Big Bounce

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

Big Bounce, letteralmente "Grande Rimbalzo" o universo oscillante, è una teoria cosmologica elaborata dal fisico Martin Bojowald, esperto di gravità quantistica, e dal suo team della Pennsylvania State University, e pubblicata nel luglio 2007 su Nature Phisics online. La teoria si occupa dell'origine dell'Universo visibile e di cosa ci fosse "prima" dell'Universo. Si tratta di una variante della teoria dell'universo oscillante. Teorie simili sono sostenute anche da Roger Penrose (che sostiene che un universo enorme e freddo fermerebbe il tempo e annullerebbe la differenza tra grande e piccolo, generando un nuovo Big Bang e un nuovo universo) e, in maniera più simile a Bojowald, da Leonardo Fernández, Ruth Lazkoz e Param Singh, che ha proposto apertamente che l'universo sia ciclico, come le stagioni e la maggior parte degli eventi naturali, in una teoria analoga a quella di Bojowald.[1]

Premessa: il Big Bang e il Big Crunch[modifica | modifica sorgente]

La teoria classica del Big Bang, pur rispettando la relatività generale di Einstein ed altre importanti evidenze sperimentali (redshift e radiazione cosmica di fondo a 3K), ipotizza che l'origine dell'Universo (stimata attualmente in 13,7 miliardi di anni) sarebbe stata causata da una "singolarità iniziale puntiforme" avente un volume pari a zero ma dotata di energia e densità infinite. Secondo molti scienziati tale singolarità risulta inverosimile sulla base di tutte le leggi fisiche note ("a mathematically nonsensical state"[2]), poiché in particolare violerebbe il principio di conservazione dell'energia totale; inoltre, si pone in contraddizione con le leggi della meccanica quantistica, tanto che l'adozione dogmatica della teoria del Big Bang viene da molti (tra cui Bojowald) considerata come una barriera per il tentativo di unificare le leggi della fisica. La singolarità iniziale del Big Bang, sorta praticamente dal nulla, esplodendo avrebbe creato non solo l'energia e la materia ma anche lo spazio e il tempo. Da notare che il vuoto-nulla nella realtà fisica non esiste; c'è sempre, perlomeno, una quantità minima di energia denominata energia di punto zero.

Per superare i limiti della teoria classica del Big Bang diversi scienziati hanno ipotizzato che l'Universo abbia un movimento ciclico ed eterno (Universo oscillante o pulsante), ossia una sequenza infinita di Big Bang e successivi Big Crunch (Grande Collasso). La ciclicità dell'Universo dipende, evidentemente, dalla quantità di materia-energia esistente (densità critica, solitamente denominata Ω), quindi anche dalla materia oscura e dalla energia oscura. Perché l'Universo arresti l'espansione e inizi la fase di contrazione (in un futuro molto lontano), il fattore Ω dovrebbe essere almeno di tre protoni al metro cubo o energia equivalente, essendo la materia una forma di energia, com'è noto da Einstein (la massa di un protone è di 1,673x10−27kg, equivalente a 938 MeV). Le più recenti osservazioni hanno rilevato che la densità media dell'Universo visibile ha un valore pressoché coincidente con Ω.

Il Big Bounce[modifica | modifica sorgente]

Su questo filone cosmologico si innesta la teoria del Big Bounce, che concettualmente prende il posto del Big Bang e del Big Crunch, fondendoli in una nuova formulazione scientifica. Come primo atto, il team di Bojowald ha riveduto e riformulato la teoria della relatività generale avvicinandola a quella classica dell'elettromagnetismo, riproponendo, seppur con denominazione diversificata (loop) le antiche linee di campo elettrico e magnetico. Poi attraverso la matematica dei nodi, i fisici del team hanno attribuito le leggi quantistiche ai loop. Il modello plasmato, in tal modo, prevede la presenza di atomi dello spazio-tempo e possiede una attitudine finita di contenere materia e energia, riuscendo a rendere superflua, in tal modo, anche la presenza di una singolarità.[3]

