E se il Big Bang non fosse mai esistito?

Eh si, ci tocca cominciare questa rubrica scientifica dandovi una brutta notizia: avete presente la teoria del "Big Bang" (grande esplosione) da cui prende il nome la famosa serie televisiva? Probabilmente è sbagliata! La buona contro-notizia è che l’alternativa è ancora più affascinante: si tratta della teoria del "Big Bounce" o grande rimbalzo. Di seguito proviamo a spiegarvi in cosa consiste.

Cominciamo con una precisazione: cosa si intende qui per "sbagliata"? Ecco un esempio: nel 1687 Isaac Newton presentò al mondo una fantastica teoria della gravitazione che spiega una vasta quantità di fenomeni, come le mele che cadono dagli alberi e la terra che gira intorno al sole. Fallisce però nel rendere conto di altre osservazioni come, per esempio, la deviazione della luce dovuta all'attrazione gravitazionale dei pianeti. La teoria di Newton è quindi sbagliata? No, è incompleta!

Ci ha pensato la relatività generale di Einstein a completarla: è praticamente identica alla teoria Newtoniana quando vogliamo sapere perché gli oggetti cadono in terra o come i pianeti orbitano intorno al sole, ma descrive anche altri fenomeni che rimanevano inspiegabili. La relatività generale è l’odierna teoria della gravitazione, con implicazioni spettacolari come l’esistenza dei buchi neri. La usiamo ogni giorno anche noi, ogni volta che attiviamo il GPS del nostro smartphone.

Come la teoria di Newton, anche la teoria del Big Bang è incompleta. E la sua incompletezza è una diretta conseguenza dell’incompletezza della teoria della relatività generale. Aspetta, penserete, non ci avete appena detto che la relatività generale completa la teoria Newtoniana? Si, e fino ad ora non c’è nessun fenomeno osservato che non sia in accordo con la teoria di Einstein. Tuttavia, essa presenta delle incongruenze interne. Predice infatti l’esistenza di "singolarità spazio-temporali", cioè punti dello spazio-tempo in cui la teoria stessa non è più valida. Proprio una di queste singolarità è all’origine del Big Bang. Come?

Nel 1929 Edwin Hubble fece una sconcertante scoperta: l’universo si sta espandendo. “In cosa si espande” sarà argomento di un prossimo articolo, quindi per ora non pensateci. Questa espansione è perfettamente spiegata dalle equazioni matematiche della relatività generale, che ci dicono anche che se riavvolgessimo il nastro del film della vita dell'Universo, lo vedremmo contrarsi per circa 14 miliardi di anni. A quel punto tutto l’universo sarebbe concentrato in un solo punto: la singolarità primordiale, nota a tutti come Big Bang! E qui sorge il problema: al Big Bang le equazioni non sono più valide e non possiamo usarle per sapere quale è il prequel del nostro film.

Potremmo fermarci qui, accontentarci della teoria del Big Bang e pensare che è così che il nostro universo ha avuto origine: da un'esplosione di un punto originata da non si sa cosa e non si sa perché. Un'intrigante ipotesi, però, è che le equazioni della relatività generale diventino incomplete (poco) prima che l’universo si comprima in un punto. Quando l’enorme massa dell'Universo si contrae in un volume molto piccolo, infatti, ci aspettiamo che entri in gioco anche la meccanica quantistica, la teoria usata per descrivere le forze microscopiche, come quella che tiene l’elettrone intorno al nucleo.

Per spiegare come è nato l'Universo, quindi, serve una nuova teoria che completi la relatività generale, incorporando la gravità con la meccanica quantistica. Alcune delle pretendenti, tra cui in particolare la "gravità quantistica a loop", predicono la comparsa di una sorta di nuova forza repulsiva che ferma la contrazione dell’universo, facendolo rimbalzare verso una nuova era di espansione. L’universo non può quindi contrarsi in un punto e il Big Bang è rimpiazzato dal Big Bounce. È come quando schiacciamo una palla di spugna con la mano: la palla si contrae fino a quando le forze elastiche delle fibre sono tali da renderci incapaci di schiacciarla ulteriormente. La gravità quantistica produce un effetto equivalente a queste forze elastiche, ed è così forte che la nostra mano è costretta a riaprirsi e lasciare la palla espandersi nuovamente.

La gravità quantistica dirige quindi il prequel del nostro film. Immaginiamo allora di guardare il film partendo da 15 miliardi di anni fa, un miliardo di anni prima del Big Bounce. Quello che vedremmo è l'Universo che si contrae per un miliardo di anni, rimbalza quando è piccolo come un protone, e si ri-espande, venendo popolato da stelle, galassie, pianeti e da noi stessi. Ad un certo punto potrebbe smettere di espandersi, cominciare a contrarsi, fino a rimbalzare ancora e ricominciare, in un eterno ciclo di espansioni, contrazioni e rimbalzi. Non ci resta che sperare di avere il prima possibile dati sperimentali che confermino o meno questa affascinante ipotesi.

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