Credito d'immagine: Università di Chicago
Il big bang potrebbe essere un evento normale nella naturale evoluzione dell'universo che accadrà ripetutamente su scale temporali incredibilmente vaste man mano che l'universo si espande, si svuota e si raffredda, secondo due fisici dell'Università di Chicago.
? Ci piace dire che il big bang non è niente di speciale nella storia del nostro universo? disse Sean Carroll, un assistente professore di fisica all'università di Chicago. Jennifer Chen, studente laureato della Carroll e dell'Università di Chicago, pubblicherà elettronicamente un documento che descrive le loro idee su http://arxiv.org/.
La ricerca di Carroll e Chen affronta due ambiziose domande: perché il tempo scorre in una sola direzione e il big bang potrebbe essere nato da una fluttuazione di energia nello spazio vuoto conforme alle leggi conosciute della fisica?
La domanda sulla freccia del tempo ha irritato i fisici per un secolo perché, per la maggior parte, le leggi fondamentali della fisica non distinguono tra passato e futuro. Sono "simmetrici nel tempo"? Disse Carroll.
E strettamente legato alla questione del tempo è il concetto di entropia, una misura del disordine nell'universo. Come ha dimostrato il fisico Ludwig Boltzmann un secolo fa, l'entropia aumenta naturalmente con il tempo. ? Puoi trasformare un uovo in una frittata, ma non una frittata in un uovo? Disse Carroll.
Ma il mistero rimane sul motivo per cui l'entropia era bassa nell'universo per cominciare. La difficoltà di questa domanda ha dato fastidio a lungo agli scienziati, che molto spesso la lasciano semplicemente come un puzzle per rispondere in futuro.
Carroll e Chen hanno tentato di rispondere ora.
Precedenti ricercatori hanno affrontato le domande sul big bang supponendo che l'entropia nell'universo sia limitata. Carroll e Chen adottano l'approccio opposto. "Stiamo postulando che l'entropia dell'universo è infinita. Potrebbe sempre aumentare ,? Disse Chen.
Per spiegare con successo perché l'universo appare come oggi, entrambi gli approcci devono accogliere un processo chiamato inflazione, che è un'estensione della teoria del big bang. Gli astrofisici hanno inventato la teoria dell'inflazione in modo da poter spiegare l'universo come appare oggi. Secondo l'inflazione, l'universo ha subito un periodo di massiccia espansione in una frazione di secondo dopo il big bang.
Ma c'è un problema con quello scenario: uno "scheletro nell'armadio"? Disse Carroll. Per iniziare l'inflazione, l'universo avrebbe racchiuso una microscopica patch in una configurazione estremamente improbabile, non ciò che gli scienziati si aspetterebbero da una condizione iniziale scelta casualmente. Carroll e Chen sostengono che una condizione iniziale generica probabilmente assomiglierà allo spazio vuoto e freddo, non un punto di partenza ovviamente favorevole per l'inizio dell'inflazione.
In un universo di entropia finita, alcuni scienziati hanno proposto che una fluttuazione casuale potrebbe innescare l'inflazione. Ciò, tuttavia, richiederebbe che le molecole dell'universo fluttuino da uno stato ad alta entropia a uno a bassa entropia, un colpo a lungo statistico.
? Le condizioni necessarie per l'inflazione non sono così facili da iniziare? Disse Carroll. "C'è un'argomentazione secondo cui è più semplice far apparire il nostro universo da una fluttuazione casuale piuttosto che far iniziare l'inflazione da una fluttuazione casuale."
Lo scenario di infinita entropia di Carroll e Chen si ispira alla scoperta nel 1998 che l'universo si espanderà per sempre a causa di una forza misteriosa chiamata "energia oscura". In queste condizioni, la configurazione naturale dell'universo è quasi vuota. ? Nel nostro universo attuale, l'entropia sta crescendo e l'universo si sta espandendo e diventando più vuoto ,? Disse Carroll.
Ma anche lo spazio vuoto ha deboli tracce di energia che fluttuano su scala subatomica. Come suggerito in precedenza da Jaume Garriga dell'Universitat Autonoma de Barcelona e Alexander Vilenkin dell'Università Tufts, queste fluttuazioni possono generare i loro grandi scoppi in minuscole aree dell'universo, ampiamente separate nel tempo e nello spazio. Carroll e Chen estendono questa idea in modo drammatico, suggerendo che l'inflazione potrebbe iniziare? Al contrario? nel lontano passato del nostro universo, in modo che il tempo possa apparire indietro (dalla nostra prospettiva) agli osservatori lontani nel nostro passato.
Indipendentemente dalla direzione in cui corrono, i nuovi universi creati in questi big bang continueranno il processo di crescente entropia. In questo ciclo infinito, l'universo non raggiunge mai l'equilibrio. Se raggiungesse l'equilibrio, non succederebbe mai nulla. Non ci sarebbe alcuna freccia del tempo.
"Non c'è stato in cui tu possa andare che sia la massima entropia. Puoi sempre aumentare l'entropia creando un nuovo universo e permettendogli di espandersi e rinfrescarsi? Spiegò Carroll.
Fonte originale: Comunicato stampa dell'Università di Chicago
