Destino ultimo dell'universo: differenze tra le versioni

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→‎Prime evidenze sperimentali di universo infinito: aggiornamento al 24 settembre 2014 dello stato della ricerca sulla teoria dell'inflazione e sulle evidenze sperimentali ottenute da Bicep2
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Quindi, secondo queste ultime osservazioni, l'universo (o il multiverso, o ciò che esiste) ha forse avuto un qualche inizio - ma potrebbe anche non averlo - e probabilmente esso e la [[materia (fisica)|materia]]/[[energia]] non avranno mai una fine, come indicano anche le [[legge della conservazione della massa (chimica)|leggi di conservazione della massa]] di [[Antoine Lavoisier]]. L'inflazione caotica di Linde e Guth viene anche ad assomigliare alla [[teoria dello stato stazionario]] di [[Fred Hoyle]], una teoria oggi considerata [[cosmologia non standard|non standard]]. Guth, Linde e altri hanno osservato che se l'inflazione è veritiera, allora è reale - con alta probabilità - anche il multiverso, in quanto modelli teorici inflazionari senza multiverso sono fattibili ma molto difficili da costruire e l'inflazione caotica è uno dei pochi che regge il confronto con i dati.<ref>[http://www.galileonet.it/articles/4c32e12c5fc52b3adf0007d1 ''Scontro tra universi'']</ref><ref>[http://arxiv.org/pdf/hep-th/0702178v1.pdf Alan H. Guth, ''Eternal inflation and its implications'']</ref><ref>[http://alumni.stanford.edu/get/page/magazine/article/?article_id=32024 Scott Shackelford, ''Worlds Without End''], Stanford Magazine</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore=Linde, Andrei|titolo=The Self-Reproducing Inflationary Universe|rivista=Scientific American|data=November 1994|pp=page 51|url=http://www.mukto-mona.com/science/physics/Inflation_lself_prod_inde.pdf}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore=Linde, A.D. |titolo=Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe|rivista= Physics Letters B |data= August 1986|volume=175|pp=395–400|url=http://www.stanford.edu/~alinde/Eternal86.pdf|doi=10.1016/0370-2693(86)90611-8|bibcode = 1986PhLB..175..395L|numero=4}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore= Linde, A. |titolo= Eternal Chaotic Inflation |rivista= Mod. Phys. Lett. |volume= A1 |anno=1986 |pp=81 | doi=10.1142/S0217732386000129|bibcode = 1986MPLA....1...81L |numero= 2 }}</ref>
Quindi, secondo queste ultime osservazioni, l'universo (o il multiverso, o ciò che esiste) ha forse avuto un qualche inizio - ma potrebbe anche non averlo - e probabilmente esso e la [[materia (fisica)|materia]]/[[energia]] non avranno mai una fine, come indicano anche le [[legge della conservazione della massa (chimica)|leggi di conservazione della massa]] di [[Antoine Lavoisier]]. L'inflazione caotica di Linde e Guth viene anche ad assomigliare alla [[teoria dello stato stazionario]] di [[Fred Hoyle]], una teoria oggi considerata [[cosmologia non standard|non standard]]. Guth, Linde e altri hanno osservato che se l'inflazione è veritiera, allora è reale - con alta probabilità - anche il multiverso, in quanto modelli teorici inflazionari senza multiverso sono fattibili ma molto difficili da costruire e l'inflazione caotica è uno dei pochi che regge il confronto con i dati.<ref>[http://www.galileonet.it/articles/4c32e12c5fc52b3adf0007d1 ''Scontro tra universi'']</ref><ref>[http://arxiv.org/pdf/hep-th/0702178v1.pdf Alan H. Guth, ''Eternal inflation and its implications'']</ref><ref>[http://alumni.stanford.edu/get/page/magazine/article/?article_id=32024 Scott Shackelford, ''Worlds Without End''], Stanford Magazine</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore=Linde, Andrei|titolo=The Self-Reproducing Inflationary Universe|rivista=Scientific American|data=November 1994|pp=page 51|url=http://www.mukto-mona.com/science/physics/Inflation_lself_prod_inde.pdf}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore=Linde, A.D. |titolo=Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe|rivista= Physics Letters B |data= August 1986|volume=175|pp=395–400|url=http://www.stanford.edu/~alinde/Eternal86.pdf|doi=10.1016/0370-2693(86)90611-8|bibcode = 1986PhLB..175..395L|numero=4}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore= Linde, A. |titolo= Eternal Chaotic Inflation |rivista= Mod. Phys. Lett. |volume= A1 |anno=1986 |pp=81 | doi=10.1142/S0217732386000129|bibcode = 1986MPLA....1...81L |numero= 2 }}</ref>

