Inflazione (cosmologia)

Universo

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In cosmologia il termine Inflazione si riferisce all'idea (proposta inizialmente da Alexei Starobinski in Unione Sovietica e contemporaneamente da Alan Guth negli Stati Uniti d'America) che l'Universo, poco dopo essere "nato", abbia attraversato una fase di espansione esponenziale, quindi estremamente rapida ed accelerante, dovuta ad un'energia del vuoto positiva (che fornisce una pressione negativa; vedi anche relatività generale e teorie di campo quantistiche). Differentemente dal modello tradizionale proposto dalla teoria del Big Bang, che invece prevede una espansione convenzionale decelerante nel tempo, l'espansione inflazionistica ha allontanato due oggetti ad un ritmo sempre più rapido fino a superare la barriera della velocità della luce. Questa espansione può essere introdotta nei modelli attraverso una costante cosmologica non nulla. Una conseguenza diretta di questa rapidissima espansione è che tutto l'universo osservabile si sarebbe sviluppato da una regione causalmente connessa, cioè così piccola che la luce ha potuto attraversarla interamente nel brevissimo tempo intercorso fra la "nascita" dell'Universo e l'inizio della fase inflazionaria, e perciò avente le stesse caratteristiche, quali temperatura e densità. Le fluttuazioni quantistiche all'interno di questa regione microscopica che viene "ingrandita" dall'inflazione a dimensioni cosmiche sono così all'origine delle piccole disomogeneità gravitazionalmente instabili che cresceranno fino a dare origine alle strutture osservate nell'universo (Galassie, Ammassi di galassie ecc.; vedi anche formazione delle galassie).

Ipotesi dell'Inflazione Cosmologica applicata al Big Bang

L'ipotesi dell'inflazione 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 (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

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

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.

2006: esperimenti BOOMERanG e WMAP

Per approfondire, vedi le voci Esperimento BOOMERanG e WMAP.

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

Curiosità

Il nome della teoria è un riferimento semi-umoristico all'inflazione economica che aveva colpito gli Stati Uniti ed il mondo Occidentale negli anni a cavallo del 1980.

Voci correlate

• Big Bang
• Multiverso
• Universo

Collegamenti esterni

Livello avanzato

• (EN) chaotic inflation—comparison of chaotic inflation and ekpyrotic scenarios, un articolo di Andrei Linde
• (EN) Inflation model constraints from the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe three-year data, W. Kinney, E. Kolb, A. Melchiorri, A. Riotto, Dati di anisotropia della radiazione di fondo cosmico confermano il modello inflazionario.

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