Cosa è successo prima del Big Bang? La risposta convenzionale a questa domanda è di solito: "Non esiste una cosa come" prima del Big Bang ". Questo è l'evento che ha dato il via a tutto. Ma la risposta giusta, afferma il fisico Sean Carroll, è "Non lo sappiamo". Carroll, così come molti altri fisici e cosmologi hanno iniziato a considerare la possibilità del tempo prima del Big Bang, così come le teorie alternative su come il nostro universo è diventato. Carroll ha discusso di questo tipo di "ricerca speculativa" durante un discorso all'American Astronomical Society Meeting della scorsa settimana a St. Louis, nel Missouri.
"Questo è un momento interessante per essere un cosmologo", ha detto Carroll. “Siamo entrambi benedetti e maledetti. È un periodo d'oro, ma il problema è che il modello che abbiamo dell'universo non ha senso ".
Innanzitutto, c'è un problema di inventario, in cui il 95% dell'universo non è rappresentato. Apparentemente i cosmologi hanno risolto quel problema inventando materia oscura ed energia oscura. Ma poiché abbiamo "creato" la materia per adattarla ai dati non significa che capiamo la natura dell'universo.
Un'altra grande sorpresa del nostro universo proviene dai dati reali del veicolo spaziale WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) che ha studiato il Cosmic Microwave Background (CMB) l'eco del Big Bang.
"L'istantanea WMAP di come appariva l'universo primordiale mostra che è caldo, denso e liscio [bassa entropia] su un'ampia regione di spazio", ha detto Carroll. "Non capiamo perché sia così. Questa è una sorpresa ancora più grande del problema dell'inventario. Il nostro universo non sembra naturale. " Carroll ha affermato che gli stati di bassa entropia sono rari, oltre a tutte le possibili condizioni iniziali che potrebbero essersi evolute in un universo come il nostro, la stragrande maggioranza ha un'entropia molto più elevata, non inferiore.
Ma il singolo fenomeno più sorprendente dell'universo, ha detto Carroll, è che le cose cambiano. E tutto accade in una direzione coerente dal passato al futuro, in tutto l'universo.
"Si chiama la freccia del tempo", ha detto Carroll. Questa freccia del tempo deriva dalla seconda legge della termodinamica, che invoca l'entropia. La legge afferma che invariabilmente i sistemi chiusi si spostano dall'ordine al disordine nel tempo. Questa legge è fondamentale per la fisica e l'astronomia.
Una delle grandi domande sulle condizioni iniziali dell'universo è perché l'entropia è iniziata così in basso? "E la bassa entropia vicino al Big Bang è responsabile di tutto ciò che riguarda la freccia del tempo", ha detto Carroll. "Vita e morte, memoria, il flusso del tempo." Gli eventi si svolgono in ordine e non possono essere invertiti.
"Ogni volta che rompi un uovo o versi un bicchiere d'acqua stai facendo cosmologia osservativa", ha detto Carroll.
Pertanto, per rispondere alle nostre domande sull'universo e sulla freccia del tempo, potremmo aver bisogno di considerare cosa è successo prima del Big Bang.
Carroll ha insistito sul fatto che queste sono questioni importanti a cui pensare. "Questa non è solo teologia ricreativa", ha detto. “Vogliamo una storia dell'universo che abbia un senso. Quando abbiamo cose che sembrano sorprendenti, cerchiamo un meccanismo sottostante che renda comprensibile quello che era un enigma. L'universo a bassa entropia è un indizio di qualcosa e dovremmo lavorare per trovarlo. ”
Al momento non abbiamo un buon modello dell'universo e le teorie attuali non rispondono alle domande. La relatività generale classica prevede che l'universo sia iniziato con una singolarità, ma non può provare nulla fino a dopo il Big Bang.
La teoria dell'inflazione, che propone un periodo di espansione (esponenziale) estremamente rapida dell'universo durante i suoi primi momenti, non è di aiuto, ha detto Carroll. “Non fa che peggiorare il problema dell'entropia. L'inflazione richiede una teoria delle condizioni iniziali. "
Ci sono anche altri modelli là fuori, ma Carroll ha proposto, e sembrava favorire l'idea di multi-universi che continuano a creare universi "piccoli". "Il nostro universo osservabile potrebbe non essere l'intera storia", ha detto. "Se facciamo parte di un multiverso più grande, non esiste uno stato di equilibrio entropico massimo ed entropia viene prodotta attraverso la creazione di universi come il nostro."
Carroll ha anche discusso di nuove ricerche che lui e un team di fisici hanno svolto, esaminando, ancora una volta, i risultati di WMAP. Carroll e il suo team affermano che i dati mostrano che l'universo è "sbilenco".
Le misurazioni di WMAP mostrano che le fluttuazioni dello sfondo delle microonde sono circa il 10% più forti su un lato del cielo rispetto all'altro.
Una spiegazione per questo "universo pesante da un lato" sarebbe se queste fluttuazioni rappresentassero una struttura lasciata dall'universo che ha prodotto il nostro universo.
Carroll disse che tutto ciò sarebbe stato aiutato da una migliore comprensione della gravità quantistica. “Le fluttuazioni quantistiche possono produrre nuovi universi. Se la fluttuazione termica in uno spazio tranquillo può portare a piccoli universi, avrebbero la loro entropia e potrebbero continuare a creare universi. "
Concesso, e Carroll ha sottolineato questo punto, qualsiasi ricerca su questi argomenti è generalmente considerata speculazione in questo momento. "Niente di tutto questo è roba consolidata", ha detto. "Scommetto che anche questo è sbagliato. Ma spero di poter tornare tra 10 anni e dirti che abbiamo capito tutto. "
Certo, come scrittore, cercare di incapsulare i discorsi e le idee di Carroll in un breve articolo sicuramente non gli rende giustizia. Scopri le idee di Carroll su queste nozioni e molto altro sul suo blog, Cosmic Variance. Inoltre, leggi un ottimo riassunto del discorso di Carroll, scritto da Chris Lintott per la BBC. Ho riflettuto sui discorsi di Carroll per più di una settimana e contemplare l'inizio del tempo - e anche se ci potrebbe essere stato prima del tempo - ha reso la settimana interessante e accattivante. Resta da vedere se quel tempo mi abbia portato avanti o indietro nella mia comprensione!