Sebbene una teoria dell'inflazione sia abbastanza accreditata tra la comunità scientifica e abbia ricevuto delle prime evidenze sperimentali, nel 19 settembre 2014 il team di scienziati responsabili del [[Planck Surveyor|satellite Plank]] ha pubblicato un lungo articolo<ref>{{Cita web|autore = Planck Collaboration|url = http://arxiv.org/abs/1409.5738|titolo = Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes|accesso = |editore = |data = }}</ref> in cui era ridimensionato il valore di queste prove, attribuendo la maggior parte del segnale ricevuto dagli astrofisici di Boston alla polvere galattica presente in tutto l'universo. Questo non significa che la teoria dell'inflazione non è più considerata una teoria valida ma bensì che una prova scientifica per la suddetta teoria deve ancora essere scoperta, e a tal proposito i due team hanno deciso di unire le loro forze nell'intento di trovare un segnale valido.<ref>{{Cita web|autore = Paolo de Bernardis|url = http://www.phys.uniroma1.it/fisica/archivionotizie/la-polvere-di-stelle-confonde-la-misura-del-big-bang|titolo = LA POLVERE DI STELLE CONFONDE LA MISURA DEL BIG BANG|accesso = |editore = |data = 24 Settembre 2014}}</ref><ref>{{Cita web|autore = Marco Malaspina|url = http://www.media.inaf.it/2014/09/22/planck-bicep2/|titolo = Era il Big Bang? Chiedi alla polvere|accesso = |editore = |data = 22 settembre 2014}}</ref><ref>{{Cita web|autore = |url = http://www.repubblica.it/scienze/2014/09/24/news/misura_big_bang_da_rifare-96575097/|titolo = Misura Big Bang da rifare, l'errore causato dalla polvere cosmica - Repubblica|accesso = |editore = |data = 24 settembre 2014}}</ref><ref>{{Cita web|autore = |url = http://www.blitzquotidiano.it/scienza-e-tecnologia/big-bang-misura-sporcata-dalla-polvere-1982576/|titolo = Big Bang, misura ‘sporcata’ dalla polvere interstellare: Plank corregge Bicep2|accesso = |editore = |data = 29 settembre 2014}}</ref><ref>{{Cita web|autore = ANSA|url = http://www.ansa.it/scienza/notizie/rubriche/spazioastro/2014/09/24/misura-del-big-bang-da-rifare-colpa-della-polvere-cosmica_b08c037b-2568-4311-8e06-dad663d08b0a.html|titolo = Misura del Big Bang da rifare, colpa della polvere cosmica|accesso = |editore = |data = 24 settembre 2014}}</ref>


== La vita in un Universo mortale ==
== La vita in un Universo mortale ==

Versione delle 00:33, 19 nov 2014

Il destino ultimo dell'universo, ovvero la questione se l'universo sia destinato a finire, e in caso affermativo come e quando si concluderà la sua evoluzione, è un tema fortemente dibattuto nella storia dell'umanità. Nel contesto della scienza moderna, esistono diverse teorie in merito.

Per le concezioni mitologiche, religiose e filosofiche vedi la voce Escatologia.

Teorie scientifiche sulla fine dell'universo

Fino a tempi piuttosto recenti, anche la visione scientifica dell'Universo era quella di un'esistenza eterna e senza cambiamenti. Dopo la scoperta di un Universo in espansione ad opera di Edwin Hubble all'inizio del XX secolo, la nozione di un inizio e, di conseguenza, di una fine fu all'improvviso soggetta all'investigazione scientifica.

Le teorie basate sul Big Bang possono essere divise in due categorie maggioritarie: teorie sul multiverso (comprendente alcune formulazioni della stringhe o quella dell'inflazione caotica) e modelli ciclici (alcune varianti della teoria delle stringhe del multiverso sono però cicliche, come l'ekpirotica/Big Splat); esistono però molte teorie, divisibili in quattro gruppi principali, a seconda di quale destino descrivano per il nostro universo osservabile:

Il primo gruppo non è discusso in questo articolo, perché nega l'idea stessa di una fine dell'Universo. In queste teorie, qualche tipo di attività significativa può durare per sempre.

Tutte le teorie devono conciliarsi con la relatività generale, che fornisce uno sfondo teorico comune per le speculazioni cosmologiche. La maggior parte di queste teorie sono soluzioni delle equazioni della relatività generale, cambiando parametri come la densità media, la costante cosmologica, e così via. Le teorie scientifiche che non si riconoscono nella relatività e nella meccanica quantistica, oppure che negano il Big Bang e il modello standard della fisica (come la teoria dello stato stazionario o la cosmologia newtoniana) sono costituenti la cosiddetta cosmologia non standard, trattata nell'apposita voce.

Ruolo della forma dell'universo

Lo stesso argomento in dettaglio: Forma dell'universo, Stato di Hartle-Hawking e Singolarità.

Nel modello del Big Bang, il destino ultimo dell'universo dipende dalla sua forma, e dall'ammontare dell'energia oscura in esso presente.

La geometria dell'universo è determinata dal valore di Ω, sia questo minore, uguale o maggiore a 1.

Universo chiuso

Lo stesso argomento in dettaglio: Universo chiuso.

Se Ω>1, la geometria dello spazio è chiusa come la superficie di una sfera. La somma degli angoli di un triangolo è maggiore di 180 gradi e non esistono rette parallele; tutte le rette si incontrano ad un certo punto. La geometria di questo universo è, su larga scala, ellittica.

In un universo chiuso, quando manca l'effetto repulsivo dell'energia oscura, la gravità fermerebbe l'espansione dell'universo, che inizierebbe quindi a collassare in un'unica singolarità (Big Crunch) analoga al Big Bang. Ad ogni modo, se l'universo contiene una grande quantità di energia oscura (come suggerito da recenti scoperte), l'espansione può continuare indefinitamente anche se Ω>1.

Universo aperto

Lo stesso argomento in dettaglio: Universo aperto e Inflazione eterna.

