Cosa c’era prima del Big Bang? Non lo sappiamo!

universo-big-bang.jpgL’universo è forse il più grande mistero che l’uomo ha di fronte. È un mistero la sua nascita, la sua morte, è un mistero la sua stessa esistenza.

A oggi, solo alcuni elementi della sua evoluzione e della sua struttura sono stati spiegati, grazie ai potenti telescopi spaziali e terrestri di nuova generazione. 

Ma i segreti che l’universo conserva sono ancora molti. Una prima domanda che attende risposta è: “Cosa c’era prima dell’attuale universo?”

In altre parole: il Big Bang, che gli ha dato origine, ha avuto un motore che potrebbe spiegarne la nascita? 

Fino a pochissimi anni or sono, nessuno osava guardare oltre quel momento e le teorie scientifiche si limitavano ad accettarlo così com’era. Visto che, secondo molti, è impossibile applicare le leggi della nostra fisica al pre-Big Bang e dunque ogni supposizione sembrava non avere senso.

Ma negli ultimi anni l’astrofisico Roger Penrose, della University of Oxford, e un suo collega, Vahe Gurzadyan dello Yerevan Physics Institute dell’Armenia, sono forse riusciti a oltrepassare questa frontiera. Hanno trovato nel nostro universo le impronte di un “tempo” che ci fu prima del Big Bang. «Queste tracce stanno nelle strutture circolari che si osservano nella radiazione cosmica di fondo» spiega l’astrofisico.

La radiazione cosmica di fondo pervade l’universo intero ed è ciò che rimane dell’esplosione iniziale. È come fumo dopo lo scoppio di una bomba. Da anni è noto che essa è anisotropa, ossia che al suo interno vi sono variazione di temperatura piccolissime (circa una parte su 100.000), ma Penrose e Gurzadyan hanno trovato che vi sono anche aree concentriche nelle quali la temperatura della radiazione di fondo è marcatamente più uniforme rispetto al resto dell’universo.

I due scienziati ritengono che questi cerchi siano il risultato di collisioni fra buchi neri. In particolare, due dei cerchi più grandi osservabili dovrebbero essersi formati da scontri di buchi neri che sono avvenuti prima del Big Bang. I due ricercatori, però, non spiegano nei dettagli perché quegli aloni debbano per forza appartenere a esplosioni di buchi neri di altri universi ed è per questo che l’ipotesi, pur sostenuta da vari indizi, ha ricevuto varie critiche da parte della comunità scientifica. 

L’idea trova una parziale conferma in un’altra ricerca, condotta da Bernard Carr della Queen Mary University di Londra: lo studioso sostiene che alcuni buchi neri del nostro universo si formarono in un universo precedente.

Per lo scienziato, gli universi dapprima si espandono e poi collassano su se stessi. «Durante le prime fasi di un Big Bang si formano particolari buchi neri che sono in grado di sopravvivere alla fase di passaggio da un universo all’altro» spiega Carr. «Tuttavia, è alquanto difficile distinguere un buco nero nato nel nostro universo da uno precedente, ma se un giorno si riuscirà a identificarne uno con certezza, avremo la conferma che l’universo discende da un universo precedente». [Perchè c’è l’Universo al posto del nulla?].

 

Universo o multiuniverso?

universo-big-bang-01.jpgMa se il nostro è figlio di un universo che lo ha preceduto ed è madre di un universo che verrà, è logico anche chiedersi se il Big Bang ha originato un solo universo o un multiuniverso. Lawrence Rudnick, astronomo all’Università del Minnesota (Usa), sostiene proprio che il nostro universo abbia tanti fratelli.

Analizzando i dati del satellite della Nasa chiamato Wmap, ha messo in luce l’esistenza di un “grande vuoto” nel nostro universo, ossia un’anormale area fredda del cielo (dovuta all’assenza di materia e di energia).

In questa zona, la temperatura è tra il 20 e il 45 per cento più bassa rispetto alla media del resto dell’universo, che è prossima a 270° sotto zero. L’area ha un diametro di circa 900 milioni di anni luce e si trova a 8 miliardi di anni luce dalla Terra, nella costellazione di Eridano. «Quel buco è troppo grande per essere spiegato con le attuali teorie cosmologiche.

