Cosa ha scatenato il Big Bang? È complicato

Paul Sutter è visiting scholar presso il Center for Cosmology and AstroParticle Physics (CCAPP) della Ohio State University. Sutter è anche l'ospite dei podcast Ask a This Webman e RealThis Web e della serie YouTube This Web In Your Face. Ha contribuito con questo articolo a Expert Voices di This Web.com: Op-Ed & Insights .

All'inizio c'era un punto interrogativo. Tutto il resto è seguito. La fine.

Abbiamo tutti sentito parlare della teoria del Big Bang (parlo del modello cosmologico, non dello show televisivo), ma è importante capire qual è questa teoria e cosa non lo è. Permettetemi di cogliere questa opportunità per essere preciso, abbondantemente, enfaticamente, ridicolmente, fantasticamente chiaro: la teoria del Big Bang non è una teoria della creazione dell'universo. Punto. Fatto. Chiamalo. Brucia quella frase nel tuo cervello. Dillo prima di andare a dormire e per prima cosa quando ti svegli.

La teoria del Big Bang è un modello della storia dell'universo, che traccia l'evoluzione del cosmo fino ai suoi primissimi momenti. E questo è tutto. Non cercare di inserire nient'altro in quella struttura. Semplicemente fermati. Puoi tenere il tuo meta al sicuro lontano dalla mia fisica , grazie mille.

Lo sottolineo perché c'è molta confusione da tutte le parti ed è meglio mantenerlo semplice. La teoria del Big Bang è un modello scientifico, proprio come qualsiasi altro modello scientifico. Crediamo che la teoria sia sulla strada giusta perché è un sussulto supportato da ampie prove.

Non devi credermi sulla parola. Da quando l'idea è stata inventata per la prima volta, la teoria del Big Bang è sopravvissuta a decenni di scienziati che combattevano, graffiavano, pugnalavano alle spalle, criticavano, indebolivano, litigavano, litigavano e persino insultavano, il tutto nel tentativo di schiacciare i loro rivali e dimostrare che i loro animali domestici alternativi erano superiori. Come mai? Perché chi abbatte un paradigma scientifico importante ottiene un viaggio gratuito a Stoccolma.

E alla fine di tutto, ci sono le prove. Sai, l'universo reale che stiamo cercando di capire. Ogni nuova osservazione è il Thunderdome scientifico; due teorie possono entrare, ma solo una può uscire. E cosa è rimasto dopo decenni di prove? Ecco un suggerimento: è grande.

Le prove iniziano con la nota di Edwin Hubble secondo cui ogni galassia, in media, sta volando via da ogni altra galassia. L'universo si sta espandendo. Questo di per sé è un grosso problema. Per millenni, il presupposto predefinito (puoi incolpare qualcuno?) è stato che, mentre le cose cambiano qui sulla Terra, nei cieli lontani, le cose sono semplicemente… Sì, le stelle possono esplodere o le galassie possono scontrarsi, ma nel complesso, l'universo della scorsa settimana assomiglia più o meno all'universo di oggi. Ricontrolla tra un mese? Già, lo stesso universo. Almeno questo è ciò che la gente pensava.

Ma non lo è. L'universo oggi è diverso da com'era ieri e sarà diverso domani. E non è solo su scala locale; l'intera festa cambia carattere da un giorno all'altro. [ L'evoluzione dell'universo rivelata dalla simulazione al computer (Galleria)]

E se noti che, ogni giorno, l'universo sta diventando più grande, puoi fare un enorme salto di logica per arrivare alla conclusione che, molto tempo fa, l'universo era più piccolo? Forse? Credo? Come ogni bravo scienziato, non appena elabori questo tipo di concetto ridicolo e assurdo, inizi a pensare a quali sarebbero le conseguenze e come potresti metterlo alla prova, lo so, nozioni radicali.

Ecco il succo: la storia degli ultimi 14 miliardi di anni è una storia di densità. L'universo è fatto di molti tipi di cose: idrogeno, elio, oritteropi, materia oscura, cartilagine, fotoni, ruote panoramiche, neutrini, ecc. Tutta questa roba si comporta in modo diverso a densità diverse, quindi quando l'universo era più piccolo, un tipo di una cosa potrebbe dominare su un'altra, e i comportamenti fisici di quella cosa guiderebbero qualunque cosa stesse succedendo nell'universo.

Ad esempio, al giorno d'oggi, l'universo è principalmente energia oscura (qualunque essa sia), e il suo comportamento in questo caso sta governando l'universo, guidando un periodo di espansione accelerata. Ma alcuni miliardi di anni fa, l'universo era più piccolo e tutta la materia era stipata più strettamente insieme. E in virtù della sua densità, quella materia era il sovrano del posatoio, travolgente energia oscura, che era solo un debole di sottofondo piuttosto che la centrale elettrica che è ora.

(Nota a margine: l'acquisizione dell'energia oscura è avvenuta più o meno nello stesso momento in cui il nostro sistema solare stava mettendo insieme le sue cose e, in quel momento, l'universo era circa la metà delle sue dimensioni attuali.)