Se Ω<1, la geometria dello spazio è aperta, curva negativamente come la superficie di una sella. Gli angoli di un triangolo sommati danno un valore minore di 180 gradi, e le rette che non si incontrano non sono mai equidistanti; hanno un punto di distanza minima e continuano a separarsi. La geometria dell'universo è iperbolica.

Anche senza energia oscura, un universo curvo negativamente si espande indefinitamente, rallentando di poco il suo moto a causa della forza di gravità. Con l'energia oscura l'espansione non solo è continua, ma è pure in accelerazione. Le possibilità circa il destino ultimo di un universo aperto sono o il Big Freeze (e quindi una morte termica), o il Big Rip, in cui l'accelerazione provocata dall'energia oscura diventa così forte che supera gli effetti delle forze gravitazionale, elettromagnetica e nucleare debole.

Universo piatto

Lo stesso argomento in dettaglio: [[Universo piatto]], [[Inflazione eterna]] e [[[[Multiverso#Teoria delle "bolle" o universo a inflazione caotica|Multiverso § Teoria delle "bolle" o universo a inflazione caotica.

Se la densità media dell'universo è esattamente uguale alla densità critica, ovvero Ω=1, allora la geometria dell'universo è piatta: come nella geometria euclidea la somma degli angoli di un triangolo è di 180 gradi, e le parallele sono sempre equidistanti e non si incontrano mai.

Senza energia oscura, un universo piatto si espande per sempre ad un ritmo decrescente, raggiungendo asintoticamente lo zero. In presenza di energia oscura invece, l'espansione rallenta inizialmente, ma aumenta in seguito. Il destino ultimo di un universo piatto è simile a quello di un universo aperto: la morte termica, cioè un "Big Freeze", o il Big Rip. La maggior parte dei dati astrofisici sono interpretati come parte di un universo piatto. Però, secondo la teoria dell'inflazione eterna, sostenuta da dati osservativi, l'espansione continua comunque in maniera caotica e in ogni direzione ma a densità diversa, fino a formare bolle di infiniti universi: alcuni sono destinati a finire in un Big Rip, altri no, e l'intero universo sarebbe eternamente esistente.

Teorie sulla fine dell'universo

Il destino dell'universo è determinato dalla densità dell'universo, come visto sopra. La maggior parte delle prove raccolte finora, basate su misurazioni della velocità d'espansione e della densità di massa, sostengono che l'universo non collasserà, poiché spinto dall'energia oscura, una forza disgregante che per ora è più potente della materia oscura e della gravità, che sono invece forze attrattive.[1]

Universo con esistenza apparentemente finita

Teorie

Big Freeze e morte termica
Lo stesso argomento in dettaglio: Big Freeze.

Il Big Freeze è uno scenario in cui la continua espansione provocherebbe un universo troppo freddo per sostenere la vita. Potrebbe avvenire nel caso di una geometria piatta o iperbolica, poiché tali sistemi sono condizione necessaria per la continua espansione dell'universo.

L'universo raggiungerebbe uno stato di massima entropia in cui tutto risulterebbe essere omogeneo e non vi sarebbero gradienti. Per esempio, questa è una possibile cronologia, basata sulle teorie fisiche contemporanee, di un universo aperto che va incontro ad una morte termica:

  • 1014 anni: tutte le stelle si sono raffreddate
  • 1015 anni: tutti i pianeti si sono separati dalle stelle
  • 1019 anni: la maggior parte delle stelle si è separata dalle galassie
  • 1020 anni: le orbite di ogni tipo sono decadute a causa delle onde gravitazionali
  • 1031 anni: decadimento del protone, se le teorie di grande unificazione sono giuste
  • 1064 anni: i buchi neri stellari evaporano in base al processo di Hawking
  • 1065 anni: tutta la materia è diventata un liquido allo zero assoluto
  • 10100 anni: i buchi neri supermassicci evaporano in base al processo di Hawking (che però ha affermato che non tutte le informazioni scompaiano, per non violare le leggi della termodinamica)
  • 101500 anni: tutta la materia decade in ferro (se il protone non è decaduto prima)
  • 10100 000 000 000 000 000 000 000 000 anni (): limite inferiore perché tutta la materia venga inglobata in buchi neri
  • 1010 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 anni (): limite superiore perché tutta la materia venga inglobata in buchi neri.

Alla fine la materia e l'energia si dissolveranno anch'esse, i buchi neri assorbiranno il restante, evaporando poi tramite la radiazione di Hawking; solo i fotoni continueranno ad esistere, senza gravità.[1] Alcuni scienziati, che accettano il modello, sostengono che il tempo si fermerà e si annulleranno le dimensioni e le distanze.[2] Questa teoria è basata sulla costante di Hubble, ed è sostenuta da molti fisici, tra cui Alexei Filippenko; era considerata verosimile anche da Margherita Hack.[3] Con il multiverso (brane o inflazione), è la teoria oggi più diffusa fra i fisici teorici.[1] Stephen Hawking ha abbandonato questa teoria, che pure ha contribuito a elaborare, affermando che non si può affermare che l'universo ha avuto un vero inizio o che avrà una vera fine.[4] Chi critica questa teoria afferma, sulla base di propri calcoli e osservazioni, come Roger Penrose, che l'universo non può fermarsi, o come Andrej Linde, che l'inflazione sia caotica ed eterna (quindi non può bloccarsi e divenire immobile; ciò per effetto della spinta dell'energia oscura o dell'attrazione di gravità), e che queste leggi di entropia che porterebbero all'universo congelato non siano valide per tutto quello che esiste davvero.[1]

Big Rip: tempo infinito, vita finita
Lo stesso argomento in dettaglio: Big Rip.