Secondo i modelli, i buchi più grandi di tal genere non dovrebbero superare i 2-300 milioni di anni luce» ha sottolineato Laura Mersini-Houghton, cosmologa albanese che lavora all’Università del North Carolina a Chapel Hill (Usa). La studiosa ha trovato una spiegazione al grande vuoto che. se vera, risulterebbe davvero incredibile: «Potrebbe essere l’impronta dello scontro con un altro universo» sostiene. [Deja vu: una sbirciatine negli universi paralleli].

 

Materia-antimateria

universo-big-bang-02.jpgC’è poi un altro mistero insoluto che ha le sue radici negli istanti immediatamente successivi al Big Bang e riguarda il fatto che l’universo conosciuto è composto da materia e non da antimateria (l’antimateria è materia le cui particelle possiedono cariche elettriche opposte alla materia ordinaria).

Secondo le teorie attualmente più accettate, nel momento in cui l’energia del Big Bang perse di intensità, vi fu formazione di materia e antimateria. Ma nell’universo di oggi vediamo solo la prima.

Vi sono diverse ipotesi che hanno tentato di dare una spiegazione a questa situazione, ma la più accreditata vuole che la materia prese il sopravvento sull’antimateria perché materia e antimateria amùchilirono (cioè si scontrarono annullandosi a vicenda) subito dopo il Big Bang in una reazione che lasciava un solo quark di materia ogni miliardo di quark e antiquark che si scontravano. In tal modo l’antimateria scomparve, mentre rimase la materia che oggi conosciamo. Ipotesi valida, ma ancora senza una conferma sperimentale.

Questo apre un altro problema: potrebbe esistere un mondo fatto di antimateria che al momento non siamo ancora riusciti a scoprire? Spiega Piergiorgio Picozza, professore ordinario di Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare all’Università Tor Vergata di Roma:

«Se si trovassero degli atomi di anti-elio si potrebbe arrivare ad affermare che quello che crediamo oggi dei primi istanti dell’universo non è corretto. E tutto diventerebbe ancor più interessante se le ricerche dovessero portare alla luce antiatomi ancor più pesanti, come gli anticarbonio, gli anti-ferro. In tal caso, allora, avremmo la certezza dell’esistenza di antistelle, in quanto tali elementi si potrebbero formare solo dalla fusione di atomi più leggeri, come l’anti-elio».

Per cercare questi antiatomi è stato ideato l’esperimento AMF-02 (Alpha Magnetic Spectrometer Experiment), che è stato portato sulla Stazione spaziale nel maggio del 2011 e che presto potrebbe dare qualche risultato.

 

Materia oscura

universo-big-bang-03.jpgSe l’esistenza dell’antimateria è ancora da accertare, sembra essere sicura, invece, la presenza di “materia oscura” ed “energia oscura”. Per capire di cosa si tratta, bisogna ricordare che l’universo è formato da materia visibile (ciò vuol dire tutti i pianeti, le stelle e le galassie) solo per il 4%. Il resto, il 96%, non si sa cosa sia, ci è “oscuro”. 

Se si osservano, infatti, gli astri che stanno nelle parti più esterne delle galassie, che si  muovono a una velocità di circa 150-200 chilometri al secondo, e si ipotizza che le galassie stesse siano composte solo dalla materia che vediamo, le stelle in questione avrebbero già dovuto abbandonare da tempo le galassie di appartenenza.

La forza centrifuga, infatti, avrebbe dovuto prendere il sopravvento sulla gravità. Ma questo non succede. Gli astronomi si chiesero quindi se c’era qualcosa che impediva al fenomeno di verificarsi, qualcosa che tratteneva la materia visibile impedendole di allontanarsi. Fu battezzata “materia oscura” dall’astronomo Fritz Zwicky.

La materia oscura sarebbe composta per lo più da particelle Wimp (Weakly Interacting Massive Particle) particelle dotate di massa che interagiscono con la materia normale attraverso la forza di gravità e la “forza nucleare debole” (una forza che si manifesta solo a livello infinitamente piccolo), ma che è difficilissima da rilevare.

Le Wimp esistono: un gruppo di scienziati che lavorano in un laboratorio costruito in una miniera abbandonata a oltre 700 m di profondità nel Minnesota (Usa) le ha osservate mentre interagivano con la materia ordinaria, lasciando dietro sé effetti del tutto simili a quelli che ci si aspetterebbe se fossero state proprio le Wimp a impattare. [La materia oscura: un livello più profondo di realtà].

