Creazionisti a parte, il Big Bang resta una teoria anche per la Scienza, non una certezza assoluta. Se da una parte è vero che tale teoria dela nascita dell’Universo è sostenuta da decenni da molti scienziati, è anche vero che alcuni scienziati hanno messo in discussione l’idea di un Big Bang come inizio assoluto dell’universo. In particolare, il modello del Big Bounce propone un’alternativa affascinante:
Come già riportato in precedenza da GloboChannel.com, questa teoria, l’universo non avrebbe avuto un inizio nel senso tradizionale, ma esisterebbe da sempre in un ciclo di espansione e contrazione. Immagina una palla di gomma che viene schiacciata e poi rilasciata: si espande, si raffredda e poi si contrae di nuovo per essere schiacciata e ricominciare il ciclo. Secondo il Big Bounce, il nostro universo si troverebbe nella fase di espansione successiva a un’immensa contrazione precedente. Questa contrazione, chiamata “Big Crunch”, non sarebbe però un’esplosione caotica, ma un’implosione ordinata dovuta alla forza di gravità.
L’ipotesi del Big Bounce è un modello cosmologico per l’origine dell’universo conosciuto . Originariamente è stato suggerito come una fase del modello ciclico o interpretazione dell’universo oscillatorio del Big Bang , dove il primo evento cosmologico era il risultato del collasso di un universo precedente. [1] [2] [3] [4] Si ritirò dalla seria considerazione all’inizio degli anni ’80 dopo che la teoria dell’inflazione emerse come soluzione al problema dell’orizzonte , che era sorto dai progressi nelle osservazioni che rivelavano la struttura su larga scala dell’universo. Si è scoperto che l’inflazione è inevitabilmente eterna , creando un’infinità di universi diversi con proprietà tipicamente diverse, suggerendo che le proprietà dell’universo osservabile sono una questione di fortuna. [5] Un concetto alternativo che includeva un Big Bounce è stato concepito come una possibile soluzione predittiva e falsificabile al problema dell’orizzonte. [6] L’indagine è proseguita a partire dal 2022. [7] [8] [9] [10]
Espansione e contrazione:
Il concetto di Big Bounce prevede il Big Bang come l’inizio di un periodo di espansione che seguì un periodo di contrazione. [11] In quest’ottica si potrebbe parlare di un “ Big Crunch ” seguito da un “Big Bang” o, più semplicemente, di un “Big Bounce”. Questo concetto suggerisce che potremmo esistere in qualsiasi punto di una sequenza infinita di universi o, al contrario, che l’universo attuale potrebbe essere la primissima iterazione. Tuttavia, se la condizione della fase di intervallo “tra rimbalzi” – considerata l ‘”ipotesi dell’atomo primordiale” – viene presa in piena contingenza, tale enumerazione potrebbe essere priva di significato perché quella condizione potrebbe rappresentare una singolarità nel tempo in ogni istante se tale perpetuo le ripetizioni (cicli) erano assolute e indifferenziate. L’idea principale alla base della teoria quantistica del Big Bounce è che, quando la densità si avvicina all’infinito, il comportamento della schiuma quantistica cambia. Tutte le cosiddette costanti fisiche fondamentali , inclusa la velocità della luce nel vuoto, non hanno bisogno di rimanere costanti durante un Big Crunch, soprattutto nell’intervallo di tempo più piccolo di quello in cui la misurazione potrebbe non essere mai possibile (un’unità di tempo di Planck , circa 10 −43 secondi) che abbraccia o racchiude il punto di flesso.
Storia della nuova teoria:
I modelli del Grande Rimbalzo furono approvati per ragioni prevalentemente estetiche da cosmologi tra cui Willem de Sitter , Carl Friedrich von Weizsäcker , George McVittie e George Gamow (che sottolineò che “dal punto di vista fisico dobbiamo dimenticare completamente il periodo pre-collasso”). [12] All’inizio degli anni ’80, il progresso della precisione e della portata della cosmologia osservativa aveva rivelato che la struttura su larga scala dell’universo è piatta , omogenea e isotropa , una scoperta successivamente accettata come principio cosmologico da applicare su scale superiori a circa 300 milioni di luce-luce. anni . Ciò ha portato i cosmologi a cercare una spiegazione al problema dell’orizzonte , che metteva in dubbio come regioni distanti dell’universo potessero avere proprietà identiche senza mai essere in comunicazione simile alla luce. Fu proposta una soluzione che fosse un periodo di espansione esponenziale dello spazio nell’universo primordiale, che costituì la base di quella che divenne nota come teoria dell’inflazione . Dopo il breve periodo inflazionistico, l’universo continua ad espandersi a un ritmo più lento.
