Inflazione (cosmologia)

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Universo
Big bang manifold (it).png
Struttura a grande scala dell'universo
Singolarità gravitazionale
Inflazione cosmica
Varianza cosmica
Universo di de Sitter

In cosmologia il termine inflazione si riferisce all'idea, proposta inizialmente da Alexei Starobinski[1][2] in Unione Sovietica e contemporaneamente da Alan Guth[3][4] negli Stati Uniti d'America, che l'Universo, poco dopo il Big bang, abbia attraversato una fase di espansione estremamente rapida, dovuta a una pressione negativa generata da una grande energia del vuoto positiva (vedi anche relatività generale e teorie di campo quantistiche). Il nome della teoria deriva dall'inglese "inflation" che significa "gonfiaggio".

L'espansione inflazionistica può essere introdotta nei modelli attraverso una costante cosmologica non nulla, e a differenza del modello tradizionale della teoria del Big Bang, che prevede un'espansione convenzionale decelerante nel tempo, avrebbe allontanato due oggetti ad un ritmo sempre più rapido fino a superare la barriera della velocità della luce.[5] Una conseguenza diretta è che tutto l'universo si sarebbe sviluppato da una regione causalmente connessa, cioè così piccola che la luce ha potuto attraversarla interamente nel brevissimo tempo intercorso fra la sua "nascita" e l'inizio della fase inflazionaria, giustificando l'omogeneità attualmente osservabile, ad esempio di temperatura e densità.

Le fluttuazioni quantistiche all'interno della regione microscopica ingrandita dall'inflazione a dimensioni cosmiche sarebbero all'origine di piccole disomogeneità gravitazionalmente instabili, cresciute fino a dare origine a strutture come le galassie, gli ammassi di galassie ecc. (vedi anche formazione delle galassie).

Nel marzo 2014 è stato annunciato il risultato della collaborazione BICEP2 che mostrerebbe le prime evidenze sperimentali dirette dell'inflazione cosmica, come previste dal modello dell'inflazione caotica di Andrej Linde[6][7]. Tale risultato dovrà essere verificato con ulteriori esperimenti[8].

L'ipotesi dell'inflazione applicata alla teoria del Big Bang[modifica | modifica sorgente]

La nascita dell'universo inflazionario

L'ipotesi dell'inflazione cosmica risolve diversi rilevanti problemi concettuali o paradossi che affliggevano la teoria standard del Big Bang. Fra questi, il problema della piattezza dell'Universo (cioè il fatto che l'Universo sembra essere ottimamente descritto da una geometria con curvatura esattamente pari a 0), la sua straordinaria omogeneità su scale così ampie da non essere causalmente connesse (il cosiddetto problema dell'orizzonte), e l'assenza di difetti topologici (ad esempio di monopoli magnetici) osservati, che invece sarebbero previsti da molte teorie di Grande Unificazione.

Curvatura dello spazio-tempo tendente a zero[modifica | modifica sorgente]

Il modello standard di inflazione prevede che l'Universo sia quasi piatto (la curvatura potrebbe non essere 0, ma la differenza sarebbe trascurabile nella pratica) e l'invarianza di scala delle fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo. Ci sono anche predizioni riguardo alla fisica delle particelle vicino alle energie di Grande Unificazione. Negli anni ottanta ci sono stati numerosi tentativi di correlare il campo che genera l'energia del vuoto che causa l'inflazione con campi specifici previsti dalle teorie di Grande Unificazione, o viceversa di usare l'osservazione dell'Universo come un vincolo per queste teorie. Questi sforzi sono stati infruttuosi e la natura esatta del campo e delle sue particelle, che hanno dato il via all'inflazione (l'"inflatone"), resta una teoria senza alcuna base scientificamente dimostrabile. Inoltre, nel modello inflazionario si postula l'esistenza di infiniti universi (compreso il nostro), come fossero delle bolle, separati da immensi spazi vuoti, ma tale teoria non sarà mai dimostrabile, in quanto appunto tratta di cose che sarebbero al di fuori del nostro universo, per cui la veridicità di tali supposizioni resterà sempre un mistero.

Inflazione e curvatura[modifica | modifica sorgente]

Secondo le teorie più accreditate, è proprio il campo inflatone a stirare lo spazio grazie alla creazione di una forza antigravitazionale. Quindi, in base al modello inflazionario, la piattezza dell'universo, a scapito di una geometria chiusa o aperta è strettamente collegata all'uniformità del cosmo. Il modello inflazionistico, però, ha evidenziato qualche limite dopo le osservazioni svolte negli ultimi anni delle supernove e degli ammassi di galassie che hanno indotto gli astronomi a optare per l'ipotesi di un universo curvo e aperto.
È stato un compito fondamentale degli studiosi, dalla fine degli anni novanta in poi, la ricerca di spiegazioni alternative che in qualche modo non intaccassero il modello inflazionario; per fare ciò è stata formulata l'ipotesi, che esista un'energia aggiuntiva che curverebbe lo spazio indipendentemente dal modello preso in esame.[5]

L'universo a bolle[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Inflazione eterna, Inflazione caotica e Multiverso.

Secondo alcuni modelli inflazionari, il nostro universo sarebbe solo una delle possibili bolle che si sono sviluppate dal decadimento di uno stato metastabile originario.

2006: esperimenti BOOMERanG e WMAP[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Esperimento BOOMERanG e WMAP.