Nel 2003, la rivista inglese New Scientist pubblicò un articolo di Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski e Nevin N. Weinberg in cui essi, in base ad alcune osservazioni, facevano l'ipotesi che la fine dell'universo possa avvenire come un "Big Rip" (Grande Strappo), che distruggerebbe la struttura fisica dell'universo.[1]

In un universo aperto, la relatività generale prevede che questo avrà un'esistenza futura indefinita, ma che raggiungerà una condizione in cui la vita, come la intendiamo noi, non potrà esistere. In questo modello la costante cosmologica causa un'accelerazione del ritmo di espansione dell'universo. Portata all'estremo, un'espansione costantemente accelerata significa che ogni oggetto fisico dell'Universo, a partire dalle galassie per finire con gli esseri umani individuali, i batteri e i granelli di sabbia, sarà alla fine fatto a pezzi e quindi ridotto a particelle elementari non legate tra loro. Lo stato finale sarà un gas di fotoni, leptoni e protoni (o solo i primi due se il protone decade) che diventerà sempre meno denso. Le implicazioni finali possono essere le stesse del Big Freeze: un universo freddo e inerte per sempre o qualcosa di nuovo.[1]

Big Crunch: tempo finito, vita finita
Lo stesso argomento in dettaglio: Big Crunch.
Il Big crunch

La teoria del Big Crunch è una visione simmetrica della vita dell'Universo. Così come il Big Bang ha iniziato un'espansione cosmologica, questa teoria suppone che la densità media dell'Universo sia sufficiente a fermare l'espansione e ad iniziare una contrazione cosmica. Il fisico Andrej Linde è possibilista su questa teoria.

Non si sa bene quale sarebbe il risultato: una semplice estrapolazione vedrebbe tutta la materia e lo spazio-tempo dell'Universo collassare in un punto matematico, una singolarità gravitazionale adimensionale, ma a queste scale occorrerebbe considerare gli effetti della meccanica quantistica, ignorati dalla relatività generale. Alcuni usano quest'opportunità per postulare un universo oscillante, che inizia di nuovo ad espandersi (vedi anche: Gravità quantistica).[1]

Questo scenario non elimina la teoria che il Big Bang fosse preceduto da un Big Crunch di un universo precedente. Se ciò avviene ripetutamente si ha un universo oscillante. L'universo potrebbe quindi consistere di un'infinita sequenza di universi finiti, ognuno dei quali finito con un Big Crunch coincidente con il Big Bang del successivo. Sarebbe a questo punto inutile distinguere un Big Bang da un Big Crunch, e si parlerebbe di singolarità ricorrenti.[1]

Dopo la fine dell'universo: può esistere un'eternità di nulla?

Gli universi "genitori" e gli universi "figli" e gli universi paralleli
Lo stesso argomento in dettaglio: Universo parallelo, Stato di Hartle-Hawking e Teoria M.

Secondo alcuni, come Stephen Hawking (Buchi neri e universi neonati), i buchi neri assorbiranno tutto quello che rimane, e, forse, potranno dare origine, con tutta la materia assorbita, ad un corrispondente buco bianco e, quindi, a nuovi universi. Hawking afferma anche che possono essere nati moltissimi universi contemporanei, dei quali solo alcuni adatti alla vita, a causa della legge di probabilità (teoria M, legata al multiverso e alla teoria delle stringhe: cfr. paragrafi successivi), che tuttavia non sono nati da tanti Big Bang (nel senso di esplosioni).[4] Secondo una sua teoria, sviluppata con James Hartle, l'universo non ha veri confini, ma il suo destino dipende, come detto, dal fatto che sia aperto o chiuso. Il Big Bang è sostituito da uno stato paragonabile ai confini di una sfera, che supera il problema della singolarità. Questo modello è basato sulla cosmologia quantistica e la gravità quantistica, ma utilizza una geometria complessa quadridimensionale, con una particolare unità detta istantone.[5] La teoria affronta la nascita dell'universo, ma la fine seguirà le altre teorie: un'inflazione infinita e nuovi universi, un "rimbalzo" o lo strappo del tessuto dello spaziotempo. Per Neil Turok, lo sbocco ideale di questa teoria non è l'inflazione ma il mondo-brana.[6]

La teoria "evoluzionistica", è sostenuta da Lee Smolin, pur con le sue specificità. I lampi gamma dei buchi neri vengono paragonati a segnali dell'universo originario o "genitore". Questa teoria è affine a quella del buco nero primordiale ma è chiamata selezione naturale cosmologica.[1]

Universo con esistenza infinita

Ciclico ed eterno: la Cosmologia ciclica conforme di Penrose

Lo stesso argomento in dettaglio: Cosmologia ciclica conforme.
Dipinto ad olio di Urs Schmid (1995) raffigurante una tassellatura di Penrose