La nascita dell'Età dell'Energia Oscura potrebbe non sembrare così drammatica, ma più si va indietro nel tempo e più si rimpicciolisce l'universo, più diventa strano. Spingere indietro di oltre 13 miliardi di anni, quando l'universo era solo un millesimo della sua estensione attuale e la materia che un giorno avrebbe formato intere galassie è stipata insieme così strettamente che gli atomi non possono nemmeno formarsi. È così denso che ogni volta che un nucleo si lega a un elettrone, un fotone incurante ad alta energia sbatte contro di esso, strappando via l'elettrone. Questo è un plasma, e un tempo l'intero universo viveva così.

Avanti veloce fino ai giorni nostri, e la luce rimasta dall'era, quando l'universo si raffreddò e si espanse quel tanto che basta per far formare i primi atomi, continua a inondarci proprio ora. Ma l'universo è più vecchio e più freddo, e quei raggi gamma ad alta energia ora sono microonde svogliati, creando uno sfondo che permea il cosmo, uno sfondo cosmico a microonde, o CMB, se vuoi.

Il CMB non è solo una delle principali prove del Big Bang (è un'immagine da bambino dell'universo, cos'altro potresti chiedere?), ma è anche una finestra su tempi ancora precedenti. Potremmo non essere in grado di percepire l'universo prima della formazione della CMB, ma la fisica lì lascia un'impronta in quel campo di radiazione. È, beh, un po' importante.

Più ci spingiamo indietro nel tempo, più l'universo diventa sì, ancora più strano di un plasma. Respingi ulteriormente e non si possono formare nuclei stabili. Vai ancora più indietro, e protoni e neutroni non sopportano la pressione e degenerano nei loro componenti: quark e gluoni. Respingi ancora di più e, beh, diventa complicato.

La teoria del Big Bang può essere riassunta così: un tempo, l'intero universo, tutto ciò che conosci e ami, tutto sulla Terra e nei cieli è stato schiacciato in una palla da trilioni di Kelvin delle dimensioni di una pesca. O mela. O piccolo pompelmo. Davvero, la frutta non ha importanza qui, ok?

Questa affermazione suona assolutamente ridicola, e se l'hai detta qualche centinaio di anni fa, spero che ti piacciano i barbecue, perché stai per essere bruciato sul rogo. Ma per quanto folle possa sembrare questo concetto, possiamo effettivamente capire questa epoca con la nostra conoscenza della fisica delle alte energie. Possiamo modellare la fisica dell'universo in questa fase iniziale e capire le conseguenze osservative degli ultimi giorni. Possiamo fare previsioni. Possiamo fare scienza .

Se sei un ricercatore esperto di attualità, un leader aziendale, un autore o un innovatore e desideri contribuire con un editoriale, inviaci un'e-mail qui . (Credito immagine: questo Web.com)

All'"epoca della pesca", l'universo era solo una minuscola frazione di secondo. In effetti, era persino più piccolo di una minuscola frazione di 10^-36 secondi, o giù di lì. Da lì in poi, abbiamo un quadro più o meno decente di come funziona l'universo. Alcune domande sono ancora aperte, ovviamente, ma in generale abbiamo almeno una vaga comprensione.

Più avanti nell'età l'universo diventa, più chiara diventa la nostra immagine, ma è quasi spaventoso considerare che i nostri poveri cervelli di scimmia stanno persino contemplando epoche così prime nell'universo.

Anche in tempi precedenti, tuttavia, la nostra comprensione dell'universo diventa confusa. Le forze, le energie, le densità e le temperature diventano troppo elevate e la conoscenza della fisica che abbiamo messo insieme nel corso dei secoli non è all'altezza del compito. Nell'universo estremamente primitivo la gravità inizia a diventare molto importante su piccola scala, e questo è il regno della gravità quantistica, il grande enigma ancora da risolvere della fisica moderna. Semplicemente non abbiamo una comprensione della forte gravità su piccola scala.

Noi. Solo. Non.

Prima di 10^-36 secondi, semplicemente non capiamo la natura dell'universo. La teoria del Big Bang è fantastica nel descrivere tutto dopo , ma prima siamo un po' persi. Prendi questo: su scale sufficientemente piccole, non sappiamo nemmeno se la parola "prima" abbia un senso! A scale incredibilmente minuscole (e sto parlando in modo più piccolo della cosa più piccola che potresti immaginare), la natura quantistica della realtà alza la sua brutta testa a tutta forza, rendendo il nostro pulito, ordinato, amichevole This Webtime in una giungla distrutta di loop e grovigli e punte arrugginite. Le nozioni di intervalli nel tempo o Questo Web non si applicano davvero a queste scale. Chissà cosa sta succedendo?

Ci sono, ovviamente, alcune idee là fuori modelli che tentano di descrivere cosa ha "acceso" o "seminato" il Big Bang, ma in questa fase sono pura speculazione. Se queste idee possono fornire indizi di osservazione, ad esempio, un'impronta speciale sulla CMB, allora evviva possiamo fare scienza!

In caso contrario, sono solo favole della buonanotte.

Scopri di più ascoltando la puntata What Banged the Big Bang? sul podcast Ask A This Webman, disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e sul Web all'indirizzo http://www.askaspaceman.com . Grazie a Rafael Ribeiro per la domanda che ha portato a questo pezzo! Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter .

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