Recentemente (2006), le misure di anisotropia della radiazione di fondo cosmico da parte di esperimenti su pallone stratosferico come BOOMERanG e da satellite come WMAP hanno prodotto dati in eccellente accordo con le predizioni teoriche dell'inflazione[9][10]. L'inflazione da ipotesi speculativa è dunque diventata un modello teorico falsificabile.

2009-13: satellite Planck[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Planck Surveyor.

Nel 2014 si attendono nuovi risultati[8] da ricerche sui dati raccolti dal satellite Planck nel suo periodo di operatività (2009-13) che potrebbero gettare nuova luce sulle teorie inflazionarie[11][12].

2014: collaborazione BICEP2[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi BICEP.

Il 17 marzo 2014 è stato annunciato il risultato di una ricerca (collaborazione BICEP2), condotta dell'Harvard CMB Group con il radiotelescopio installato presso la base Amundsen-Scott al polo sud, che mostrerebbe le prime evidenze sperimentali dirette dell'Inflazione cosmica[13][14].

Critiche alla teoria dell'Inflazione[modifica | modifica sorgente]

Paul Steinhardt, uno dei fondatori[15] della teoria dell'inflazione, negli ultimi anni è diventato molto critico verso di essa.[16][17]Inizialmente, di fronte alla conferma dell'inflazione con i dati di BICEP2, ha abbandonato la sua teoria dell'universo ecpirotico per rivedere la sua posizione sul modello inflazionario, ma poco tempo dopo è ritornato scettico su quest'ultimo.[18]

I critici lamentano anche la mancanza di falsificabilità, che renderebbe la teoria non scientifica.[19]

Sir Roger Penrose, proponente un tempo del Big Bang classico e oggi di una teoria denominata cosmologia ciclica conforme (CCC) afferma che, di fronte ai propri risultati teorici e alle osservazioni successive (che invece, secondo molti, confermerebbero l'inflazione), le teorie maggioritarie tra i fisici non sono secondo lui verificate: in particolare la teoria inflazionistica - da lui sempre criticata - è definita una «fantasia», mentre la teoria delle stringhe è liquidata come fenomeno di «moda» e una «fede»[20], su cui i fisici insisterebbero erroneamente come scorciatoie che vanno contro la relatività generale, come già fecero con la supersimmetria o le molte interpretazioni iniziali della relatività, finché Einstein sistemò la teoria con i suoi calcoli, dove tutti gli altri fallirono.[21]

Ad esempio, secondo i critici, non si potrebbe vedere un lampo di luce del presunto Big Bang, se la velocità della luce non fosse in ogni caso superiore a quella delle galassie in allontanamento, mentre l'inflazione sostiene che l'espansione fu più veloce della luce, ma allo stesso tempo noi vedremmo le tracce di quella luce primordiale; nella CCC non ci sarebbero queste contraddizioni.[22][21][23]

Inoltre i risultati di BICEP2 sembrano in conflitto con quelli raccolti successivamente da Planck Surveyor.[24]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 30, 719 (1979)
  2. ^ A. A. Starobinski, A New Type of Isotropic Cosmological Models Without Singularity in Physics Letters, B91, 24 marzo 1980, pp. 99–102.
  3. ^ SLAC seminario, 10-35 seconds after the Big Bang, 23rd January, 1980. see Guth (1997), pg 186
  4. ^ A. H. Guth, The Inflationary Universe: A Possible Solution to the Horizon and Flatness Problems, Phys. Rev. D 23, 347 (1981).
  5. ^ a b Martin A.Bucher e David N.Sperger, L'inflazione ad un universo a bassa densità, "Le Scienze", num. 367, pag. 54-61
  6. ^ First Direct Evidence of Cosmic Inflation. URL consultato il 18 marzo 2014.
  7. ^ BICEP2 II: EXPERIMENT AND THREE-YEAR DATA SET. URL consultato il 18 marzo 2014.
  8. ^ a b Media INAF: Inflazione: c'è la prova
  9. ^ A measurement of Omega from the North American test flight of BOOMERANG. URL consultato il 24 gennaio 2009.
  10. ^ A Flat Universe from High-Resolution Maps of the Cosmic Microwave Background Radiation. URL consultato il 24 gennaio 2009.
  11. ^ Obiettivi chiave del satellite Planck. URL consultato il 18 marzo 2014.
  12. ^ Another piece of the puzzle about the origin of the cosmos is now being analysed. URL consultato il 18 marzo 2014.
  13. ^ First Direct Evidence of Cosmic Inflation. URL consultato il 18 marzo 2014.
  14. ^ BICEP2 II: EXPERIMENT AND THREE-YEAR DATA SET. URL consultato il 18 marzo 2014.
  15. ^ Inflationary Cosmology
  16. ^ Theories of Anything - P. Steinhardt
  17. ^ The Inflation Debate: Is the theory at the heart of modern cosmology deeply flawed?
  18. ^ Inflazione dell'universo, cresce il partito degli scettici
  19. ^ Altro che inflazione! Le obiezioni di uno scettico
  20. ^ Sir Roger Penrose: Cosmic Inflation is "fantasy"
  21. ^ a b Cercando un altro Einstein
  22. ^ Damiano Anselmi, L'involuzione del pensiero scientifico
  23. ^ Cosmic inflation has its flaws, but so do its critics
  24. ^ Risultati BICEP2 Sull'Inflazione e Onde Gravitazionali Potrebbero Essere Errati?

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

Livello avanzato