Una vista delle differenze di temperatura nel fondo cosmico a microonde, generato quando la galassia aveva meno di 400.000 anni, fatta da nove anni di osservazioni della sonda di anisotropia a microonde di Wilkinson (WMAP).
(Immagine: © NASA)
Paul Sutter è un astrofisico presso la Ohio State University e il capo scienziato del centro scientifico COSI. Sutter è anche ospite di "Ask a Spaceman", "Space Radio" e guida AstroTours in tutto il mondo. Sutter ha contribuito con questo articolo alle voci Expert di Space.com: Op-Ed & Insights.
Il modello del Big Bang è la nostra spiegazione di maggior successo per la storia dell'universo in cui viviamo, ed è ridicolmente facile incapsulare la sua struttura di base in una singola frase orientabile a T: molto tempo fa, il nostro universo era molto più piccolo. Da questa semplice affermazione derivano le principali previsioni verificabili che sono state verificate da decenni di osservazione. Il tasso di espansione dell'universo. Lo sfondo cosmico a microonde. La produzione degli elementi più leggeri. Le differenze tra galassie vicine e lontane. Tutte le succose linee di prova che rendono la cosmologia una scienza.
Ma ci sono alcuni problemi. [L'universo: da Big Bang a Now in 10 semplici passaggi]
Il modello "vaniglia" del Big Bang, senza altre aggiunte o modifiche, non può spiegare tutte le osservazioni.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Occhi all'orizzonte
Possiamo vedere un enorme volume di spazio grezzo. Il nostro universo osservabile ha un diametro di oltre 90 miliardi di anni luce. E più lontano guardiamo più in profondità nel passato che scrutiamo. Ci circonda lo sfondo cosmico a microonde, la luce fossile rimanente rilasciata quando l'universo era appena un neonato - solo 270.000 anni, ben oltre 13,8 miliardi di anni in passato.
Quella luce ci arriva da distanti distanze del cosmo, così lontana che ora è inaccessibile a noi. E diverse sezioni di quella luce di sfondo sono inaccessibili l'una all'altra. Nel meraviglioso gergo della fisica, le regioni del fondo cosmico a microonde non sono causalmente connesse. In altre parole, affinché un blocco dei limiti del nostro universo osservabile comunichi con un altro blocco negli ultimi 13,8 miliardi di anni, avrebbero dovuto inviare segnali più velocemente della velocità della luce.
Il che non sarebbe affatto un problema se lo sfondo cosmico a microonde non fosse quasi perfettamente liscio. L'universo infantile aveva la stessa temperatura di una parte su un milione. In che modo tutti sono stati così ben coordinati quando i cambiamenti in un'area non hanno avuto abbastanza tempo per influenzare gli altri?
Dritto e stretto
Per quanto possiamo misurare, la geometria del nostro universo sembra essere perfettamente, totalmente, sempre così noiosamente piatta. Su grandi scale cosmiche, le linee parallele rimangono parallele per sempre, gli angoli interni dei triangoli si sommano fino a 180 gradi e così via. Si applicano tutte le regole della geometria euclidea apprese al liceo.
Ma non c'è Motivo affinché il nostro universo sia piatto. Su larga scala avrebbe potuto avere qualsiasi vecchia curvatura che voleva. Il nostro cosmo avrebbe potuto essere modellato come un gigantesco pallone da spiaggia multidimensionale o una sella da equitazione. Ma no, è andato piatto. E non solo un po 'piatto. Per noi per non misurare la curvatura con una precisione di qualche percento nell'universo attuale, il giovane cosmo deve essere stato piatto a una parte su un milione.
Perché? Di tutte le possibili scelte per la curvatura, non sembra quasi perfettamente piatto un po 'sospetto? E infatti, sospettiamo che ci sia una ragione per la piattezza, e non è solo un lancio fortunato dei dadi.
Solo un polo
I monopoli magnetici sono bestie teoriche; fratture nello stesso spazio-tempo che esibiscono solo uno dei poli magnetici - immagina una particella a poli nord o sud che vaga nel suo solitario. (Indipendentemente da come lo conosciamo, un oggetto con nord magnetico avrà anche un sud magnetico dall'altra parte.) Secondo i nostri migliori modelli dell'universo estremamente antico (come in, quando aveva circa 10 ^ -35 secondi, e no, questo non è un errore di battitura) un processo esotico avrebbe dovuto assolutamente inondare il nostro cosmo con questi insulti.
Questi monopoli dovrebbero essere così comuni che sarebbero una parte normale della nostra vita cosmologica quotidiana. Eppure, non abbiamo visto prove per uno solo. Zero. Zilch. Nessun mostro monopolare sembra essere in agguato nelle acque salmastre dell'universo oscuro.
Quindi dove sono andati? Avrebbero dovuto essere prodotti in abbondanza proprio mentre il nostro universo stava diventando interessante, ma non si trovano da nessuna parte.
Renderlo grande
La migliore soluzione che abbiamo a questi enigmi è un processo chiamato inflazione. L'idea è stata proposta per la prima volta e coniata! - dal fisico Alan Guth nel 1980, quando suggerì che lo stesso processo esotico che inondava l'universo di monopoli magnetici avrebbe potuto inviare il cosmo in un periodo di espansione incredibilmente rapida.
Immagina se ti facessi un pallone - il tuo corpo, il tuo intestino, il cervello, lo scheletro, l'intero affare - fino alle dimensioni del nostro intero universo osservabile. E immagina che mi ci siano voluti meno di 10 ^ -32 secondi per farlo. Questa è una grave espansione, e precisamente ciò che intendiamo per inflazione. Quando il nostro universo era incredibilmente giovane, lo propose Guth gonfiato a squame così gigantesche in meno di un battito di ciglia.
Per Guth, quella era la strada più pulita per risolvere il problema monopolare. Rendendo l'universo così maledetto grande, i monopoli vengono semplicemente diluiti. La nostra patch osservabile dell'universo è solo un piccolo angolo dell'intera shebang, e c'è così tanto volume là fuori che non dovremmo aspettarci di incontrare un monopolo, come mai.
Questa epoca inflazionistica risolve anche le altre due carenze del Big Bang alla vaniglia. L'universo pre-inflazionistico ha avuto un sacco di tempo per coordinare ed equalizzare le temperature prima di entrare in uno stato molto più grande, lanciando regioni una volta collegate al di fuori di ulteriori contatti. E in un cosmo tremendamente enorme, non potevamo fare a meno di misurare una geometria piatta nella nostra zona osservabile. Chi se ne frega di quale sia la curvatura dell'intero universo - è così grande che ci sembrerà piatto. La Terra è curva, ma il mio cortile è bello e piatto, perché è molto più piccolo della superficie del nostro pianeta. Basta applicare la stessa logica alle scale cosmologiche e sei d'oro.
Tuttavia, i meccanismi alla base dell'inflazione sono capiti male e, per essere considerati una teoria scientifica a metà decente, non possono semplicemente spiegare le osservazioni attuali ma fare previsioni per quelle future.
E quella sarà la storia per un altro giorno.
Scopri di più ascoltando l'episodio "Perché abbiamo bisogno dell'inflazione cosmica? (Parte 2)" sul podcast Ask a Spaceman, disponibile su iTunes e sul Web all'indirizzo http://www.askaspaceman.com. Grazie a Massimiliano S., Lorenzo B., @ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. e @scaredjackel per le domande che hanno portato a questo pezzo! Poni la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter. Seguici su Twitter @Spacedotcom e su Facebook. Articolo originale su Space.com.
