Cosa è successo prima del Big Bang?

Il Big Bang è comunemente considerato l'inizio di tutto: circa 13,8 miliardi di anni fa, l'universo osservabile è andato boom e si espanse in essere.

Ma come erano le cose prima del Big Bang?

Risposta breve: non lo sappiamo. Risposta lunga: avrebbero potuto essere molte cose, ognuna delle quali ha piegato la mente a modo suo. [Quanto è massiccia la Via Lattea?]

All'inizio

La prima cosa da capire è cosa fosse effettivamente il Big Bang.

"Il Big Bang è un momento nel tempo, non un punto nello spazio", ha detto Sean Carroll, fisico teorico del California Institute of Technology e autore di "The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself" (Dutton, 2016).

Quindi, è possibile che l'universo al Big Bang fosse piccolissimo o infinitamente grande, ha detto Carroll, perché non c'è modo di guardare indietro nel tempo a cose che non possiamo nemmeno vedere oggi. Tutto quello che sappiamo veramente è che era molto, molto denso e che molto rapidamente è diventato meno denso.

Come corollario, non c'è davvero nulla al di fuori dell'universo, perché l'universo è, per definizione, tutto. Quindi, al Big Bang, tutto era più denso e più caldo di adesso, ma non c'era più un "esterno" di quello che c'è oggi. Per quanto sia allettante avere una visione divina e immaginare di poter stare nel vuoto e guardare l'universo accartocciato del bambino proprio prima del Big Bang, sarebbe impossibile, ha detto Carroll. L'universo non si è espanso nello spazio; lo spazio stesso si espanse.

"Non importa dove ti trovi nell'universo, se ti rintracci indietro di 14 miliardi di anni, arrivi a questo punto in cui era estremamente caldo, denso e in rapida espansione", ha detto.

Nessuno sa esattamente cosa stesse succedendo nell'universo fino a 1 secondo dopo il Big Bang, quando l'universo si è raffreddato abbastanza da permettere a protoni e neutroni di entrare in collisione e restare uniti. Molti scienziati pensano che l'universo abbia attraversato un processo di espansione esponenziale chiamato inflazione durante quel primo secondo. Questo avrebbe appianato il tessuto dello spazio-tempo e potrebbe spiegare perché la materia è oggi distribuita così uniformemente nell'universo.

Prima del botto

È possibile che prima del Big Bang, l'universo fosse un tratto infinito di un materiale ultra caldo e denso, che persisteva in uno stato stazionario fino a quando, per qualche ragione, si verificò il Big Bang. Questo universo extra denso potrebbe essere stato governato dalla meccanica quantistica, la fisica della scala estremamente piccola, ha detto Carroll. Il Big Bang, quindi, avrebbe rappresentato il momento in cui la fisica classica ha assunto il ruolo di motore principale dell'evoluzione dell'universo. [Cos'è la meccanica quantistica?]

Per Stephen Hawking, questo momento era l'unica cosa che contava: prima del Big Bang, ha detto, gli eventi non sono misurabili e quindi indefiniti. Hawking ha definito questa la proposta senza confini: il tempo e lo spazio, ha detto, sono finiti, ma non hanno confini o punti di inizio o fine, allo stesso modo in cui il pianeta Terra è finito ma non ha bordi.

"Poiché gli eventi prima del Big Bang non hanno conseguenze osservative, si può anche escluderli dalla teoria e dire che il tempo è iniziato con il Big Bang", ha detto in un'intervista al programma del National Geographic "StarTalk" nel 2018.

O forse c'era qualcos'altro prima del Big Bang su cui vale la pena riflettere. Un'idea è che il Big Bang non sia l'inizio del tempo, ma piuttosto che sia stato un momento di simmetria. In questa idea, prima del Big Bang, c'era un altro universo, identico a questo ma con l'entropia che cresceva verso il passato invece che verso il futuro.

L'aumento dell'entropia, o l'aumento del disordine in un sistema, è essenzialmente la freccia del tempo, ha detto Carroll, quindi in questo universo specchio, il tempo correrebbe in senso opposto al tempo nell'universo moderno e il nostro universo sarebbe nel passato. I fautori di questa teoria suggeriscono anche che altre proprietà dell'universo sarebbero ribaltate in questo universo specchio. Ad esempio, il fisico David Sloan ha scritto sul blog della scienza dell'Università di Oxford, le asimmetrie nelle molecole e negli ioni (chiamate chiralità) sarebbero in orientamenti opposti a quello che sono nel nostro universo.

Una teoria correlata sostiene che il Big Bang non sia stato l'inizio di tutto, ma piuttosto un momento nel tempo in cui l'universo è passato da un periodo di contrazione a un periodo di espansione. Questa nozione di "Big Bounce" suggerisce che potrebbero esserci infiniti Big Bang mentre l'universo si espande, si contrae e si espande di nuovo. Il problema con queste idee, ha detto Carroll, è che non c'è spiegazione per perché o come un universo in espansione si contrarrebbe e tornerebbe a uno stato di bassa entropia.

Carroll e la sua collega Jennifer Chen hanno la loro visione pre-Big Bang. Nel 2004, i fisici hanno suggerito che forse l'universo come lo conosciamo è il figlio di un universo genitore da cui si è strappato un po 'di spazio-tempo.

È come un nucleo radioattivo in decomposizione, ha detto Carroll: quando un nucleo decade, emette una particella alfa o beta. L'universo genitore potrebbe fare la stessa cosa, tranne che al posto delle particelle, sputa fuori universi piccoli, forse all'infinito. "E 'solo una fluttuazione quantistica che permette che accada", ha detto Carroll. Questi piccoli universi sono "letteralmente universi paralleli", ha detto Carroll, e non interagiscono o si influenzano l'un l'altro.

Se tutto ciò suona piuttosto stravagante, è perché gli scienziati non hanno ancora un modo per guardare indietro nemmeno all'istante del Big Bang, tanto meno a ciò che è avvenuto prima. C'è spazio per esplorare, però, ha detto Carroll. La rilevazione di onde gravitazionali da potenti collisioni galattiche nel 2015 apre la possibilità che queste onde possano essere utilizzate per risolvere misteri fondamentali sull'espansione degli universi in quel primo secondo cruciale.

Anche i fisici teorici hanno del lavoro da fare, ha detto Carroll, come fare previsioni più precise su come potrebbero funzionare forze quantistiche come la gravità quantistica.

"Non sappiamo nemmeno cosa stiamo cercando", ha detto Carroll, "finché non abbiamo una teoria."

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