungi una certa quantità di materia oscura ed energia oscura.”Queste cose non sono collegate in una teoria coerente.”

Steinhardt preoccupa cosmologi stanno agendo più come ingegneri che scienziati. Se un’osservazione non corrisponde al modello corrente, si collega un altro componente o armeggiare con quelli esistenti per adattarsi. I componenti non sono collegati e non c’è motivo di aggiungerli se non per abbinare le osservazioni. È come cercare di riparare una vecchia auto aggiungendo nuove parti da modelli più recenti ma diversi. Quelle parti possono funzionare a breve termine, ma alla fine, hai bisogno di una nuova auto.

Un universo senza età

Negli ultimi anni, Steinhardt ha lavorato con Anna Ijjas, un fisico teorico dell’Università di Harvard, su un’alternativa radicale al modello standard del Big Bang.

Secondo la loro idea, chiamata cosmologia rimbalzante, l’universo è nato non solo una volta, ma forse più volte in infiniti cicli di contrazione ed espansione. La teoria sostituisce il ” big bang “con un” big bounce”, che collega senza problemi i periodi di contrazione ed espansione dell’universo e risolve molti dei problemi che affliggono la teoria dell’inflazione.

La coppia afferma che la loro teoria ekpirotica, o “ciclica”, spiegherebbe non solo l’inflazione, ma anche altri misteri cosmici, tra cui la materia oscura, l’energia oscura e perché l’universo sembra espandersi in una clip sempre più accelerata.

Mentre controverso, rimbalzando cosmologia solleva la possibilità che l’universo è senza età e auto-rinnovamento. È una prospettiva forse ancora più maestosa di un universo con un inizio e una fine definiti, poiché significherebbe che le stelle nel cielo, anche le più antiche, sono come lucciole di breve durata nel grande schema delle cose.

“Mi piacerebbe sperare che lo sforzo che la società riversa nella ricerca scientifica ci stia avvicinando alle verità fondamentali, e non solo un modo per creare strumenti utili”, ha detto l’astronomo del California Institute of Technology Richard Massey. “Ma sono ugualmente terrorizzato di scoprire che tutto ciò che so è sbagliato, e segretamente spero che non lo faccia.”

Risorse aggiuntive:

• Leggi la trascrizione della conferenza di Stephen Hawking su “The Beginning of Time.”
• Guarda il fisico Tom Whyntie spiegare l’inizio dell’universo per i principianti.
• Guarda questo video del National Geographic sulle origini dell’universo.

Questo articolo è stato aggiornato il 27 giugno 2019, dal collaboratore di Live Science Tim Childers.