Il team di Bojowald, per evitare il paradosso della singolarità iniziale e nel tentativo di conciliare la relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica (che a sua volta si fonda sul principio di indeterminazione di Heisenberg), ha elaborato una nuova teoria quantistica-gravitazionale a cicli (Loop Quantum Gravity – LQG). Secondo questa teoria l'Universo sarebbe costituito da anelli di dimensioni infinitesime, di 10−35 metri, ossia dieci miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di nanometri. Questi anelli infinitamente piccoli possono contenere una certa quantità di energia, che, pur aumentando durante il collasso gravitazionale, non può mai diventare infinita.

Mandando a ritroso nel tempo le equazioni della LQG il team di Bojowald ha ricavato che l'Universo si contrae su se stesso ma non fino ad arrivare alla singolarità iniziale puntiforme. Ad un certo punto della contrazione, a causa del costante aumento dei valori della massa-energia (densità e temperatura), il tessuto spazio-temporale si lacera e la gravità da attrattiva diventerebbe repulsiva, facendo rimbalzare l'Universo in un nuovo Big Bang. Anche Param Singh, unendo, in una nuova matematica, la fisica quantistica e la relatività generale, ha verificato che al momento del Big Bang la gravità si comportava in maniera repulsiva, come attualmente fa l'energia oscura.[1] Tale processo si ripeterebbe in un ciclo perpetuo. Ma il nuovo Universo perde ogni ricordo visto che subisce fluttuazioni diverse da quello successivo e quindi questi dettagli di memoria storica non sopravvivono ed il nuovo è sempre diverso rispetto al precedente (amnesia cosmica). Questo concetto si scontra con la termodinamica classica che prevede che il disordine tenda ad aumentare ad ogni riproposizione dell'universo, fino a renderlo completamente caotico; secondo il gruppo di Bojowald, la smemoratezza cosmica potrebbe sopperire a questa grave incongruenza.[3] Penrose e Singh, invece, affermano che rimanga una minima memoria cosmica, e che sia individuabile studiando la radiazione di fondo.[1]

Da sottolineare che la teoria del Big Bounce è coerente con il principio di conservazione della materia e dell'energia, per il quale in natura nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma. La teoria del Big Bounce e in generale la teoria dell'Universo oscillante o pulsante (come sequenza infinita di esplosioni e di successivi collassi gravitazionali) implica l'ipotesi che l'Universo sia del tutto autosufficiente: un eterno divenire della realtà fisica (energia-materia) che non ha mai avuto origine e non avrà mai fine.[4]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ a b c What Happened Before the Big Bang
  2. ^ What Happened Before the Big Bang?. URL consultato il 01-04-2011.
  3. ^ a b "L'universo che rimbalza", di Martin Bojowald pubbl. su "Le Scienze (Scientific American)", num.484, dic.2008, pag.57
  4. ^ Stephen Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri, pagg. 160 e 165

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Ugo Amaldi, Fisica: idee ed esperimenti, vol. 1, 2 e 3, Zanichelli, 2001.
  • Maurizio Gasperini, l'Universo prima del Big Bang - Cosmologia e teoria delle Stringhe, Franco Muzzio Editore, 2002.
  • Margherita Hack, Pippo Battaglia, Walter Ferrari, Origine e fine dell'Universo, UTET libreria, 2002.
  • Margherita Hack, L'Universo alle soglie del duemila, Rizzoli BUR supersaggi, 1997.
  • Stephen Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli, 1988.
  • Stephen Hawking, Buchi neri e universi neonati, Rizzoli BUR supersaggi, 1997.
  • l'Astronomia, n. 288 agosto/settembre 2007 (periodico mensile).
  • Newton, n. 9 settembre 2007 (periodico mensile).
  • Martin Bojowald, L'Universo che rimbalza, Le Scienze n. 484, dicembre 2008, pagg. 56-61.
  • Martin Bojowald, Prima del Big Bang. Storia completa dell'Universo, Bompiani, 2011 ISBN 978-88-452-6784-0

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]