 

Misteriosa energia

universo-big-bang-04.jpgEsiste però anche la cosiddetta “energia oscura”: «Verso la fine del secolo scorso, analizzando la velocità alla quale si allontanavano un particolare tipo di supernovae (sono tali alcune stelle nel momento in cui esplodono) si è giunti alla conclusione che l’espansione dell’universo sta accelerando, come se ci fosse qualcosa che agisce: una sorta di pressione che si oppone alla forza di gravità» spiega il fisico Saul Perlmutter, del Lawrence Berkeley National Laboratory, che per primo scoprì il fenomeno. Fu chiamata “energia oscura” definizione usata per la prima volta da Michael Turner dell’Università di Chicago.

Il quale ha sostenuto: «Non mi sento imbarazzato nel dire che è il mistero più profondo della scienza dei nostri giorni». Quel che si sa è che, contrariamente alla materia oscura, l’energia oscura non si concentra in aggregati ma è uniformemente distribuita nello spazio. Dagli studi, risulta che la sua densità sia omogenea. [L’energia oscura esiste al 99,9%].

È però molto scarsa: se prendessimo tutta l’energia oscura del nostro sistema solare e la trasformassimo in materia ne avremmo appena per formare un piccolissimo asteroide. Questo è uno dei motivi per cui è difficile “catturarla”. Ed ecco perché i suoi effetti emergono solo su grandi distanze e lunghi periodi di tempo, e considerando questa scala macroscopica risulta essere la forza più potente in azione nell’universo. Ma cosa sia, è ancora tutto da spiegare. [Una nuova forza oscura si aggira per l’universo?]

 

Un fiume dal grappolo

Un altro fenomeno misterioso emerso da studi recenti è il cosiddetto dark flow (fiume oscuro). E stato scoperto studiando una delle più grandi strutture del cosmo: un gigantesco “grappolo” composto da tirca 700 galassie al cui interno si trova un gas caldissimo che emette raggi X.

Un gruppo di ricercatori, guidati da Alexander Kashlinsky del Goddard Space Flight Center della Nasa, ha osservato l’interazione tra questi raggi X e la radiazione cosmica di fondo. Kashlinsky ha rilevato che il grappolo di galassie analizzate si sta muovendo a quasi 3,2 milioni di chilometri all’ora verso una regione del cielo che si trova tra le costellazioni del Centauro e della Vela.

Questo movimento è però del tutto diverso dall’espansione del resto dell’universo. «Le galassie si muovono a una velocità che non decresce con la distanza. Al momento, possiamo solo dire che la materia e l’energia dell’universo osservabile non possono produrre le forze che misuriamo» ha spiegato Kashlinsky. E per questo che gli astronomi hanno ipotizzato che, qualunque sia la forza che guida il movimento di quelle galassie, o è del tutto sconosciuta o, molto più probabilmente, deve stare al di là dell’universo osservabile.

 

Quando finirà?

Il mistero ultimo dell’universo, però, è forse proprio il suo destino, la sua fine, e se mai finirà. Oggi, la maggior parte delle ipotesi convergono verso l’idea che l’universo non avrà una fine vera e propria, ma morirà per “morte termica”. Si verificherà, cioè, una situazione in cui l’energia presente sarà così piccola che l’universo raggiungerà il massimo disordine possibile, come vuole il secondo principio della termodinamica. In realtà, però, potrebbe anche non essere così, perché l’universo potrebbe smettere di espandersi e, tra miliardi di miliardi di anni, iniziare a collassare su se stesso. Sarebbe l’inizio del cosiddetto Big Crunch.

Ciò potrebbe avvenire se la forza di gravità della materia e dell’energia presenti nell’universo attuale fosse sufficiente per fermare l’espansione e richiamare su se stesso l’universo intero. Un dato sul quale non c’è certezza. Se ciò dovesse accadere, tutta la materia e l’energia verrebbero compresse in una “singolarità gravitazionale” da cui potrebbe ripartire un nuovo Big Bang. [Luigi Bignami].

Cosa c’era prima del Big Bang? Non lo sappiamo!ultima modifica: 2012-12-10T21:46:00+01:00da kattolika177
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