Agosto 9, 2022

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Come si fa a fare a meno del Big Bang?

la grande esplosione. Un termine annacquato nell’umorismo e che divenne la norma per designare la singolarità nei primi giorni dell’universo. Un’idea che risale agli anni ’30 con il fisico belga Georges Lemaitre, che allora sostenne la teoria dell'”atomo primitivo” – la famosa singolarità. Fu solo nel 1949 che l’astrofisico britannico Fred Hoyle vide francamente il “Big Bang” menzionato per la prima volta sulla BBC. In effetti, Hoyle lo usa in modo dispregiativo, criticando apertamente la sua visione dell’universo che considera irrazionale. Dopotutto, come possiamo immaginare che tutta la materia nell’universo si sia trovata condensata ad un certo punto nel lontano passato? “Sembra che dobbiamo cambiare la teoria in questo luogo particolare. E perché non usare gli effetti della gravità quantistica, che dovrebbe essere particolarmente forte su piccole scale?”, suggerisce Patrick Peter, direttore della ricerca presso il National Center for Scientific Ricerca e vicedirettore dell’Istituto di Astrofisica di Parigi In tal caso, sarebbe possibile cancellare l’esistenza del Big Bang?

Francobollo del 1994 stampato in Belgio e raffigurante Georges Lemaitre. Crediti: La piattaforma.

Il Big Bang è intrinsecamente legato alla relatività generale

In primo luogo, i ricercatori hanno cercato di risolvere il problema della singolarità iniziale senza allontanarsi dal campo della relatività generale di Albert Einstein. Quindi i fisici Stephen Hawking e George Ellis si sono posti sulla premessa che la materia che permea l’universo è “normale”, cioè rispetta le condizioni energetiche generalmente convalidate dai fluidi ordinari. , sia sulla Terra che in astrofisica estrema. ambienti come Stelle di neutroni. Ma se è così, a discrezione dei due mondi nel trattato del 1973 struttura spazio-temporale su larga scala Che se l’universo sta attraversando un periodo di espansione, deve aver attraversato la fase del Big Bang. Come possiamo quindi evitare quest’ultimo senza abbandonare il modello di Einstein? Forse incorporando la cosiddetta materia esotica, che invaderebbe le normali condizioni energetiche…

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Per arrivarci, dobbiamo prima immaginare una pressione negativa. punto potenziale. Il punto molto più basso è mostrare che questo valore di pressione, una volta triplicato e poi sommato alla densità di energia, dà a sua volta esito negativo. È una violazione dello stato energetico forte. Perché la pressione è spesso trascurabile rispetto alla stessa densità! Ma continuiamo suggerendo di ottenere il valore negativo atteso. In questo caso, l’universo può espandersi… ma troverà sempre la sua origine nella singolarità. “Per evitare ciò, deve verificarsi una violazione dello stato di bassa energia, che è estremamente difficile da raggiungere!” Patrick Peter conferma. In realtà, questa volta non per un raddoppio di pressione ma per una semplice somma con densità di energia. Immagina però che il risultato ci sia. È stato risolto qualche problema dopo aver rimosso il Big Bang dall’equazione? Lontano da questo! C’è un motivo per cui la fisica impone condizioni per l’energia: se non sono soddisfatte, il materiale è soggetto a instabilità che rendono il modello inaccettabile. Allora la singolarità del Big Bang viene sostituita da altre singolarità!

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Le condizioni energetiche si trovano anche nelle stelle di neutroni. Crediti: Guillermo Espinoza.

Universo eterno o apostata

La relatività generale sembra incapace di spiegare questo punto particolare del lontano passato. Quindi una delle soluzioni potrebbe tornare a modificare la gravità. Oppure aggiungendo termini alle equazioni proposte da Einstein – termini molto restrittivi che possono, peraltro, essere equivalenti a una strana sostanza. O propendendo per la meccanica quantistica. “L’idea è più o meno la stessa con il problema di un corpo nero che, nell’elettromagnetismo, presenta una densità di energia infinita. L’incompatibilità fisica viene risolta semplicemente eseguendo i calcoli in una prospettiva quantistica”, afferma Patrick Peter. Nell’equazione di Schrödinger .Quest’ultimo è stato introdotto dal fisico austriaco con lo stesso nome nel 1925 e ora rappresenta l’equazione di base della meccanica quantistica. Una volta apportate modifiche alle cose sulla relatività generale, il risultato è un’equazione molto complessa chiamata equazione di Wheeler-DeWitt , basato sulla scienza Cosmologia quantistica.

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Ancor prima che la meccanica quantistica fosse formalizzata, il fisico francese Louis de Broglie affermò nel 1924 che qualsiasi equazione d’onda rende possibile determinare il percorso di una particella. Questo è importante per i fotoni dei raggi luminosi, ma anche per le dimensioni dell’universo nella cosmologia quantistica! La teoria è stata formulata nel 1952 dal fisico americano David Bohm. Una volta abbinato al lavoroJohn Wheelere Brice DeWitt, che dovrebbe predire l’evoluzione dell’universo attraverso i secoli. Una possibile spiegazione è il rimbalzo quantico. “L’universo avrebbe conosciuto un periodo di intensa contrazione ma non zero prima di rimbalzare”, spiega Patrick Peter. Un’altra soluzione consiste nell’immaginare un universo eterno, senza inizio né fine, che inizierebbe improvvisamente ad espandersi durante l’accelerazione. Allora chi dice meglio?