Varie formulazioni della teoria dell’inflazione e le loro implicazioni dettagliate divennero oggetto di intensi studi teorici. Senza un’alternativa convincente, l’inflazione è diventata la soluzione principale al problema dell’orizzonte. La frase “Big Bounce” è apparsa nella letteratura scientifica nel 1987, quando fu usata per la prima volta nel titolo di un paio di articoli (in tedesco) in Stern und Weltraum di Wolfgang Priester e Hans-Joachim Blome. [13] Riapparve nel 1988 in Big Bang, Big Bounce di Iosif Rozental , una traduzione in lingua inglese rivista di un libro in lingua russa (con un titolo diverso), e in un articolo in lingua inglese del 1991 di Priester e Blome in Astronomy and Astrofisica . La frase è nata come titolo di un romanzo di Elmore Leonard nel 1969, poco dopo la maggiore consapevolezza del pubblico sul modello del Big Bang con la scoperta dello sfondo cosmico a microonde da parte di Penzias e Wilson nel 1965. L’idea dell’esistenza di un grande rimbalzo nell’universo primordiale ha trovato diversi supporti nei lavori basati sulla gravità quantistica a loop . Nella cosmologia quantistica a loop , un ramo della gravità quantistica a loop, il grande rimbalzo è stato scoperto per la prima volta nel febbraio 2006 per modelli isotropi e omogenei da Abhay Ashtekar , Tomasz Pawlowski e Parampreet Singh presso la Pennsylvania State University . [14] Questo risultato è stato generalizzato a vari altri modelli da diversi gruppi e include il caso della curvatura spaziale, della costante cosmologica, delle anisotropie e delle disomogeneità quantizzate di Fock. [15] Martin Bojowald , un assistente professore di fisica presso la Pennsylvania State University, ha pubblicato nel luglio 2007 uno studio dettagliato sul lavoro relativo alla gravità quantistica a loop che affermava di risolvere matematicamente il tempo prima del Big Bang, il che darebbe nuovo peso all’universo oscillatorio e al Big Bounce. teorie. [16] Uno dei problemi principali con la teoria del Big Bang è che al momento del Big Bang esiste una singolarità di volume zero ed energia infinita. Questo viene normalmente interpretato come un crollo della fisica come la conosciamo; in questo caso, della teoria della relatività generale . Questo è il motivo per cui ci si aspetta che gli effetti quantistici diventino importanti ed evitino una singolarità.
Tuttavia, la ricerca sulla cosmologia quantistica a loop pretendeva di dimostrare che un universo preesistente collassa non in una singolarità, ma in un punto in cui gli effetti quantistici della gravità diventano così fortemente repulsivi che l’universo rimbalza di nuovo, formando un nuovo ramo. Durante questo collasso e rimbalzo, l’evoluzione è unitaria. Bojowald affermò anche che è possibile determinare alcune proprietà dell’universo che è collassato per formare il nostro; tuttavia, altre proprietà non sono determinabili a causa di qualche principio di indeterminazione . Questo risultato è stato contestato da diversi gruppi, i quali mostrano che a causa delle restrizioni sulle fluttuazioni derivanti dal principio di incertezza, ci sono forti vincoli sulla variazione delle fluttuazioni relative durante il rimbalzo. [17] [18] Mentre l’esistenza del Big Bounce deve ancora essere dimostrata dalla gravità quantistica a loop, la robustezza delle sue caratteristiche principali è stata confermata utilizzando risultati esatti [19] e diversi studi che coinvolgono simulazioni numeriche utilizzando il calcolo ad alte prestazioni nella cosmologia quantistica a loop. Nel 2006, è stato proposto che l’applicazione delle tecniche di gravità quantistica a loop alla cosmologia del Big Bang possa portare a un rimbalzo che non deve necessariamente essere ciclico. [20] Nel 2010, Roger Penrose ha avanzato una teoria basata sulla relatività generale che ha chiamato “ cosmologia ciclica conforme ”. La teoria spiega che l’universo si espanderà fino a quando tutta la materia decade e alla fine si trasforma in luce. Poiché a nulla nell’universo sarebbe associata una scala temporale o di distanza, l’universo diventa identico al Big Bang, risultando in una sorta di Big Crunch che diventa il successivo Big Bang, perpetuando così il ciclo successivo. [21]
Nel 2011, Nikodem Popławski ha dimostrato che un grande rimbalzo non singolare appare naturalmente nella teoria della gravità di Einstein-Cartan -Sciama-Kibble. [22] Questa teoria estende la relatività generale rimuovendo un vincolo di simmetria della connessione affine e considerando la sua parte antisimmetrica, il tensore di torsione , come una variabile dinamica. L’accoppiamento minimo tra torsione e spinori di Dirac genera un’interazione spin-spin che è significativa nella materia fermionica a densità estremamente elevate. Tale interazione evita la singolarità non fisica del Big Bang, sostituendola con un rimbalzo a forma di cuspide su un fattore di scala minimo finito, prima del quale l’universo si stava contraendo. Questo scenario spiega anche perché l’attuale Universo su larga scala appare spazialmente piatto, omogeneo e isotropo, fornendo un’alternativa fisica all’inflazione cosmica. Nel 2012, una nuova teoria del Grande Rimbalzo non singolare è stata costruita nel quadro della gravità standard di Einstein. [23] Questa teoria combina i vantaggi del rimbalzo della materia e della cosmologia ekpirotica . In particolare, nella soluzione cosmologica del fondo omogeneo e isotropo, l’ instabilità BKL è instabile alla crescita dello stress anisotropo, che viene risolto in questa teoria. Inoltre, le perturbazioni della curvatura seminate nella contrazione della materia possono formare uno spettro di potenza primordiale quasi invariante in scala e quindi fornire un meccanismo coerente per spiegare le osservazioni del fondo cosmico a microonde (CMB). Alcune fonti sostengono che i buchi neri supermassicci distanti , le cui grandi dimensioni sono difficili da spiegare così presto dopo il Big Bang, come ULAS J1342+0928 , [24] potrebbero essere la prova di un Big Bounce, con questi buchi neri supermassicci che si sono formati prima del Big Bang. Grande rimbalzo. [25] [26]
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