0076. Il big bang ha scagliato la materia a velocità superiori a quelle della luce?

Il big bang potrebbe aver scagliato la materia dell'universo ad una velocità maggiore di quella della luce essendo necessaria una velocità di fuga in grado di far esplodere tale massa?(Massimo di Lullo)

Il termine big-bang venne coniato da Fred Hoyle all'epoca uno dei principali oppositori alla teoria, per evidenziare la presunta assurdità di una tale ipotesi.

Questa definizione è rimasta ma può dar luogo a delle interpretazioni fuorvianti. In realtà, fin dai primi istanti, l'evoluzione dell'universo, più che come esplosione di materia, va intesa come un processo di espansione dello spazio che trascina la materia. Occorre precisare, comunque, che anche se non esattamente nei termini sollevati dal lettore, esiste il problema della velocità della luce. Ad esempio, il livello di omogeneità dell'universo che rileviamo non è compatibile con una evoluzione, nei primi istanti, in cui la velocità di trasmissione delle informazioni da un punto all'altro fosse inferiore alla velocità della luce. Il modello del big-bang descrive l'evoluzione dell'universo a partire "quasi" dai primi istanti. Le assunzioni principali che sono alla base di tale teoria sono le seguenti:

- Le leggi fisiche fondamentali (principalmente la teoria della relatività generale) non mutano nel tempo.

- L'universo era in origine composto di un intenso plasma di particelle elementari in espansione ed in equilibrio termico.

- L'universo è omogeneo su larga scala, cioè, per distanze intergalattiche. L' universo quindi non ha centro e non ha bordi e si espande da qualsiasi punto con la stessa velocità.

- Nel corso di tutta l'evoluzione, i cambiamenti che hanno subito sia la materia che la radiazione sono stati talmente lenti da non influenzare l'andamento termico globale. Partendo da una temperatura iniziale di miliardi e miliardi di gradi, l'universo si è raffreddato fino alla temperatura media attuale di circa 3 kelvin (-270 °C) sempre con un'alta regolarità, senza sbalzi.

In base a queste assunzioni che sono state verificate sperimentalmente durante il corso del secolo passato, ed in base alle nostre conoscenze delle leggi fisiche, siamo in grado di ricostruire la storia di circa 15 miliardi di anni (tale è la presunta età dell'universo). Purtroppo a questa ricostruzione manca un periodo. Uno solo. Un solo secondo. Il primo! Se ripercorriamo a ritroso la storia dell' universo come in una pellicola proiettata partendo dalla fine dobbiamo fermarci a qualche istante prima dell'inizio. In altri termini, se vogliamo spiegare i primissimi istanti dell' universo ci troviamo di fronte a degli insuperabili paradossi o violazioni delle leggi fisiche come quello (che ha sollevato il lettore) del superamento della velocità della luce. Durante gli anni '80 diversi studiosi, tra questi Alan Guth e Paul Steinhardt , integrarono il modello formulando la teoria inflazionaria che risolve alcune delle difficoltà enunciate. Secondo questi studiosi dopo circa 10^-35 secondi (si tratta di dividere un secondo in un miliardo di miliardi di miliardi di miliardi!) l'universo ha avuto un periodo breve di straordinaria rapida espansione - inflazione - accrescendo il proprio diametro di molti ordini di grandezza (miliardi di miliardi di volte) in una frazione infinitesimale di un secondo. "...Nel corso di questa crescita sorprendente tutta la materia e l'energia potrebbero essere state create virtualmente dal nulla...". Durante questa spinta, l' universo da una sferetta miliardi di volte più piccola di un protone è diventato grande circa come una palla da tennis.

La regione di spazio esistente prima di questa fase di inflazione non conteneva irregolarità. Per dimensioni così minuscole, non è necessario ipotizzare velocità superiori a quelle della luce per spiegare l'uniformità dell'universo. Un'alterazione in un punto, ad esempio nello stato di aggregazione della materia, sarebbe stato avvertito in breve in qualsiasi altra regione dello spazio. Finita l'epoca inflazionaria, per le dimensioni, per il tipo di forze esistenti (non esiste più la spinta anomala del vuoto), in generale, per lo stato di aggregazione raggiunto dalla materia, l'evoluzione dell'universo diventa un fenomeno spiegabile secondo le stesse leggi fisiche che ci governano adesso.

Giuseppina Modestino - fisico