L’importanza degli universi virtuali

Mentre gli scienziati di diversi campi di studio possono condurre esperimenti in laboratorio, come i fisici delle particelle con i loro grandi acceleratori o i biologi che utilizzano potenti microscopi, gli astronomi non sono in grado di studiare da vicino una stella o un pianeta. Persino i telescopi più avanzati forniscono solo immagini istantanee del cosmo in cui sono veramente pochi i cambiamenti che possono essere analizzati durante la nostra vita. Rimangono, perciò, questioni aperte, come ad esempio il problema che riguarda la formazione della nostra galassia, che cos’è la materia scura e quale sia il ruolo che hanno i buchi neri supermassicci che risiedono nel nucleo delle galassie. Nel tentativo di rispondere a queste problematiche, oggi alcuni cosmologi stanno affrontando progetti ambiziosi: creare “universi virtuali” che, grazie alle simulazioni al computer, potranno fornire preziosi indizi per comprendere l’evoluzione cosmica.

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Quei ‘fossili’ cosmici dell’Universo primordiale

Circa 13,8 miliardi di anni fa, il nostro Universo emerse da una sorta di “puntino quantico” il cui volume si espanse, secondo alcune stime, di un milione di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di volte in meno di un miliardesimo di un trilionesimo di trilionesimo di secondo. Da qui in poi, l’Universo continuò ad espandersi ad un ritmo meno violento, almeno secondo le leggi della fisica così come le conosciamo. Questa è la storia dell’inflazione cosmica, la versione più moderna del modello del Big Bang. Questa singola fase di rapida espansione esponenziale dell’Universo descrive molto bene gli attuali dati cosmologici e tiene conto dell’immensità dello spazio, della sua regolarità e forma geometrica spazialmente piatta su larga scala e della mancanza di direzioni privilegiate. Tuttavia, l’inflazione non spiega come e perchè abbia avuto inizio l’Universo. Le domande che essa solleva, e cioè perchè si ebbe questa rapida espansione dello spazio, come sia avvenuta o che cosa sia eventualmente accaduto prima, hanno confuso gli scienziati sin da quando venne proposta la teoria negli anni ’80.

L’Universo senza compleanno

Secondo il modello del Big Bang, la struttura su larga dell’Universo si espande continuamente, e sempre più velocemente, e lo spazio appare mediamente uguale in ogni direzione. Inoltre, il modello del Big Bang assume che la fisica convenzionale, inclusa la teoria della gravità di Einstein, sia più o meno corretta. In base a questo modello, se si riavvolge indietro di 13,8 miliardi di anni la storia cosmica si arriva ad un “inizio” in cui l’Universo si trovava in uno stato fisico incredibilmente caldo e denso: stiamo parlando della singolarità gravitazionale. Il tempo inizia quando questa singolarità esplode nel Big Bang. Stephen Hawking ha dichiarato che è possibile “eliminare” dalle nostre teorie cosmologiche alcuni eventi “prima” del Big Bang in quanto non esiste alcun modo di misurarli. Tuttavia, la domanda su ciò che ha preceduto il Big Bang rimane ancora affascinante e per qualche scienziato non si può evitare dal punto di vista teorico.

Il teorema della singolarità compie 50 anni

Quando una stella collassa per formare un buco nero si crea una singolarità gravitazionale dello spaziotempo in cui le leggi della fisica vengono meno. Nel 1965, Sir Roger Penrose introdusse un teorema in cui egli associava la singolarità con le cosiddette “superfici intrappolate” che si restringono nel corso del tempo. Quella ipotesi, uno dei risultati della teoria della relatività generale, viene oggi celebrata in occasione del suo cinquantesimo anniversario.

Oltre il Big Bang secondo Tim Maudlin

Il Big Bang è un termine che contiene una contraddizione: non è stato “big”, dato che l’Universo si sarebbe originato da un volume infinitamente piccolo, nè c’è stato alcun “bang”, perché non c’era lo spazio che permettesse la propagazione di onde sonore. Oggi, però, grazie allo studio diretto della luce più antica che siamo in grado di osservare, gli scienziati iniziano ad avere una visione alquanto sufficiente delle primissime fasi primordiali della storia cosmica che ebbe inizio circa 13,8 miliardi di anni fa quando un evento singolare diede origine, per l’appunto, allo spazio e al tempo. La domanda successiva è: che cosa è accaduto, o forse no, prima del Big Bang?

Prima del Big Bang

Cosa accadde prima del Big Bang? E’ una delle domande a cui i teorici stanno tentando di dare una risposta nonostante non sappiamo ancora descrivere la stessa singolarità iniziale. Quando l’Universo osservabile è più piccolo di un atomo, la nostra teoria della gravità, ossia la teoria della relatività generale, viene meno e perciò occorre introdurre tutta una serie di modifiche che portano ad una nuova teoria che tiene conto del mondo subatomico della meccanica quantistica: stiamo parlando della gravità quantistica.

Viviamo davvero in un multiverso?

Una decina di anni fa, siamo arrivati ad un punto di svolta epocale per quanto riguarda la nostra comprensione del cosmo, grazie al fatto che gli astronomi hanno potuto far luce su tutta una serie di argomentazioni che hanno permesso di svelare, almeno in parte, come il nostro Universo sia evoluto da uno stato fisico primordiale estremamente denso e caldo, circa 13,8 miliardi di anni fa.

Lo scattering Rayleigh sulla CMB

Un gruppo di astrofisici ha sviluppato un nuovo metodo per calcolare l’effetto della diffusione di Rayleigh sui fotoni, un risultato che potrebbe permettere di comprendere ancora meglio l’Universo delle origini. I dati di questo studio sono pubblicati su Physical Review D.

La cosmologia nel 21° secolo

Come è nato l’Universo? Qual è la causa della sua espansione accelerata? Che cos’è la materia scura? Queste sono solo alcune delle grandi domande a cui fisici e astronomi stanno tentando di dare una risposta grazie all’ausilio di strumenti sempre più avanzati.

Il Big Bang, l’origine dell’Universo

La storia dell’Universo inizia 13,8 miliardi di anni fa con uno stato fisico caratterizzato da temperature e densità estreme in cui tutta la materia e la radiazione si trovavano contenute in una regione più piccola di un atomo. Il Big Bang è ora un modello maturo, supportato da una rete di evidenze osservative le cui proprietà, come la dimensione, la forma e l’età dell’Universo, sono state misurate con una precisione elevata.