Alcuni fisici italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) (F. Cianfarani, G. Montani, in Physical Review Letters ) dell’univeristà di Roma hanno voluto dire la loro su una delle più interessanti teorie sull’origine e spiegazione dell’Universo come lo conosciamo, pubblicando un articolo estremamente innovativo proprio all’inizio del mese di Marzo.
Ma cominciamo dall’inizio… Come ricorderete da un precedente post della mia rubrica, si sta ancora cercando conferma per quella che è la teoria di base per spiegare la materia che ci circonda: il Modello Standard.
Nonostante questa ricerca, sappiamo già ancora prima di cominciare che questa teoria non è sufficiente per spiegare tutti i fenomeni che avvengono nell’Universo. Infatti non è in grado di includere una delle 4 interazioni fondamentali della materia: la forza di gravità.
Inizialmente non sembrava essere un grande problema, perché la gravità è una forza estremamente debole, che si manifesta solo su scala macroscopica e che, quindi, può benissimo essere spiegata con una teoria classica, come quella sviluppata da Newton o, ancora meglio, con la teoria generalizzata da Einstein . Per diverso tempo, quindi, si è rinviata la necessità di integrare la forza gravitazionale con il Modello Standard. Ci sono però situazioni in cui questa teoria non basta più, come per esempio per spiegare il Big Bang e l’evoluzione iniziale dell’Universo.
Inoltre gli scienziati prediligono le teorie semplici e complete, per cui si vorrebbe riunire la descrizione della forza gravitazionale assieme alle altre tre forze fondamentali (forza elettromagnetica, debole e forte). Purtroppo quest’operazione è risultata molto complicata e piena di imprevisti che rendono veramente difficile raggiungere una teoria unificata.
Al momento, ci sono diverse teorie che tentano di raggiungere una spiegazione unificata, tra cui la Teoria delle Stringhe , la cosiddetta Gravità Quantistica Discreta Lorentziana e la gravità quantistica a loop (LQG dal termine inglese Loop Quantum Gravity), che è proprio quella di cui si sono occupati i due fisici italiani.
La teoria di Loop Quantum Gravity ha fatto molto parlare di se ultimamente, comparendo sul mensile Le Scienze nel titolo di copertina di Dicembre (traduzione dell’articolo originale su Scientific American del mese di Ottobre), dove vengono spiegati molto bene, e in modo accessibile a tutti, i punti cardine della teoria.
In pratica si vuole vedere lo spazio tempo come vediamo la materia, ovvero composto di “atomi” indivisibili che creano un continuo nello spazio e nel tempo. Questa spiegazione, seppur estremamente complicata dal punto di vista matematico, semplificherebbe la descrizione di situazioni “imbarazzanti” per la fisica, chiamati “singolarità” in cui le leggi che conosciamo non vengono applicate come nel resto dell’Universo.
Un punto di questo genere è per esempio il Big Bang in cui, secondo la teoria della gravitazione di Einstein, la materia raggiunge una densità infinita in un unico punto privo di dimensione spaziale e temporale. I fisici non sono mai andati molto d’accordo con il concetto di infinito (concetto invece molto chiaro da un punto di vista matematico) per cui la spiegazione di Einstein è sempre stata un boccone amaro da mandare giù.
La LQG permette di annullare completamente l’idea di singolarità, in quanto se il tempo e lo spazio sono composti da unità indivisibili non si potrà mai avere della materia o dell’energia racchiusa in un unico punto. Questa teoria presenta anche molti altri vantaggi, sembra quasi rimettere i tasselli di un puzzle al loro posto, per esempio dando una spiegazione logica al fenomeno dell’Inflazione Cosmica (quella economica, invece, non riesce a spiegarla… ;-)).
L’Inflazione è un periodo avvenuto subito dopo il Big Bang in cui l’accelerazione dell’espansione dell’Universo è aumentata in modo esponenziale, necessario per dare all’Universo le caratteristiche di omogeneità e geometria che osserviamo. Il fenomeno dell’Inflazione però, è difficilmente spiegabile con la teoria del Big Bang classica, ed è solo con la Loop Quantum Gravity che si può spiegare.
Infatti secondo questa teoria l’energia gravitazionale che si può accumulare un singolo “atomo” di spazio-tempo è una quantità finita. Quando si raggiunge il limite, l’unità di spazio comincia a respingerla, rendendo quindi la forza gravitazionale, per la prima volta, repulsiva. Il fenomeno è simile a quello di una spugna, che prima assorbe l’acqua, in un certo modo attirandola a sé, ma che poi, quando è satura di liquido, comincia ad espellere tutta l’acqua in aggiunta. Così all’origine dell’Universo c’era così tanta materia in una quantità di spazio così piccola, che ad un certo punto lo spazio ha cominciato a respingere la materia in eccesso, dando origine all’Inflazione.
Questo fenomeno implica anche un’altra cosa di vitale importanza: se il Big Bang non è avvenuto in un punto infinitesimo nello spazio, non è avvenuto nemmeno in un punto infinitesimo nel tempo. Ovvero il tempo si espande anche a tempi antecedenti il Big Bang.
Questo vuol dire che c’era un Universo anche prima del Big Bang! Purtroppo non ci è dato di poter sapere come fosse quell’Universo, se fosse simile al nostro, con simili leggi di fisica che avrebbero dato origine a simili strutture come le galassie e i pianeti, perché ha dovuto attraversare, nella fase finale della sua esistenza, un momento molto travagliato da un punto di vista quantistico, che ha completamente mescolato le carte in tavola delle leggi fisiche e della composizione energetica di quell’Universo.
Ciò non di meno, pensare che ci fosse qualche cosa, forse qualche cosa d’altro, prima del nostro Universo è sicuramente un concetto molto affascinante, che apre un sacco di domande filosofiche a cui forse sarà impossibile dare risposta, ma a cui vale sicuramente la pena pensare.
