Il Big Bang è comunemente pensato come l'inizio di tutto: circa 13,8 miliardi di anni fa, l'universo osservabile è andato boom e si espanse nell'essere.
Ma come erano le cose prima del Big Bang?
Risposta breve: non lo sappiamo. Risposta lunga: avrebbero potuto essere molte cose, ognuna piegando la mente a modo suo.
All'inizio
La prima cosa da capire è in realtà cosa fosse il Big Bang.
"Il Big Bang è un momento nel tempo, non un punto nello spazio", ha dichiarato Sean Carroll, un fisico teorico del California Institute of Technology e autore di "The Big Picture: On the Origins of Life, Definition and the Universe Itself" (Dutton, 2016).
Quindi, è possibile che l'universo del Big Bang fosse piccolissimo o infinitamente grande, ha detto Carroll, perché non c'è modo di guardare indietro nel tempo alle cose che non possiamo nemmeno vedere oggi. Tutto quello che sappiamo davvero è che era molto, molto denso e che molto rapidamente è diventato meno denso.
Come corollario, non c'è davvero nulla al di fuori dell'universo, perché l'universo è, per definizione, tutto. Quindi, al Big Bang, tutto era più denso e caldo di quanto non sia ora, ma non c'era più un "fuori" di quanto non lo sia oggi. Per quanto allettante sia per avere una visione divina e immaginare che potresti stare in un vuoto e guardare l'universo bambino accartocciato proprio prima del Big Bang, sarebbe impossibile, ha detto Carroll. L'universo non si è espanso nello spazio; lo spazio stesso si è espanso.
"Non importa dove ti trovi nell'universo, se torni indietro di 14 miliardi di anni, arrivi a questo punto in cui era estremamente caldo, denso e in rapida espansione", ha detto.
Nessuno sa esattamente cosa stesse succedendo nell'universo fino a 1 secondo dopo il Big Bang, quando l'universo si è sufficientemente raffreddato perché i protoni e i neutroni si scontrino e si uniscano. Molti scienziati pensano che l'universo abbia attraversato un processo di espansione esponenziale chiamato inflazione durante quel primo secondo. Ciò avrebbe levigato il tessuto dello spazio-tempo e potrebbe spiegare perché oggi la materia è così uniformemente distribuita nell'universo.
Prima del botto
È possibile che prima del Big Bang, l'universo fosse un tratto infinito di un materiale ultrahot, denso, che persisteva in uno stato stabile fino a quando, per qualche ragione, si è verificato il Big Bang. Questo universo extra-denso potrebbe essere stato governato dalla meccanica quantistica, la fisica della scala estremamente ridotta, ha detto Carroll. Il Big Bang, quindi, avrebbe rappresentato il momento in cui la fisica classica ha assunto il ruolo di motore principale dell'evoluzione dell'universo.
Per Stephen Hawking, questo momento era tutto ciò che contava: prima del Big Bang, ha detto, gli eventi sono non misurabili, e quindi indefiniti. Hawking ha definito questa la proposta senza limiti: il tempo e lo spazio, ha detto, sono limitati, ma non hanno confini o punti di inizio o di fine, allo stesso modo in cui il pianeta Terra è finito ma non ha bordi.
"Poiché gli eventi prima del Big Bang non hanno conseguenze osservazionali, si potrebbe anche escluderli dalla teoria e dire che il tempo è iniziato al Big Bang", ha detto in un'intervista sullo spettacolo del National Geographic "StarTalk" nel 2018.
O forse c'era qualcos'altro prima del Big Bang che vale la pena riflettere. Un'idea è che il Big Bang non è l'inizio del tempo, ma piuttosto che è stato un momento di simmetria. In questa idea, prima del Big Bang, c'era un altro universo, identico a questo, ma con entropia crescente verso il passato anziché verso il futuro.
L'aumento dell'entropia, o il crescente disordine in un sistema, è essenzialmente la freccia del tempo, ha detto Carroll, quindi in questo universo specchio, il tempo correrebbe opposto al tempo nell'universo moderno e il nostro universo sarebbe nel passato. I sostenitori di questa teoria suggeriscono anche che altre proprietà dell'universo sarebbero infradito in questo universo specchio. Ad esempio, il fisico David Sloan ha scritto nel blog scientifico dell'Università di Oxford, le asimmetrie nelle molecole e negli ioni (chiamate chiralità) sarebbero orientate in modo opposto a quello che sono nel nostro universo.
Una teoria correlata sostiene che il Big Bang non è stato l'inizio di tutto, ma piuttosto un momento nel tempo in cui l'universo è passato da un periodo di contrazione a un periodo di espansione. Questa nozione di "Big Bounce" suggerisce che potrebbero esserci infiniti Big Bang man mano che l'universo si espande, si contrae e si espande di nuovo. Il problema con queste idee, ha detto Carroll, è che non vi è alcuna spiegazione del perché o di come un universo in espansione dovrebbe contrarsi e tornare a uno stato di bassa entropia.
Carroll e il suo collega Jennifer Chen hanno la loro visione pre-Big Bang. Nel 2004, i fisici hanno suggerito che forse l'universo come lo conosciamo è la progenie di un universo genitore dal quale un po 'di spazio-tempo si è strappato via.
È come un nucleo radioattivo in decomposizione, ha detto Carroll: quando un nucleo decade, sputa fuori una particella alfa o beta. L'universo genitore potrebbe fare la stessa cosa, tranne che per le particelle, sputa universi piccoli, forse all'infinito. "È solo una fluttuazione quantistica che consente che ciò accada", ha detto Carroll. Questi piccoli universi sono "universi letteralmente paralleli", ha detto Carroll, e non interagiscono né si influenzano a vicenda.
Se tutto ciò suona piuttosto trippy, lo è - perché gli scienziati non hanno ancora un modo di guardare anche all'istante del Big Bang, tanto meno ciò che è accaduto prima. C'è spazio da esplorare, però, ha detto Carroll. Il rilevamento di onde gravitazionali da potenti collisioni galattiche nel 2015 apre la possibilità che queste onde possano essere utilizzate per risolvere misteri fondamentali sull'espansione degli universi in quel primo secondo cruciale.
Anche i fisici teorici hanno del lavoro da fare, ha detto Carroll, come fare previsioni più precise su come potrebbero funzionare forze quantistiche come la gravità quantistica.
"Non sappiamo nemmeno cosa stiamo cercando", ha detto Carroll, "fino a quando non avremo una teoria".