Il modello della Cosmologia ciclica conforme (CCC)[7] è stato proposto dal 2001 in poi da Roger Penrose. Secondo Penrose, un tempo sostenitore della teoria del "nulla prima del Big Bang" (che sostituì quella sostenuta dal suo maestro, Dennis Sciama, la teoria dello stato stazionario di Fred Hoyle e altri), afferma nel libro Dal Big Bang all'eternità che l'infinitamente piccolo allora - forse - equivarrà all'infinitamente grande, e l'universo apparentemente freddo e morto potrebbe così dare origine, per effetto dell'annullamento delle leggi fisiche precedenti, ad un nuovo Big Bang (la bassa entropia sarebbe la stessa della nascita del primo universo), anche se diverso da quello della teoria del Big Bounce. L'attuale universo sarebbe uno degli infiniti "eoni" (ognuno della durata di 10100, ovvero 1 seguito da 100 zeri, un numero chiamato Googol) che costituiscono l'eterno universo; non vengono esclusi né l'inflazione né il multiverso.[8] Penrose afferma che la prova sarebbe contenuta nella radiazione di fondo, e nelle onde concentriche scoperte in essa, che sarebbero i residui materiali degli universi precedenti.[9][10]

Multiverso: nessuna vera fine

Lo stesso argomento in dettaglio: Multiverso e Universo oscillante.

Dal punto di vista scientifico il concetto di multiverso è stato proposto in modo rigoroso per la prima volta da Hugh Everett III nel 1957 nell'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica. L'ipotesi è fonte di disaccordo nella comunità dei fisici. Alcuni fisici dissentono, e affermano che la teoria deve essere oggetto di appropriati studi scientifici.[11] Tra i sostenitori di almeno uno dei modelli del multiverso ci sono Stephen Hawking,[12] Steven Weinberg,[13] Brian Greene, Max Tegmark, Andrej Linde e Alex Vilenkin. Tra coloro che non accettano l'ipotesi o la criticano ci sono David Gross,[14] Paul Steinhardt (che un tempo la condivideva),[15] e Paul Davies, i quali affermano che la questione è più filosofica che scientifica, o addirittura che la teoria del multiverso è dannosa per la fisica teorica, o che si tratti di pseudoscienza.[15]

Multiverso, stringhe e scontri ciclici tra brane
Lo stesso argomento in dettaglio: Teoria M, Teoria del mondo-brana, Teoria delle stringhe e Big Splat.

Lo scenario del multiverso (o dell'universo parallelo) vuole che, mentre il nostro universo sia di durata finita, questo sia uno di tanti universi. La fisica del multiverso potrebbe permettere a questo di esistere indefinitamente. In particolare, altri universi potrebbero essere soggetti a leggi fisiche diverse da quelle del nostro universo; questo è collegato alla teoria delle stringhe e delle brane, sostenuta da Michio Kaku, Gabriele Veneziano, Neil Turok e molti altri.[16] Con il Big Freeze e l'inflazione, è oggi la teoria più diffusa negli ambienti dei fisici teorici.[1] In quanto simile agli infiniti universi di Smolin, i critici del multiverso affermano che non ci sono evidenze o che sarebbe un'applicazione fuori sede, e forzata, delle teorie biologiche di Charles Darwin, basata solo su calcoli teorici ed equazioni, mentre l'inflazione caotica è verificabile sperimentalmente.[17] Kaku afferma che la teoria delle stringhe non va contro il Big Bang e l'inflazione cosmica, ma vuole spiegare cosa le ha causate, cioè una sorta di ecpirosi denominata Big Splat. Turok ha proposto che l'ecpirosi sia ciclica.[18]

L'universo ciclico del grande rimbalzo
Lo stesso argomento in dettaglio: Big Bounce.

Il Big Bounce ("grande rimbalzo"), riproposizione della vecchia teoria sostenuta da Einstein dell'universo oscillante, prevede che la gravità faccia contrarre ed esplodere l'universo all'infinito e che l'espansione o l'inflazione non possano essere infinite. Propone nuovi tipi di gravitazione, come la gravità quantistica a loop (teoria che fu sviluppata da Lee Smolin e Carlo Rovelli ed è parte della cosmologia quantistica), il fatto che l'energia oscura si possa esaurire o una teoria ecpirotica (chiamata così dal termine "ecpirosi", la conflagrazione ciclica della filosofia eraclitea e stoica) diversa da quella di Neil Turok e Paul Steinhardt[19]. Sostenitori di questa teoria del rimbalzo sono Martin Bojowald, Param Singh, Leonardo Fernández e Ruth Lazkoz, che mettono in discussione (specialmente Singh, che ha elaborato una nuova matematica della gravità che punta a mettere d'accordo la quantistica, la gravitazione e la relatività generale) la teoria della singolarità iniziale.[1]

Singh si pone ancora più avanti, affermando che il Big Bang - come comunemente inteso - non è mai avvenuto, ponendosi quindi nel gruppo variegato di sostenitori delle cosmologie non standard; inoltre sostiene che la gravità quantistica a loop risolva il problema della singolarità e dell'energia oscura in maniera coerente.[1][20][21][22][23][24][25][26][27]

Il modello ciclico oscillante, almeno nella sua formulazione più classica, sarebbe smentito da alcune osservazioni del 2014, secondo Neil Turok direttore del Perimeter Institute (dove lavora anche Param Singh)[28], opinione non pienamente condivisa da altri studiosi.[29][30]

L'inflazione eterna e caotica e gli infiniti universi nelle bolle
Lo stesso argomento in dettaglio: Inflazione eterna, Falso vuoto e Inflazione caotica.
Rappresentazione di un grande e infinito universo (multiverso o superuniverso): gli "universi a bolla", ogni disco è un universo con costanti fisiche diverse da quelle degli altri. Quest'immagine illustra il concetto di come il nostro universo possa essere solo uno tra molte (forse infinite) bolle.

Nella teoria delle bolle, sostenuta da Andrej Linde riprendendo alcune teorie del passato (come quelle di Alan Guth, basate sui lavori e gli studi di Stephen Hawking[31]), ogni bolla inflazionaria di questa "schiuma quantica" è invece un universo (come il nostro), collegato ad altri universi tramite i wormhole teorizzati da Einstein[32]; alcuni di questi universi sono abitabili, altri no, e ognuno ha la sua storia ed evoluzione specifica, passata e futura. Linde chiama questo modello, scherzosamente, "universo a formaggio svizzero" o a "coppa di champagne". L'inflazione teorizzata da Linde è chiamata inflazione caotica o inflazione eterna. Oltre l'universo osservabile, lo spaziotempo può essere ancora in uno stato di inflazione, con altri universi “bolla” che si formano ogni volta che in qualche punto l'inflazione si ferma.

Se il nostro universo fosse l'unico esistente, si avrebbe quindi bisogno di una spiegazione scientifica del perché sembra così ben calibrato per consentire un certo ordine e la vita biologica. Se invece non è che uno dei tanti esistenti, ognuno di essi può avere parametri differenti e differenti costanti, e solo a un universo (o a pochi) è capitato di avere valori tali che hanno permesso la vita.[33] Alcuni risultati di osservazione e sperimentazione confermerebbero a grandi linee questa teoria, verificando la teoria inflazionistica, tramite le onde gravitazionali, che conduce, secondo Linde e Alan Guth, alla variante di un multiverso a bolle. Il nostro universo (o la parte da noi visibile e osservabile, che non è che una piccolissima zona dell'esistente, il cosiddetto universo osservabile) può quindi spegnersi nel Big Freeze o "distruggersi" in un Big Rip o Big Freeze, ma questo non accadrà in altre zone del multiverso (o dell'universo stesso).[17] Le regioni formate dall'inflazione caotica si espandono a tassi esponenziali, l'intero volume dell'universo cresce indefinitamente e sempre più rapidamente. Quindi l'universo sarebbe infinito ed eterno e autoriproducente; finiti e osservabili sono solo alcune parti di esso.[32]

L'inflazione eterna è prevista da molti modelli differenti di inflazione cosmica. Il modello originale di Alan Guth di inflazione includeva un fase di "falso vuoto" con energia del vuoto positiva. Se il vuoto non è lo stato a minore energia (un falso vuoto quindi), potrebbe collassare nello stato a minore energia. Ciò prende il nome di disastro della metastabilità del vuoto. Questo fatto cambierebbe completamente il nostro universo; le costanti fisiche potrebbero avere valori diversi, che altererebbero le basi della materia. Parti dell'universo in quella fase si espandono inflativamente e solo occasionalmente decadono occasionalmente ad uno stato di energia minore, non inflazionario, chiamato anche stato fondamentale. Nell'inflazione caotica, proposta dal fisico Andrei Linde, i picchi nell'evoluzione di un campo scalare, che determina l'energia del vuoto, corrispondono a regioni in cui l'inflazione domina.[32] Il falso vuoto dovrebbe decadere esponenzialmente, tuttavia le bolle di falso vuoto potrebbero anche espandersi esponenzialmente in modo tale che una regione dominata dal falso vuoto non sparisce mai. In queste regioni di falso vuoto occasionalmente potrebbero crearsi nuove bolle, e quindi nuovi universi, come semplice risultato del decadimento del falso vuoto. Il periodo inflativo dell'universo continua quindi a perdurare per sempre in diverse regioni dello spazio tempo. L'universo che noi effettivamente osserviamo sarebbe quindi solo una delle possibili bolle che si sono sviluppate, molti altri universi anche simili al nostro sarebbero quindi possibili. Talvolta le bolle possono toccarsi e influire sullo spaziotempo con nuova produzione di energia.[32] Con il Big Freeze e le stringhe, è oggi la teoria più diffusa negli ambienti dei fisici teorici.[1]

Prime evidenze sperimentali di universo infinito

Verifica dell'inflazione

Come detto, il 17 marzo 2014 gli astrofisici John Kovac e Chao-Lin Kuo, dell’Università di Harvard (Boston), hanno presentato alcune prove che l’universo, dopo il Big Bang, ha subìto una inflazione. Sono le evidenze che trasformano l’ipotesi dell’universo inflazionario in una teoria verificata sperimentalmente, il che, secondo Andrej Linde, Alan Guth e altri (non coinvolti direttamente con lo studio, ma che hanno formulato la fisica teorica inflazionaria), è la prova che i calcoli teorici della teoria dell'inflazione eterna e caotica (non un'esplosione o un'inflazione ordinata, ma una dilatazione iniziale superiore a quella della velocità della luce), la base per la teoria delle bolle che generano eternamente universi (in quanto espansi con velocità differenti), sono veritieri. L'energia oscura sarebbe una delle forze di questo fenomeno.[34][35][36]

La perfezione cosmica di alcune leggi, atte a favorire la nascita della vita, spingerebbe quindi a scegliere, secondo la maggioranza dei fisici, o la teoria probabilistica degli universi infiniti (simile all'evoluzionismo), o la teoria dell'universo progettato apposta (quindi una sorta di creazionismo o disegno intelligente): la seconda non è però scienza ma fede[37], mentre la prima[38] è scientifica e ha una buona possibilità di essere veritiera, come è stato osservato da Stephen Hawking.[39][40]

Quindi, secondo queste ultime osservazioni, l'universo (o il multiverso, o ciò che esiste) ha forse avuto un qualche inizio - ma potrebbe anche non averlo - e probabilmente esso e la materia/energia non avranno mai una fine, come indicano anche le leggi di conservazione della massa di Antoine Lavoisier. L'inflazione caotica di Linde e Guth viene anche ad assomigliare alla teoria dello stato stazionario di Fred Hoyle, una teoria oggi considerata non standard. Guth, Linde e altri hanno osservato che se l'inflazione è veritiera, allora è reale - con alta probabilità - anche il multiverso, in quanto modelli teorici inflazionari senza multiverso sono fattibili ma molto difficili da costruire e l'inflazione caotica è uno dei pochi che regge il confronto con i dati.[41][42][43][44][45][46]

Sebbene una teoria dell'inflazione sia abbastanza accreditata tra la comunità scientifica e abbia ricevuto delle prime evidenze sperimentali, nel 19 settembre 2014 il team di scienziati responsabili del satellite Plank ha pubblicato un lungo articolo[47] in cui era ridimensionato il valore di queste prove, attribuendo la maggior parte del segnale ricevuto dagli astrofisici di Boston alla polvere galattica presente in tutto l'universo. Questo non significa che la teoria dell'inflazione non è più considerata una teoria valida ma bensì che una prova scientifica per la suddetta teoria deve ancora essere scoperta, e a tal proposito i due team hanno deciso di unire le loro forze nell'intento di trovare un segnale valido.[48][49][50][51][52]

La vita in un Universo mortale

Lo stesso argomento in dettaglio: Civiltà eterna di Dyson, Principio antropico e Teoria del punto Omega.

Alcuni fisici famosi hanno speculato che una civiltà avanzata potrebbe usare un ammontare finito di energia per sopravvivere un tempo effettivamente infinito. La strategia è quella di avere brevi periodi di attività, alternati da periodi di ibernazione sempre più lunghi (vedi la voce sulla civiltà eterna di Dyson).

Anche il contrario è vero, per una civiltà che si trovasse nel mezzo del Big Crunch. Qui, un ammontare infinito di tempo soggettivo può essere estratto dal tempo finito rimanente, usando l'enorme energia del Big Crunch per "accelerare" la vita più di quanto il limite si stia avvicinando (vedi la teoria del punto Omega di Frank J. Tipler).

Anche se possibile in teoria (Singolarità tecnologica), non è ben chiaro se possa esistere una possibilità pratica di utilizzare tali meccanismi, per quanto avanzata possa essere una civiltà.

Voci correlate

Fisici

Note

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m What happened Before the Big Bang
  2. ^ "Il tempo sta rallentando e si fermerà del tutto"
  3. ^ Walter Ferreri, Pippo Battaglia, Margherita Hack, Origine e fine dell'universo
  4. ^ a b Hawking: l'universo non ha avuto bisogno dell'aiuto divino
  5. ^ Cosmologia quantistica
  6. ^ Paul J. Steinhardt, Neil Turok, Universo senza fine. Oltre il Big Bang, 127-129
  7. ^ Sono infiniti i Big Bang che hanno fatto il mondo
  8. ^ Ritorno al futuro. Intervista a Roger Penrose
  9. ^ Prima del Big Bang? Un altro universo identico: la teoria di Roger Penrose divide i cosmologi
  10. ^ L'universo prima del Big Bang
  11. ^ DOI: 10.1080/00033790903047725
  12. ^ Universe or Multiverse, pp. 19, ISBN 978-0-521-84841-1.
    «Some physicists would prefer to believe that string theory, or M-theory, will answer these questions and uniquely predict the features of the Universe. Others adopt the view that the initial state of the Universe is prescribed by an outside agency, code-named God, or that there are many universes, with ours being picked out by the anthropic principle. Hawking argues that string theory is unlikely to predict the distinctive features of the Universe. But neither is he is an advocate of God. He therefore opts for the last approach, favouring the type of multiverse which arises naturally within the context of his own work in quantum cosmology.»
  13. ^ New Physics Complications Lend Support to Multiverse Hypothesis - Scientific American
  14. ^ Paul Davies, Many Scientists Hate the Multiverse Idea, in The Goldilocks Enigma: Why Is the Universe Just Right for Life?, Houghton Mifflin Harcourt, 2008, p. 207, ISBN 978-0-547-34846-9.
  15. ^ a b Paul Steinhardt, Theories of Anything, su edge.org, 9 marzo 2014, 2014 : WHAT SCIENTIFIC IDEA IS READY FOR RETIREMENT?. URL consultato il 9 marzo 2014 (archiviato il 9 marzo 2014).
  16. ^ Michio Kaku, Iperspazio. Un viaggio scientifico attraverso gli universi paralleli, le distorsioni del tempo e la decima dimensione
  17. ^ a b I risultati di BICEP2 alimentano la polemica sul multiverso, Le scienze, 5 aprile 2014
  18. ^ http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=6782 News Math Columbia
  19. ^ Cosa c'era prima del Big Bang
  20. ^ Expanding Universe: Retracing Hubble is impossible - mathematically Horizon - Before the Big Bang
  21. ^ Parampreet Singh - Perimeter Institute page
  22. ^ Param Singh, Transcending Big Bang in Loop Quantum Cosmology: Recent Advances, Based on Plenary talk at the Sixth International Conference on Gravitation and Cosmology at IUCAA, Pune (2007), J.Phys.Conf.Ser.140:012005,2008, arXiv: 0901.1301.
  23. ^ Parampreet Singh, Are loop quantum cosmos never singular?, Class.Quant.Grav.26:125005,2009, arXiv: 0901.2750. (Selected for Research Highlights of Classical and Quantum Gravity 2008-2009)
  24. ^ Alejandro Corichi, Parampreet Singh, A geometric perspective on singularity resolution and uniqueness in loop quantum cosmology, Phys.Rev.D80:044024,2009
  25. ^ Thomas Cailleteau, Parampreet Singh, Kevin Vandersloot, Non-singular Ekpyrotic/Cyclic model in Loop Quantum Cosmology, Phys. Rev. D 80, 124013 (2009)
  26. ^ Ashtekar, Abhay; Corichi, Alejandro; Singh, Parampreet (2008). Robustness of key features of loop quantum cosmology. Physical Review D 77
  27. ^ Dr. Parampreet Singh, PhD - Assistant Professor of Physics - Info and research interests
  28. ^ A New Window to the Big Bang, Perimeter Institute
  29. ^ Yi-Fu Cai, Jerome Quintin, Emmanuel N. Saridakis, Edward Wilson-Ewing, Nonsingular bouncing cosmologies in light of BICEP2
  30. ^ Ramón Herrera, Marco Olivares, Nelson Videla, General dissipative coefficient in warm intermediate inflation in loop quantum cosmology in light of Planck and BICEP2
  31. ^ Hawking, l’universo ciclico e il ristorante di Alice
  32. ^ a b c d Andrej Linde, Un universo inflazionario che si autoriproduce, in Cosmologia, Le scienza illustrate, n. 117
  33. ^ TV review: Horizon: What Happened Before the Big Bang? and Wild Britain with Ray Mears
  34. ^ Ascoltato l'eco del Big Bang. Prime prove dell'inflazione cosmica
  35. ^ L’Inflazione Cosmica Avvalora La Tesi del Multiverso – Our Universe May Exist in a Multiverse, Cosmic Inflation Discovery Suggests
  36. ^ Big Bang: trovate le prime prove dell'inflazione cosmica
  37. ^ come nelle teorie del fisico cattolico Antonino Zichichi; cfr. Quel difetto nel cosmo che ci ha salvato dall'annientamento
  38. ^ quella sostenuta da Linde, il multiverso che è anche stato filosoficamente appoggiato, nei secoli passati, da pensatori come Giordano Bruno, Lucrezio e i materialisti o dal teologo Roberto Grossatesta
  39. ^ Stephen Hawking, Curiosity: Did God create the Universe?, Discovery Channel
  40. ^ L'inflazione cosmica e il multiverso
  41. ^ Scontro tra universi
  42. ^ Alan H. Guth, Eternal inflation and its implications
  43. ^ Scott Shackelford, Worlds Without End, Stanford Magazine
  44. ^ Linde, Andrei, The Self-Reproducing Inflationary Universe (PDF), in Scientific American, November 1994, pp. page 51.
  45. ^ Linde, A.D., Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe (PDF), in Physics Letters B, vol. 175, n. 4, August 1986, pp. 395–400, Bibcode:1986PhLB..175..395L, DOI:10.1016/0370-2693(86)90611-8.
  46. ^ Linde, A., Eternal Chaotic Inflation, in Mod. Phys. Lett., A1, n. 2, 1986, pp. 81, Bibcode:1986MPLA....1...81L, DOI:10.1142/S0217732386000129.
  47. ^ Planck Collaboration, Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes, su arxiv.org.
  48. ^ Paolo de Bernardis, LA POLVERE DI STELLE CONFONDE LA MISURA DEL BIG BANG, su phys.uniroma1.it, 24 Settembre 2014.
  49. ^ Marco Malaspina, Era il Big Bang? Chiedi alla polvere, su media.inaf.it, 22 settembre 2014.
  50. ^ Misura Big Bang da rifare, l'errore causato dalla polvere cosmica - Repubblica, su repubblica.it, 24 settembre 2014.
  51. ^ Big Bang, misura ‘sporcata’ dalla polvere interstellare: Plank corregge Bicep2, su blitzquotidiano.it, 29 settembre 2014.
  52. ^ ANSA, Misura del Big Bang da rifare, colpa della polvere cosmica, su ansa.it, 24 settembre 2014.

Bibliografia

  • Fred Adams & Greg Laughlin, The Five Ages of the Universe
  • Stephen Baxter, Deep Future
  • Paul Davies, The Last Three Minutes
  • Stephen Hawking, La teoria del tutto. Origine e destino dell’Universo
  • Stephen Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri. Breve storia del tempo
  • Roger Penrose, Dal Big Bang all'eternità
  • Andrej Linde, Inflation, Quantum Cosmology and the Anthropic Principle (2004) in: John Barrow, Paul C W Davies, and C L Harper, eds., Science and Ultimate Reality: From Quantum to Cosmos, a volume honoring John A. Wheeler's 90th birthday. Cambridge University Press.
  • Paul J. Steinhardt, Neil Turok, Universo senza fine. Oltre il big bang

Letteratura

Cultura di massa

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